Báo cáo chuyên đề: Bể bùn hoạt tính hiếu khí Unitank

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC 1 CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ 1 1.1.Nguyên tắc hoạt động của bể sinh học hiếu khí 1 1.2.Khái quát các dạng bể xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí 7 1.2.1. Bể bùn hoạt tính truyền thống 8 1.2.2. Bể Aerotank 9 1.2.3. Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn 10 1.2.4. Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần) 11 1.2.5. Thổi khí nhiều bậc (bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc) 11 1.2.6. Mương oxy hóa 12 1.2.7. Bể hiếu khí gián đoạn – SBR (Sequencing Batch Reactor) 13 1.2.8. Bể Unitank 15 1.3. Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí 16 CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK 17 2.1. Giới thiệu về bể UNITANK 17 2.2. Các giai đoạn xử lý trong bể Unitank 19 2.2.1. Quy trình áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học Unitank 22 2.2.2. Xử lý nước thải khu công nghiệp bằng công nghệ Unitank 23 2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của UNITANK 24 2.2.4. Ưu và nhược điểm của công nghệ UNITANK 28 2.2.5. Các lĩnh vực ứng dụng 29 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÊ UNITANK 32 3.1. Các công thức tính toán thiết kế bể UNITANK 32 3.2. Ví dụ về tính toán thiết kế bể UNITANK 34 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG UNITANK 37 4.1. Vận hành hệ thống UNITANK 37 4.2. Điều khiển hệ thống UNITANK 38 4.3. Các thông số kiểm soát quá trình xử lý 39 4.4. Ví dụ hệ thống UNITANK 41 4.4.1. Lưu lượng, đặc tính chất lượng nước: 41 4.4.2. Xử lý nước thải chương trình tuyến đường quá trình thực tập, các nguyên tắc và đặc điểm quá trình 41 4.4.2.1. Quy trình 42 2 4.4.2.2.Nguyên tắc quy trình và đặc điểm 42 4.4.3. Cấu trúc chính, chức năng, kích thước, thiết kế thông số, kiểm soát hoạt động và quản lý bảo trì 42 4.4.3.1. Tổng quan xây dựng nhà máy xử lý 43 4.4.3.2. Một số lưu ý 43 4.4.4. Các thông số hoạt động của bể UNITANK 43 4.4.5. Các chỉ số theo từng mục đích sử dụng 43 4.4.6. Chi phí đầu tư 44 4.4.7. Vấn đề cần lưu ý về dự án: 44 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 45 3 Danh mục hình Hình 1.1: mối quan hệ giữa 3 quá trình 1 Hình 1.2: Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý 5 Hình 1.3: Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải 6 Hình 1.6: Bể bùn hoạt tính truyển thống 7 Hình 1.4: Quá trình khử nito 7 Hình 1.5: Quá trình khử phospho 9 Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống xử lý hiếu khí nước thải 10 Hình 1.8: Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn 11 Hình 1.9: Hệ thống bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc 12 Hình 1.10: Mương oxy hóa 13 Hình 1.11: Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống SBR 14 Hình 1.12: Bể SBR 15 Hình 2.1: Cấu hình của UNITANK thông thường 17 Hình 2.2: Một dạng cấu hình khác của UNITANK 18 Hình 2.3: Quá trình hoạt động bể UNITANK 20 Hình 2.4: Sơ đồ hoạt động của Unitank 22 Hình 2.5: Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng Unitank 23 Hình 2.6: Sự gia tăng tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân với sự gia tăng nồng độ cơ chất, đến tối đa 27 Hình 2.7: Sự ảnh hưởng của độc chất đến sự sinh trưởng của vi sinh vật 28 Hình 2.6: UNITANK® multitrain - thành phố Brasilia - Brazil 30 Hình 2.7: UNITANK® đa tầng - nhà máy đường Cam Ranh - Việt Nam 30 Hình 2.8: UNITANK® CƠ BẢN - cấu hình chữ nhật Nhà máy lọc dầu Pemex – Mexico 31 Hình 2.9: UNITANK® NÂNG CAO - cấu hình tròn-Rousselot – Argentina 31 Hình 4.1: Sơ đồ vận hành của vi sinh vật trong bể 39 4 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học F/M Food/ Microorganism Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật MLSS Mixed Liquor Recycled Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLTSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của hỗn hợp bùn SRT Solids Retention Time Thời gian lưu bùn 5 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước thải xuất phát từ hai nguồn chính: là nước thải sinh hoạt của con người và nước thải từ ngành công nghiệp sản xuất. Tại Anh, tổng khối lượng nước thải từ các ngành công nghiệp là khoảng 7 lần so với nước thải sinh hoạt. Nếu không được xử lý, và thải trực tiếp ra môi trường thì các nguồn tiếp nhận sẽ trở nên bị ô nhiễm và các bệnh truyền qua đường nước sẽ lây lan rộng rãi. Từ những năm