Giáo trình xử lý bùn (ngành kỹ thuật thoát nước và xử lý nước thải cao Đẳng)

5 Phần 1: Lý thuyết Chương 1: Xử lý bùn lý Bùn thải là một Hỗn hợp của nước thải và các chất lắng xuống không phân hủy được trong quá trình xử lý nước thải.. Giảm khối lượng của hỗn hợ

Ban hành kèm theo Quyết định số 368ĐT/QĐ- CĐXD1 ngày 10 tháng 08

năm 2021 của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1

Hà Nội – 2020

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

3

Mục lục

- Lời nói đầu 4

Phần 1: Lý thuyết 5

Chương 1: Xử lý bùn 5

1.1 Nhiệm vụ và mục đích Thời gian: 2 giờ 5

Ưu nhược điểm của các thiết bị tách nước trong bùn thải 16

- TÀI LIỆUTHAM KHẢO 30

4

- Lời nói đầu

Trong công cuộc đẩy mạnh công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, vấn đề KTN & XLNT cần được quan tâm để nâng cao chất lượng cuộc sống, đảm bảo vệ sinh môi trường cho nhân dân

Bài giảng: “XỬ LÝ BÙN” cung cấp những kiến thức cơ bản về công tác XỬ LÝ

BÙN phát sinh trong quá trình xử lý nước thải, ngoài ra bài giảng còn cung cấp kiến thức tổng quan về công tác vận hành công trình xử lý bùn, từ đó có được phương pháp tiếp cận đúng đắn khi tham gia các hoạt động KTTN & XLNT

Bài giảng do các giảng viên trong Khoa QLXD & ĐT biên soạn Chúng tôi rất

mong được sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc để bài giảng được hoàn thiện hơn Trân trọng cảm ơn!

Tác giả

5

Phần 1: Lý thuyết Chương 1: Xử lý bùn

lý Bùn thải là một Hỗn hợp của nước thải và các chất lắng xuống không phân hủy được

trong quá trình xử lý nước thải

Bùn cặn được chia thành 3 nhóm: bùn cặn vô cơ, bùn cặn hữu cơ, bùn cặn hỗn hợp (chứa cả các hợp chất vô cơ và hữu cơ)

Dạng tồn tại của bùn cặn có thể là : bọt váng nổi hay cặn lắng dạng bán lỏng tùy theo công trình phát sinh cặn

Bùn cặn chứa nhiều chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng dùng làm phân bón rất tốt Nhưng lại chứa nhiều chất hữu cơ dễ gây hôi thối làm ô nhiễm môi trường không khí Chứa nhiều vi khuẩn cả vi khuẩn gây bệnh, độ ẩm lớn Sử dụng bùn cặn tươi làm phân bón không có lợi và khó vận chuyển Cần xử lý bùn

Nhiệm vụ chủ yếu của xử lý bùn: là phân huỷ các chất hữu cơ trong hai điều kiện: phân huỷ kị khí ( lên men kị khí) và phân huỷ hiếu khí ( ổn dịnh hiếu khí) Có thể sử dụng phương pháp nhiệt, hoá chất để ổn định bùn cặn

Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn (có độ ẩm cao) bằng cách tách một phần hay phần lớn lượng nước có trong hỗn hợp để giảm kích thuớc công trình xử lí và trọng luợng vận chuyển đến nơi tiếp nhận

Ổn định cặn, phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các hợp chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ để dễ dàng tách nước ra khỏi cặn và không gây tác động xấu đến mối trường nơi tiếp nhận

Đối với cặn khô tuỳ theo thành phần (có độc hại hay không) mà có các bước xử lí tiếp: làm phân vi sinh, cải tạo đất, chôn lấp tại bãi rác, đốt rồi chôn lấp…

