Mục lục CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI.................. 3 CHƯƠNG II.ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ MBR TRONG XLNT ........................................ 5 2.1.Định nghĩa: ....................................................................................................................... 5 2.2. Phân loại: ......................................................................................................................... 5 2.3.Cấu tạo: ............................................................................................................................. 7 2.4. Hoạt động ......................................................................................................................... 8 CHƯƠNG III:QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................................................................................ 9 3.1. Mục tiêu thiết kế: ............................................................................................................. 9 3.2. Mục đích: ......................................................................................................................... 9 3.3. Phương án xử lý: ............................................................................................................ 10 3.4. Mô tả công nghệ được lựa chọn: ..................................................................................... 10 3.5.Sơ đồ dây chuyền công nghệ: .......................................................................................... 12 3.6.Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBR .................................................................. 13 3.7. Nguyên nhân làm nghẹt màng:. ...................................................................................... 15 3.7.1. Làm sạch màng . ...................................................................................................... 15 CHƯƠNG VI: VAI TRÒ CỦA MBR TRONG XLNT: ............................................................ 18 PHẦN KẾT: ............................................................................................................................. 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 20 GVHD:Đặng Xuân Hiển Trang:2 TIỂU LUẬN:XỬ LÝ NƯỚC CẤP Chuyên đề: Tính toán thiết kế công nghệ MBR ứng dụng trong xử lý nước thải.
Trang 1Mục lục
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3
CHƯƠNG II.ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ MBR TRONG XLNT 5
2.1.Định nghĩa: 5
2.2 Phân loại: 5
2.3.Cấu tạo: 7
2.4 Hoạt động 8
CHƯƠNG III:QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9
3.1 Mục tiêu thiết kế: 9
3.2 Mục đích: 9
3.3 Phương án xử lý: 10
3.4 Mô tả công nghệ được lựa chọn: 10
3.5.Sơ đồ dây chuyền công nghệ: 12
3.6.Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBR 13
3.7 Nguyên nhân làm nghẹt màng: 15
3.7.1 Làm sạch màng 15
CHƯƠNG VI: VAI TRÒ CỦA MBR TRONG XLNT: 18
PHẦN KẾT: 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
Trang 2TIỂU LUẬN:XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Chuyên đề: Tính toán thiết kế công nghệ MBR ứng dụng trong xử lý nước thải
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu
Nguyễn Thị Thùy