đầu của thế kỷ XX thì các biện pháp xử lý sinh học được đưa ra, và đây là cơ sở để xử lý nước thải trên toàn thế giới. Nó chỉ đơn giản là giam hãm vi khuẩn tự nhiên ở nồng độ cao hơn rất nhiều trong bể. Những vi khuẩn này, cùng với một số động vật nguyên sinh và vi sinh vật khác, được gọi chung là bùn hoạt tính. Khái niệm về xử lý rất đơn giản. Các vi khuẩn loại bỏ các phân tử carbon hữu cơ bằng cách “ăn” chúng. Kết quả là vi khuẩn phát triển và nước thải được làm sạch. Nước thải được xử lý sau đó được thải vào các vùng nước - thường là sông hoặc biển. Để tìm hiều rõ hơn, trong chuyên đề này chúng ta đi tìm hiểu về một công nghệ sử dụng bùn hoạt tính đó là bể UNITANK. 6 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ 1.1. Nguyên tắc hoạt động của bể sinh học hiếu khí Nguyên tắc hoạt động của công nghệ này là sử dụng các VSV hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải khi có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH,…thích hợp. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ VSV gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào VSV. Mặc dù có hàng ngàn phản ứng hóa học liên quan đến sự trao đổi chất của một loại vi khuẩn chúng ta có thể xác định ba quá trình chính có liên quan đến xử lý sinh học nước thải. Đó là: - Tiêu hóa - Hô hấp - Tăng trưởng và phân chia Các quá trình này được đánh giá rất cao và tích hợp các mối quan hệ giữa chúng trong một tế bào vi khuẩn duy nhất có thể được biểu thị như sau: Hình 1.1: Đại diện của một loại vi khuẩn duy nhất cho thấy mối quan hệ giữa 3 quá trình Hình trên cho thấy con đường tiêu hóa cac bon hữu cơ. Một số đi theo con đường của quá trình dị hóa hoặc hô hấp và kết thúc là CO 2 . Carbon này bị mất vào hệ thống. 7 Carbon hữu cơ còn lại sau quá trình đồng hóa hoặc theo đường tăng trưởng và kết thúc trong sinh khối mới. Do đó carbon này được giử trong hệ thống. Mục đích của hô hấp là để cung cấp năng lượng cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì các vi khuẩn. Tốc độ quá trình oxy hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống nước xử lý. Ở mổi điểm nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng. Các hợp chất hữu cơ được sử dụng như là nguồn cacbon và năng lượng (tăng trưởng dị dưỡng), Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ: C 10 H 19 O 3 N + O 2 + chất dinh dưỡng → C 5 H 7 NO 2 + H 2 O + CO 2 + NH 4 + … Chất hữu cơ sinh khối Nhận điện tử ¼ O 2 + H + + e - → ½ H 2 O Nguồn Cacbon Nguồn năng lượng: cho điện tử 1/50C 10 H 19 O 3 N + 9/25H 2 O → 9/50CO 2 + 1/50NH 4 + + 1/50HCO 3 - + H + + e - Trong điều kiện hiếu khí NH 4 + và H 2 S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng: NH 4 + + 2O 2  NO 3 - + 2H + H 2 O +  H; H 2 S + 2O 2  SO 4 + + 2H + + H Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim lọai để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO 2 hoặc tạo ra các chất khí khác. 1.2. Mô tả quá trình sinh học hiếu khí Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá trình lên 8 men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO 2 , H 2 O, NO 3 và SO 4 2- . Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đường đơn… Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H 2 O. Cơ chế quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn :  Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào: C x H y O z N + (x+ y/4 + z/3 + ¾) O 2 men > xCO 2 + [(y-3)/2] H 2 O + NH 3 Trong các bể xử lý sinh học các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn các loại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh. Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi sinh. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn: • Giai đoạn tiềm phát (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thich nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào. 9 • Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường. • Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị. • Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc điểm của môi trường. Hình 1.2: Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong 10 [...]... xử lý trong bể Unitank Hoạt động của bể: Trong quá trình hoạt động, hai trong ba bể là bể sục khí, bể còn lại là bể lắng Sau khi xử lí ở bể thứ nhất, nước thải từ cửa mở ở phần tường chung giữa hai bể đi qua bể kế tiếp, số bùn còn đọng lại ở đáy bể sẽ được đưa ra ngoài Nước thải được dẫn vào bể trái, bể trái trở thành bể sục khí, lúc này bể giữa cũng trở thành bể sục khí còn bể phải là bể lắng, nước... ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi về chi phí đầu tư 21 để xử lý bùn Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí 22 CHƯƠNG 2 2.1 BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK Giới thiệu về bể UNITANK UNITANK là một công nghệ đến từ Bỉ, đó là quá trình xử lý nước thải sinh học kết hợp những ưu điểm của bể phản ứng truyền thống quá trình bùn hoạt tính và bể theo trình... oxy lại giảm và quá trình làm việc của bể xử lý kết thúc 1.2.1 Bể bùn hoạt tính truyền thống Trong một nhà máy bùn hoạt tính truyền thống nước thải chủ yếu được xử lý và thích ngi vi sinh vật (bùn hoạt tính hoặc sinh khối) được sục khí trong một chậu hoặc bể Sau một thời gian sục khí đầy đủ, các cụm kết bông bùn hoạt tính rắn được tách ra từ nước thải trong một bể lắng thứ cấp Nước sau đó chảy về phía... được liên tục mà không cần bể lắng riêng và hồi lưu bùn vào bể sục khí Quá trình hoạt động này được tự động hoá hoàn toàn Tùy thuộc vào lưu lượng, tính chất nước thải ban đầu và yêu cầu mức độ xử lý có thể lựa chọn một trong những hệ UNITANK phù hợp như: UNITANK đơn; đôi; một bậc hiếu khí; hai bậc hiếu khí; hai bậc yếm khí hiếu khí • Bản chất các quá trình của xử lý bể Unitank 1/ Oxy hóa chất hữu... dòng chảy bùn lắng phía dưới được trả lại cho các lưu vực sục khí để trộn vói dòng nước thải tiếp theo đi vào bể và phần bùn còn lại được thải ra vào khu vực xử lý bùn của nhà máy xử lý 14 Hình 1.6: Bể bùn hoạt tính truyển thống 1.2.2 Bể Aerotank Aerotank hoạt động dựa trên các chủng vi sinh vật có khả năng oxi hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh... quát các dạng bể xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí Quá trình bùn hoạt tính: Quá trình bùn hoạt tính là sử dụng vi sinh vật để ăn các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, tạo dòng ra chất lượng cao Nguyên tắc cơ bản đằng sau tất cả quá trình bùn hoạt tính là như quá trình phát triển của vi sinh vật, chúng tạo thành các hạt kết hợp lại với nhau Những hạt này được lắng xuống đáy của bể để lại phía... 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của UNITANK o Bùn hoạt tính Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính tức phụ thuộc vào chỉ số bùn Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặc ngược lại Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng Khi hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phồng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của... tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính: Người vận hành phải duy trì sự tuần hoàn bùn hoạt tính tiếp diễn trong hệ thống Nếu tốc độ này quá thấp, bể hiếu khí có thể bị 30 quá tải thủy lực, làm giảm thời gain thông khí Nồng độ tuần hoàn cũng rất quan trọng bởi vì nó có thể dùng để xác định tốc độ tuần hoàn cần thiết để giữ MLSS cần thiết Tốc độ dòng chảy bùn hoạt tính thải: Bởi vì bùn hoạt tính có chứa các vi... thiết bị và tiêu hao nhiều năng lượng Hệ thống xử lý nước thải trong bể bùn hoạt tính aerotank được mô tả ở hình 1.5 15 Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống xử lý hiếu khí nước thải Aerotank được phân loại theo: chế độ thủy động lực dòng chảy vào; chế độ làm việc của bùn hoạt tính; cấu tạo Aerotank, 1.2.3 Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn Loại bể bùn này mục đích là để xử lý nước thải công ngiệp có nồng độ đậm... sâu lớp phủ bùn có thể chịu ảnh hưởng của nhiều điều kiện: nhiệt độ, tính độc trong nước thải,… o DO: Hoạt động của bể bùn UNITANK là một quá trình hiếu khí nên nó đòi hỏi lượng DO phải hiện diện ở mọi thời điểm Lượng DO này phụ thuộc vào BOD dòng vào, tính chất của bùn hoạt tính và yêu cầu xử lý Hàng loạt các chất hóa học, vật lí hóa sinh và các phản ứng khác xảy ra trong hệ thống bùn hoạt tính cần có . hoạt động của bể sinh học hiếu khí 1 1.2.Khái quát các dạng bể xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí 7 1.2.1. Bể bùn hoạt tính truyền thống 8 1.2.2. Bể Aerotank 9 1.2.3. Bể bùn hoạt tính khuấy trộn.  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC 1 CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ 1 1.1.Nguyên tắc hoạt. 10 1.2.4. Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần) 11 1.2.5. Thổi khí nhiều bậc (bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc) 11 1.2.6. Mương oxy hóa 12 1.2.7. Bể hiếu khí gián đoạn – SBR (Sequencing