6

1.1.2 Mục đích

Giảm khối lượng (thể tích) của hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách phần lớn lượng

nước có trong bùn cặn để giảm kích thước công trình xử lý và giảm thể tích cặn

vận chuyển Làm khô bùn cặn để dễ vận chuyển và sử dụng

Phân hủy các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển thành các chất hữu cơ ổn định và

chất vô cơ dễ tách nước, không gây tác động xấu đến môi trường Loại bỏ các vi

sinh vật gây bệnh, mầm bệnh - khử trùng Ổn định bùn cặn, khử các chất hữu cơ

dễ gây thối rữa

Khử độc bùn cặn hoặc thu hồi chất quý (đối với cặn sơ cấp của nước thải sản

xuất)

Tái sử dụng các chất có ích

1.2 Các loại bùn và cặn bùn Thời gian: 2 giờ

Bùn cặn là sản phẩm được tách ra từ nước thải trên các công trình trong hệ thống thu

gom và xử lí nước thải sinh hoạt, công nghiệp Hay nói theo 1 cách khác về nguyên lý

Bùn thải là một Hỗn hợp của nước thải và các chất lắng xuống không phân hủy được

trong quá trình xử lý nước thải

Nước thải

NƯỚC THẢI SẠCH

7

1.2.2 Nguồn gốc bùn thải

Bùn cặn từ các mô hình xử lí nước thải không tập trung: bể tự hoại gia đình, hố xí 2 ngăn, bể bioga…, từ các trạm xử lí nhỏ không có xử lí bùn cặn: bể tự hoai, bể lắng

2 vỏ…,từ các trạm xử lí cục bộ của các xí nghiệp công nghiệp

Ngoài ra còn một số loại bùn cặn khác thu được từ hệ thống thu gom như: nạo vét cống rãnh, hố ga, kênh mương, ao hồ…

Cặn lắng ở bể lắng đợt 1 gọi là cặn tươi vì có chứa cặn vô cơ và nhiều cặn hữu cơ chưa được phân huỷ Đối với dây chuyền xử lí nước thải cho một số ngành công nghiệp thì cặn thường chứa nhiều chất vô cơ còn đa phần trong cặn tươi chủ yếu là chất hữu cơ Độ ẩm cặn khoảng 92-96%

Cặn lắng ở bể lắng đợt 2 chủ yếu là bùn hoạt tính do công đoạn xử lí sinh học qua các bể Aeroten, biophin, UASB…Bùn hoạt tính thường ở dạng huyền phù chứa bông keo vô định hình, gồm xác các vi sinh vật và các chất hữu cơ đã được phân huỷ một phần Độ ẩm bùn sau bể Aeroten 99.2-99.7%, sau bể Biophin 96-96.5%

Bùn từ nạo vét ao hồ

Bùn từ cống rãnh

8

1.2.3 Bùn thải từ mạng lưới thoát nước

Bùn cặn từ các mô hình xử lí nước thải không tập trung: bể tự hoại gia đình, hố xí 2 ngăn, bể bioga…, từ các trạm xử lí nhỏ không có xử lí bùn cặn: bể tự hoai, bể lắng

2 vỏ…,từ các trạm xử lí cục bộ của các xí nghiệp công nghiệp

Ngoài ra còn một số loại bùn cặn khác thu được từ hệ thống thu gom như: nạo vét cống rãnh, hố ga, kênh mương, ao hồ…

1.2.4 Chất thải từ song chắn rác/ lưới lọc rác, bể lắng cát và bể tách mỡ

*/ Rác, bông gạc, mảnh vỡ rẻ rách, vật cứng có kích thước >10 mm giữ lại ở song chắn và lới chắn rác Loại cặn này có số lượng thay đổi tuỳ thuộc vào hiệu quả quản

lí hố thăm và hố thu nước trên mạng lưới thu gom và thường có số lượng rất ít Cặn rác có độ ẩm từ 85-95% chứa từ 50-80% là chất hữu cơ có mùi hôi thối, có khả năng phân huỷ được

Rác từ lưới chắn từ song ( lưới ) chắn rác: có độ ẩm cao và có khối lượng nhỏ + Đựng trong thùng, hàng ngày đa ra ô tô thu gom rác chung của thành phố đem đi bãi chôn