Trang 3CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Trong những năm gần đây, kinh tế phát triển cùng với đô thị hóa đã kéo theo sự gia tăng nhanh chóng về nhu cầu nước, chính vì vậy đối sách về nguồn nước đã trở thành một vấn đề quan trọng Thời gian qua, vấn đề này cho đến nay đang được giải quyết bằng cách xây dựng đập nước sử dụng đa mục đích tại các địa phương, sử dụng nước hợp lý nhưng việc xây dựng đập cần nguồn kinh phí đầu tư ban đầu rất lớn nên tính kinh tế giảm, tính cân bằng giữa nguồn nước tự nhiên và nước sinh hoạt mất đi, thêm nữa nhu cầu nước sinh hoạt chủ yếu tập trung tại khu vực cửa sông cũng là một vấn đề đáng lưu tâm
+ Ô nhiễm nước do sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, phân bón nông nghiệp, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp cũng hạn chế việc sử dụng nguồn nước tự nhiên Theo đó, phải có phương pháp xử lý, thải nước thải ô nhiễm do các yếu tố trên một cách hiệu quả thì mới có thể giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước cũng như chi phí liên quan
Cho đến gần đây, thiết bị xử lý nước thải bằng vi sinh vật như phương pháp bùn cặn hoạt tính (Activated sludge) đang được sử dụng khá rộng rãi nhưng thực tế công tác vận hành và quản lý đã nảy sinh nhiều khó khăn Một trong số đó là hiện tượng xuất hiện khuẩn lạ do bùn cặn (Sludge bulking), nếu hiện tượng bulking (gây xốp khối bùn và làm cho khối lượng riêng của bùn thấp đi, khó lắng) xuất hiện thì việc phân tách chất rắn-lỏng (Solid-liquid separation) tại bể lắng (Settling tank) sẽ không thể đạt được, cặn sẽ bị mất
đi, chất lượng nước thải ra theo đó cũng giảm và việc quản lý trở nên khó khăn
+MBR là công nghệ tiên tiến xử lý nước thải kết hợp dùng màng với hệ thống bể sinh học thể động bằng quy trình SBR sục khí và công nghệ dòng chảy gián đoạn Công nghệ MBR cho hiệu quả rất cao trong việc khử các chất hưu cơ, vô cơ phức tạp cũng như các vi sinh vật gây bệnh Nước thải xử lý bằng công nghệ MBR không những đáp ứng được tất cả các yêu cầu về nước thải theo TCVN mà nước thải sau khi sử
lý còn có thể tái sử dụng cho việc tưới cây, rửa xe, trộn bê tông, xả toalét …
+Kỹ thuật MBR sử dụng màng tách đặt ngập nước tuy không là kỹ thuật mới nhưng đã cải thiện đáng kể những vấn đề trên bằng công đoạn xử lý vi sinh có sẵn và
Trang 4công đoạn bổ sung tương hỗ và đảm bảo chất lượng nước, vì vậy nhu cầu sử dụng kỹ thuật này đang tăng rất nhanh
Trang 5CHƯƠNG II.ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ MBR TRONG XLNT
- Quy trình xử lý bể sinh học bằng màng MBR (Membrane Bio Reactor) có thể loại bỏ chất ô nhiễm và vi sinh vật rất triệt để nên hiện nay được xem là công nghệ triển vọng nhất để xử lý nước thải
-MBR là kỹ thuật mới xử lý nước thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống bể sinh học thể động bằng quy trình vận hành SBR sục khí 3 ngăn và công nghệ dòng chảy gián đoạn MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính, trong đó việc tách cặn được thực hiện không cần đến bể lắng bậc 2
-Nhờ sử dụng màng, các thể cặn được giữ lại trong bể lọc, giúp cho nước sau xử lý có thể đưa sang công đoạn tiếp theo hoặc xả bỏ / tái sử dụng được ngay
2.1.Định nghĩa:
- MBR là viết tắt của cụm từ membrance Bio Reactor (bể lọc sinh học bằng
màng), có thể định nghĩa là hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ màng lọc sinh học
- MBR là công nghệ tiên tiến xử lý nước thải kết hợp dùng màng với hệ thống bể sinh học thể động bằng quy trình SBR sục khí và công nghệ dòng chảy gián đoạn