+ Đựng trong thùng cho ráo nước đem chôn cùng bùn cát và váng nổi

+ Nghiền nhỏ rồi cho vào đầu dây chuyền xử lí nước thải

Bùn dư từ công trình sinh học

Váng nổi từ công trình sinh học

9

*/ Cát, bùn nặng có kích thước >0.2 mm, các hợp chất hữu cơ dính bám vào bùn cát được giữ lại ở bể lắng cát Tỉ trọng cặn khô 2.65:1, khi lấy ra khỏi bể lắng cát, để róc hết nước có độ ẩm từ 14-35% chứa 30-50% cặn hữu cơ Khối lượng thu được

1.2.5 Bùn thải, cặn từ các công trình trong trạm xử lý nước thải

Trong một trạm xử lý nước thải thường có một lượng bùn cặn khá lớn bao gồm:

- Rác có kích thước lớn (> 10mm) được giữ lại ở song chắn rác, có nhiều chất hữu

cơ, mùi hôi thối

- Cát, bùn nặng được giữ lại ở bể lắng cát, trong đó chất hữu cơ chiếm 30-50%

- Dầu mỡ, bọt nổi được thu gom từ các bể

- Cặn ở bể lắng 1, bể đông tụ sinh học, bể lắng trong , thường được gọi là cặn sơ cấp, có độ ẩm 92-95% Khoảng 25-50g cặn/người.ngày được giữ lại trong khâu xử

lý bậc 1, tính trung bình thể tích cặn lắng này là 0,6-0,8l/người.ngày Cặn này còn được gọi là cặn tươi, có nhiều chất hữu cơ chưa được phân hủy (chiếm tới 65-70%) và một ít chất vô cơ, có mùi khó chịu, chứa nhiều vi sinh vật, vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán…

- Bùn cặn được hình thành sau quá trình xử lý sinh học (bùn hoạt tính sau aeroten hoặc màng sinh vật sau bể lọc sinh học,…) thường được gọi là bùn chín (bùn thứ cấp) Bùn này được giữ lại ở bể lắng đợt 2 với số lượng 8-32 g/người.ngày Độ ẩm của bùn thứ cấp lớn 96-99,2% Thể tích bùn có thể đạt tới 2,5l/người.ngày Bùn thứ cấp có chứa tới 70-75% thành phần hữu cơ, trong bùn thứ cấp gồm nhiều lớp

vi sinh vật, cũng có thể còn chứa trứng giun sán và vi khuẩn gây bệnh

Trong thành phần hữu cơ của bùn cặn có tới 80-85% là protit, lipit và hydratcarbon Còn lại 15-20% là chất mùn và lignin Thành phần của bùn cặn nước thải được nêu trong bảng 2.23, cho thấy rất phức tạp, chứa nhiều chất hữu cơ

và các nguyên tố dinh dưỡng như N, K, S, Fe, S… nếu dùng làm phân bón rất tốt, tuy nhiên các chất hữu cơ dễ bị phân hủy trong môi trường, gây hôi thối và làm ô nhiễm môi trường không khí Mặt khác bùn cặn còn chứa nhiều vi khuẩn gây

10

bệnh, độ ẩm bùn cặn lớn nên việc sử dụng bùn cặn tươi làm phân bón không có lợi cho môi trường và sức khỏe con người và công việc vận chuyển cũng gặp khó khăn chính vì vậy cần phải xử lý bùn cặn

1.3 Thành phần và tính chất của bùn Thời gian: 2 giờ

1.3.1 Thành phần của bùn cặn

Thành phần bùn thải:

11

Bảng 2.23 Thành phần và tính chất của bùn cặn nước thải

Các thông số Cặn lắng 1 Loại bùn cặn Bùn sau lắng 2

Bùn thải thường là hỗn hợp huyền phù khó lọc

Bùn thải từ bể lắng 1 của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu

cơ chưa được phân hủy hoàn toàn

Còn bùn thải thu được từ bể lắng 2 là bùn hoạt tính có dạng bông, các chất hữu cơ

đã được phân hủy 1 phần Trong các loại thải này chứa rất nhiều VSVLN như Vetiver, ),

ổn định hóa rắn bùn thải kết hợp với phụ gia HSOB hóa bùn thải thành bê tông xây

dựng

Hai phương pháp xử lý bùn cặn như sau:

 Xử lý sơ bộ bùn cặn bằng hóa chất: là quá trình đông kết các hạt phân tán tinh và keo Để tạo thành bông cặn lớn, phá hủy và thay đổi các dạng liên kết của nước Thay đổi cấu trúc cặn và khả năng nhả nước của nó Hóa chất thường dùng là: vôi, phèn sắt FeCl3, phèn nhôm, các loại polimer khác Phối trộn (keo tụ, tạo bông)

 Xử lý bùn cặn không dùng hóa chất: sử dụng các biện pháp nhiệt, lắng, keo tụ điện hóa, phơi nắng,…

1.4 Các phương pháp xử lý bùn Thời gian: 15 giờ

12

Sử dụng áp lực cơ học để tách bùn ra thành 2 pha: rắn và lỏng (băng tải)

- Máy ép bùn

1.4.1.2 Các công trình cô đặc bùn (nén bùn)

Phương pháp nén bùn hay cô đặc bùn cũng là một trong những cách xử lý rất hay được áp dụng hiện nay mục đích chính của việc nén bùn chính là tăng nồng độ chất rắn của bùn và đồng thời làm giảm đi độ ẩm của bùn đây cũng là cách xử lý bùn thải khá hiệu quả và tiết kiệm, giúp bảo vệ môi trường sạch sẽ

a/ Bể cô đặc bùn có dòng chảy (tự nhiên)

Để tăng cường qúa trình nén bùn , người ta bổ sung thêm hóa chất đông tụ Khi đó thời gian nén sẽ giảm khoảng 2-3 lần và lượng cặn lơ lửng trong nước bùn giảm theo

13

b/ Sân phơi bùn (bằng phương pháp tự nhiên)

bùn dày 20 – 40 cm

c/ Làm khô bùn bằng năng lượng mặt trời

14

1.4.2 Tách nước

1.4.2.1 Khái niệm

Chúng ta cũng có thể dùng phương pháp tách nước để xử lý bùn thải Tách nước

trong bùn thải bằng cách lọc ép cơ giới hoặc có thể sử dụng sân phơi bùn Tách nước bằng cách lọc ép cơ giới phổ biến hơn so với việc sử dụng sân phơi bùn Thiết bị lọc ép thường được sử dụng là vải lọc hoặc màng lọc Với phương pháp lọc ép, hàm lượng chất rắn được đưa ra có thể lên trong khoảng dao động từ 20% đến 40% Hàm lượng chất rắn

16

1.4.2.3 Ưu nhược điểm của thiết bị tách nước

Ưu nhược điểm của các thiết bị tách nước trong bùn thải

Tiêu tốn năng lượng và gây

ồn Nước sau lọc có hàm lượng cặn lơ lửng cao

Thiết bị ly

tâm

Hạn chế mùi hôi, dễ khởi động, dễ lắp ráp Bùn sau ly tâm có hàm lượng ẩm thấp Chi phí đầu tư thấp

Phải tách cát và nghiền hỗn hợp nhập liệu trước khi ly tâm Yêu cầu công nhân vận hành kỹ thuật cao và nước sau ly tâm có hàm lượng cặn lơ lửng cao

Hạn chế bởi trở lực thủy lực, cần phải nghiền hỗn hợp nhập liệu Rất nhạy đối với đặc tính bùn đưa vào thiết bị Thời gian sử dụng vật liệu ngắn, không nên vận hành

tự động

Thiết bị lọc

khung bản

Bùn sau xử lý có hàm lượng ẩm thấp nhất Và nước sau lọc có hàm lượng cặn lơ lửng thấp