MBR có thể ứng dụng với cả bể hiếu khí và kỵ khí Chúng cho hiệu quả rất cao trong việc khử các chất hữu cơ, vô cơ phức tạp cũng như các vi sinh vật gây bệnh
* Bể sinh học màng vi lọc là sự kết hợp giữa hai quá trình cơ bản trong một đơn nguyên: + Phân hủy sinh học chất hữu cơ
+ kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc (micro-flitration)
2.2 Phân loại:
Hệ thống bể sinh học MBR có 2 loại:
+ Kiểu đặt ngập màng MBR vào trong bể MBR: hoạt động bằng cách hút hoặc dùng áp lực Tuy nhiên nếu xét các mốc ứng dụng phát triển của MBR trong và ngoài nước thì ta
có thể nhận thấy MBR kiểu đặt ngập màng trong nước được sử dụng chủ yếu trong nước, chủ yếu áp dụng kỹ thuật xử lý nitơ và hạn chế ô nhiễm màng (Membrane Fouling)
Trang 6Hình 2.1:màng nước ngập trong bể phản ứng
+Kiểu đặt ngồi: màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hồn lại bể phản ứng ở áp suất cao Nước rỉ rác đi vào bể, chạy qua dịng tuần hồn với 5 bước lọc, các chất cần tách sẽ được giữ lại, nước thải sau xử lý sẽ được xả ra ngồi Được biết, hiệu suất của việc lọc ni tơ và ammonia theo phương pháp này lên đến 85%
Hình 2.2: màng nước ngồi bể phản ứng
Dòng ra Bơm
Dòng
vào
đầu sục khí màng
Dòng tuần
Bơm
Dòng ra
Dòng vào
Không
c)Sơ đồ
Trang 7-Tuy nhiên tùy theo từng nhà sản xuất, cấu tạo trong, độ ngấm, khả năng súc rửa (water-backflushing), của màng hệ thống MBR cũng có sự khác biệt nên cần phải phát triển nghiên cứu sản xuất nhằm chọn được những sản phẩm hiệu suất, chất lượng cao
- Thêm vào đó, có rất nhiều phương pháp loại trừ các chất ô nhiễm mà con người có thể xác định bằng cảm quan như màu sắc, mùi: oxi hóa ozon, sử dụng than hoạt tính, chiếu liều tia tử ngoại, oxi hóa điện, lọc màng NF, nhưng chi phí trong quản lý duy trì quá lớn, vận hành khó nên cần phát triển nghiên cứu để kỹ thuật này có thể áp dụng thực tiễn rộng rãi
2.3.Cấu tạo:
Màng sinh học MBR có các ống nhỏ (màng sợi rỗng) khoảng 1mm tạo thành một mạng lưới các xúc tu siêu nhỏ (0.001 micromet)
+Thông số kỹ thuật
Vật liệu chế tạo : polypropylen
Độ dầy mao dẫn : 40-50 micromet
Đường kính bó mao dẫn : 450micromet
Đường kính khe mao dẫn : 0.01-0.2 micromet
Độ xốp : 40-50%
Chịu lực kéo dãn : 120,000kpa
Cường độ lọc thiết kế : 6-9l/m2/h
Diện tích modun : 8m2/modun
Áp lực vận hành : 10-30 kpa
Công suất : 1.0-1.2 m3/ngày
Trang 82.4 Hoạt động
Tiền xử lý: như lưới lọc, song chắn rác
Xử lý bậc 1: khử chất hữu cơ, N, P
Xử lý bậc 2: phân tách hai pha rắn và pha lỏng khi qua màng
-Sau khi xử lý sơ bộ nước thải sẽ được vào bể sinh học có sử dụng màng lọc MBR.Tại đây nước thải sẽ được thấm xuyên qua vách màng vào ống mao dẫn nhờ những lỗ cực nhỏ từ 0.01-0.2 micromet
- Màng chỉ cho các phân tử nước đi qua, còn các chất hữu cơ, vô cơ sẽ được giữ lại trên bề mặt của màng Nước sạch sẽ theo ống ra ngoài bể chứa nhờ bơm hút( theo kiểu gián đoạn :cứ 10 phút chạy thì 1-2 phút ngừng, tuỳ theo hiệu chỉnh)
Khi áp suất chân không vượt quá 50 kpa so với bình thường thì 2 bơm hút tự động ngắt,
để bơm thứ 3 bơm rửa lọc ngược trở lại
Trang 9CHƯƠNG III:QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.1 Mục tiêu thiết kế:
Phương án nhằm xây dựng, lắp đặt thiết bị và chuyển giao công nghệ xử lý với năng suất khoảng Q = 90 m3/ngày đêm Hệ thống xử lý được thiết kế theo công nghệ mới nhất, tiên tiến nhất của Nhật Bản và đang được ứng dung rộng rãi trên thế giới vào cuối năm 2007, cũng như ở VN phương pháp sử dụng màng lọc sinh học MBR chỉ mới bắt đầu áp dụng vào giữa năm 2008