Phải vận hành theo từng

mẻ, chi phí thiết bị và nhân công vận hành cao Chiếm diện tích lớn, đòi hỏi công nhân vận hành và bảo trì kỹ thuật cao, tiêu tốn hóa chất

1.4.3 Phối trộn (keo tụ, tạo bông)

1.4.3.1 Khái niệm

- Keo tụ và tạo bông là quy trình sử dụng hóa chất( phổ biến là PAC) để tách các chất ô nhiễm trong nước thành bùn và sau đó lắng xuống Trong một số trường hợp trong nước có chứa nhiều : Chất rắng lơ lửng, các hạt keo, chất hữu cơ, tảo, vi khuẩn, vi sinh vật

1.4.3.2.Mục đích

1.4.3.3 Nguyên tắc của quá trình xử lý nước thải keo tụ tạo bông

– Làm mất tính ổn định của các hệ keo thiên nhiên

– Tạo ra hệ keo mới có khả năng kết hợp tạo thành những bông cặn lớn,lắng nhanh, có hoạt tính bề mặt cao, được loại bỏ bằng phương pháp lắng hoặc lọc

Quá trình keo tụ là quá trình bổ sung các ion mang điện tích trái dấu (điện tích dương) nhằm trung hòa điện tích các hạt keo có trong nước Qua đó, làm trăng thế điện động Zeta, phá vỡ độ bền của hạt keo, ngăn cản sự chuyển động ỗn loạn trong nước

-Quá trình tạo bông: là quá trình liên kết các bôn cặn với nhau sau khi quá trình keo tụ xảy ra Để thực hiện quá trình nầy, trong thực tế người ta sử dụng phương pháp khuấy, với tốc độ cánh khuấy nhỏ Qua đó nhằm tăng kích thước, khối lượng bông cặn để bông cặn có thể thắng được trọng lực và lắng xuống

1.4.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình keo tu- tạo bông

Ủ là quá trình phân hủy sinh học tiệm cận mà giai đoạn cuối của nó kéo dài rất lâu, cho nên chúng không có ý nghĩa về mặt kỹ thuật Quá trình này vì vậy sẽ được giới hạn tại một điểm nhất định, được gọi là giới hạn ủ kỹ thuật

Giới hạn ủ kỹ thuật này tuy nhiên không phải là một giá trị cố định chính xác, và phụ thuộc vào nhiều điều kiện biên cũng như các tiêu chí khác nhau để đánh giá quá trình

ổn định Ở đây tính đến trước hết là độ ổn định, khí sản sinh, khả năng tách nước của bùn sau ủ, giảm mùi, hàm lượng axit hữu cơ

18

ổn định bùn nhằm

Giảm khối lượng bùn xử lý

và theo đó giảm chi phí

cho công tác tiếp tục tái sử

dụng/ loại bỏ

Giảm mùi hôi của bùn rất khó chịu đối với công nhân và môi trường

Loại bỏ nấm mốc vì chúng không phát triển ở bùn đã ổn định

Có 2 cách ổn định bùn: Ổn định hiếu khí và ổn định kỵ khí

Ổn định hiếu khí:

Vi sinh vật tiêu thụ ô xy (chuỗi tiêu thụ)

phân hủy chất hữu cơ có sẵn tới khi

lượng hữu cơ còn lại không thể axit hóa

và không thể lên men được

Ổn định hiếu khí đồng thời

Tuổi bùn cao trong bể hoạt tính (hiếu

khí >20 ngày, trong DN tổng tuổi bùn là

Bùn thô được thổi khí với cường độ cao

theo từng mẻ, quá trình ô xy hóa sinh học

tạo nên lượng nhiệt riêng > 50°C, bùn

tử, axit hóa và chuyển hóa các chất axit hữu cơ thành meetan, cacbondioxt và sản phẩm dư