- Phương án sử dụng công nghệ mới MBR so với các công nghệ cũ sử dụng giá thể vi có những ưu, nhược điểm sau:
- Diện tích xây dựng nhỏ
gọn, chi phí xây dựng thấp
- Công nghệ, thiết bị đơn
giản, dẽ tự động hóa hoàn
toàn
- Không cần sử dụng hóa
chất khử trùng
- Chi phí đầu tư thấp
- Chi phí vận hành thấp
- Tuổi thọ thiết bị cao( 15 –
20 năm mới thay màng MBR)
- Diện tích xây dựng lớn, chi phí xây dựng cao
- Công nghệ, thiết bị phức tạp, khó
tự động hóa hoàn toàn
- Sử dụng hóa chất khử trùng
- Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với phương án MBR
- Chi phí vận hành cao
- Tuổi thọ thiết bị không cao
3.2 Mục đích:
-Xây dựng hệ thống xử lý nước cấp có công suất 90 m3/ngđ theo phương pháp lọc sinh học qua màng MBR mà không cần sử dụng bất kỳ một loại hóa chất nào
Trang 10- Hướng dẫn, chuyển giao công nghệ và đào tạo cán bộ kỹ thuật của công ty vận hành hệ thống xử lý nước cấp theo đúng quy trình công nghệ
3.3 Phương án xử lý:
- Qua nghiên cứu thành phần và tính chất của nước,tác nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước, đó là : các chất hữu cơ, vô cơ có thể bị phân huỷ, được biểu hiện qua thông số : BOD5 trung bình 400mg/ml, COD = 500mg/l, SS = 150mg/l
- Phương án xử lý được tính toán với các thông số như sau :
* Thông số đầu vào:
Lưu lượng 90 m3/ngàyđêm
PH 5 – 9 BOD5 400 mg/l COD 500 mg/l
SS 150m/l N-NH4 2 mg/l Tổng N 20 mg/l Tổng Coliform 108 MPN/100ml Các vi trùng gây bệnh khác
* Tiêu chuẩn của nước sau khi xử lý : Nước sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn TCVN 6772 – 2000 mức II:
* Thiết kế của chúng tôi sau đây đạt hiệu suất xử lý 97% đối với BOD, 98% đối với COD, 95% đối với SS, gần 99% đối với Coliform, và 100% đối với các vi trùng gây bệnh khác
3.4 Mô tả công nghệ được lựa chọn:
a Hố thu: Nước thải sản xuất sẽ theo hệ thống mương dẫn chảy về bể gom, qua lưới chắn rác để đến bể điều hoà
Trang 11b.Chắn rác : Lưới chắn rác (inox) sẽ giữ lại rác có kích thước lớn, tạp chất thô Chắn rác với hệ thống lấy rác bằng thủ công được đề nghị sử dụng, rác được tập trung tại bể thu rác
và hợp đồng với công nhân vệ sinh chuyển rác đến bãi vệ sinh thích hợp
c Bể cân bằng:Nước sau khi được tách rác sẽ được dẫn vào bể xử lý vi sinh tùy tiện bằng
tự chảy Trong bể xử lý vi sinh tùy tiện có sử dụng hệ vi sinh kỵ khí để phân hủy chất hưu cơ có trong nước thải, giảm quá trình tạo bọt trong xử lý ở quá trình tiếp theo
d.Bể xử lý tùy tiện.Nước sau khi được phân hủy kỵ khí, được tự chảy vào bể điều hòa, tại đây khí được sục vào từ máy thổi khí nhằm cân bằng nồng độ chất ô nhiễm, ổ định pH, ổn định lưu lựng để xử lý
e Bể lọc sinh học MBR
Bể xử lý sinh học hiếu khí với màng lọc sinh học MBR, Màng được cấu tạo từ chất Polypropylen có kích thước lỗ cực nhỏ cỡ 0.001 micromet chỉ có thể cho phân tử nước đi qua và một số chất hưu cơ, vô cơ hòa tan đi qua, ngay cả hệ vi sinh vật bám dính cũng không thể đi qua được do vậy nước sau khi đi qua màng MBR không cần phải dùng hóa chất khử trùng Không khí được đưa vào tăng cường bằng các máy thổi khí có công suất lớn qua các hệ thống phân phối khí ở đáy bể, đảm bảo lượng oxi hoà tan trong nước thải
>2 mg/l
Như vậy tại đây sẽ diễn ra quá phân huỷ hiếu khí triệt để, sản phẩm của quá trình này chủ yếu sẽ là khí CO2 và sinh khối vi sinh vật, các sản phẩm chứa nitơ và lưu huỳnh sẽ được các vi sinh vật hiếu khí chuyển thành dạng NO3- , SO42- và chúng sẽ tiếp tục bị khử nitrate, khử sulfate bởi vi sinh vật
* Phương trình diễn ra như sau :
(CHO) nNS → CO2 + H2O + Tế bào vi sinh + Các sản phẩm dự trử +Chất ô nhiễm + NH4+ + H 2S + Năng lượng+…
Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí đạt yêu cầu thì tại đây sẽ không có mùi hôi, bể không đậy kín để tăng quá trình tiếp xúc của nước thải trên bề mặt bể với không khí và dễ
Trang 12- Với thời gian lưu của nước trong bể này khoảng 10 – 12 giờ thì hiệu quả xử lý trong giai đoạn này đạt 90 đến 95% theo BOD
f.Bể ổn định:
Trước khi thải vào môi trường nước sau khi xử lý còn trung gian trước khi đi vào môi trường, mặt khác nước thải còn được dùng trở lại để rửa màng MBR theo định kỳ
g Hệ thống xử lý bùn:
Bùn trong quá trình xử lý từ bể lắng, một phần dư Bùn được phân huỷ kỵ khí bỡi vi sinh
3.5.Sơ đồ dây chuyền công nghệ:
Influent – đầu vào;
Anaerobic reactor – bể kỵ khí;
Trang 13Dynamic state bioreactor – bể sinh học thể động;
Membrane separation tank – bể lọc tách bằng màng;
KMS hollow fiber membrane – màng sợi rỗng
KMS; OER (oxygen exhausted reactor) – bể yếm khí;
Suction pump (permeate) – bơm hút (nước sau xử lý);
Effluent – đầu ra
3.6.Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBR
* Ưu điểm sử dụng màng lọc MBR:
Tăng hiệu quả sinh học 10 – 30%
Tiết kiệm được diện tích xây dựng(vì không cần bể lắng và bể khử trùng)
Thời gian lưu nước ngắn
Thời ian lưu bùn dài
Bùn hoạt tính tăng 2 -3 lần
Không có lắng thứ cấp
Quy trình điều khiển tự động
Dễ điều chỉnh hoạt động quá trình sinh học
Chất lượng đầu ra không còn vi khuẩn, vi sinh vật
Tải trọng chất hữu cơ cao
Tính ưu việt và cấu hình có giá trị tầm cỡ
Không cần hóa chất khử trùng, vì không cần bể khử trùng
Không cần bể lắng để tuần hoàn bùn sau bể xử lý sinh học
Tiết kiệm diện tích xây dựng hơn ½ so với công nghệ truyền thống
Chi phí xây dựng và vận hành tiết kiệm rất nhiều so với các công nghệ khác
Chất lượng nước sau xử lý cao
Trang 14- Hoạt động dễ dàng:
- Không phụ thuộc khả năng lắng
- Lượng bùn sinh thấp: duy trì tỉ số F/M thấp, kết qủa là bùn thải thấp
Không cần tiệt trùng nhờ đã khử triệt để coliform và E.coli
- Dễ kiểm soát và bảo trì bằng hệ thống tự động
- Không dung hoá chất
- Tiêu thụ điện năng ít
Kiểm soát quy trình chỉ cần đồng hồ áp lực hoặc lưu lượng
Cấu tạo gồm những hộp lọc đơn ghép lại nên thay thế rất dễ Quá trình làm sạch, sửa chữa, bảo trì và kiểm tra rất thuận tiện
Quy trình có thể được kết nối giữa công trình với văn phòng sử dụng, vì thế có thể điều khiển kiểm soát vận hành từ xa, thậm chí thông qua mạng internet
*Những ưu điểm đã được khẳng định của công nghệ MBR:
+ Sự ổn định của chất lượng nước sau xử lý:
Đáp ứng được tiêu chuẩn rất khắc khe về chất lượng nước đầu ra, như coliform, vi khuẩn, khuẩn Coli…Nhờ vào hiệu suất khử chất lơ lửng và vi sinh cấp độ cao, nước sau xử lý có thể được tái sử dụng ngay cho các tòa nhà hay nhà máy nước tuần hoàn
Có thể được thiết kế để ứng dụng cho nhiều lĩnh vực với những đặc thù riêng và đòi hỏi chất lượng nước sau xử lý luôn ổn định
+ Lưu lượng đa dạng: từ 50m3/đêm trở lên
+ Cơ động, dễ vận chuyển, lắp đặt thêm hoặc tháo bỏ bớt hệ thống bổ sung theo nhu cầu Có thể lắp đặt lại tại các địa điểm khác nhau một cách dễ dàng
+ Tiết kiệm không gian: Công nghệ MBR của Hitachi tiết kiệm được 2/3 diện tích so với công nghệ truyền thống
+ Lợi ích kinh tế: Giảm giá thành xây dựng nhờ không cần bể lắng, bể lọc và khử trùng
Tiêu thụ điện năng của công nghệ MBR rất ít so với các công nghệ khác Phí thải bùn