Ủ lạnh (Ổn định kỵ khí psychrophil)

Không cấp nhiệt (ở trung tâm châu

âu 10…15°C, 90 ngày), quá trình phân hủy bị hạn chế, nhà máy nhỏ, hiếm khi sử dụng khí ga

Ủ nhiệt (Ổn định kỵ khí mesophil)

Làm nóng lên 33…40°C, 15….25 ngày, sự ổn định tốt, khí ga sử dụng được …65% Mêtan

Ủ thermophil (Ổn định kỵ khí thermophil)

Ủ thực hiện với quần thể sinh vật

ưa nhiệt (55…60°C, 7…10ngày), Khí ga sử dụng được, Ổn định tốt,

vệ sinh

Nhu cầu điện thấp hơn, có cơ hội

sử dụng khí ga

20

1.4.4.2 Các công trình ổn định bùn

a/ Ổn định bùn kỵ khí

*/ Bể mê tan (ủ ấm, ủ nóng)

21

Bể metan là công trình được xây dựng để lên men các loại bùn cặn trong nước thải dựa vào các vi khuẩn yếm khí Đây là công trình xử lý cặn hiệu quả nhất Bể được xây dựng bẳng BTCT có dạng hình tròn trên mặt bằng

- Có 2 loại bể metan ứng với 2 chế độ lên men:

+ Chế độ lên men ấm (30o-35o C)

Quá trình lên men trong bể mêtan phân hủy được 60-80% chất hữu cơ Sản phẩm chủ

nhiên liệu đốt hoặc chiếu sáng Bùn cặn sau khi lên men có màu đen, các chất hữu cơ

dễ bị thối rữa đã bị phân hủy Các vi khuẩn gây bệnh hầu như không còn Trong điều kiện lên men nóng các vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán bị tiêu diệt, trong điều kiện lên men ấm các vi khuẩn gây bệnh hầu như không còn, trứng giun sán bị khử 60-80%

Điều kiện để bể mêtan làm việc hiệu quả là:

Ổn định nhiệt độ ở chế độ làm việc lên men ấm hoặc nóng Khuấy trộn đều bùn cặn tươi và bùn cặn chín

Liều lượng bùn cặn tươi cấp vào hợp lý

Cặn được xả ra khỏi bể mêtan hở dưới áp lực thuỷ tĩnh không dưới 2 m theo ống

có đường kính 200 m, còn nước bùn được xả ra từ các độ sâu cách nhau 1,5 m

Lượng cặn lớn nhất cho vào bể mêtan có thể lấy 4% Trong đó ở bậc 1 chiếm 30-35% thể tích tổng cộng

Khi lượng cặn ít ở bậc 1 có thể sử dụng loại bể mêtan hở

Hiệu suất làm việc của bể mêtan phụ thuộc vào mức độ xáo trộn, hâm nóng cặn, chế độ đưa cặn mới vào và đưa cặn đã lên men ra khỏi bể

Có thể hâm nóng cặn bằng nhiều phương pháp khác nhau Khi dùng nước nóng và hơi nóng, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống cho hiệu suất không cao do đó chỉ sử dụng đối với bể mê tan loại nhỏ Hiện nay trên thế giới, người ta thường dùng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống xoắn, hiệu suất truyền nhiệt loại này cao hơn nhiều so với dạng ống thường

Để đưa hơi nóng vào bể mêtan thường dùng êjectơ phun hơi nóng Loại này được bố trí trong gian điều khiển Thông thường người ta dùng cặn trong bể mêtan để làm chất lỏng công tác cho êjectơ và đưa hỗn hợp chất lỏng cùng với hơi nóng trở lại bể mêtan Bằng cách đó, cặn đồng thời được xáo trộn đều

Áp suất của hơi nóng trong điều kiện quản lý cần đạt trong khoảng từ 2-4,6

at

bị chết và đó là điều cần thiết phải đạt được để xử lý cặn đối với các trạm xử lý hoàn chỉnh