478 Phục hồi hoạt động hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến cao su cẩn mỹ
Trang 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO _
TRƯỜNG ĐHDL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HỖ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG
po hoy
ĐỒ AN TOT NGHIỆP
TEN DE TAI:
PHUC HOI HOAT DONG HE THONG XỬ
Trang 2
a
TOM TAT DO AN
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Nước thải cao su và công nghệ bùn hoạt tính Chương 3: Vật liệu và phương pháp
Chương 4: Kết quả khảo sát
Chương 5: Các bước phục hồi và kết quả của việc tổ chức vận hành hệ thống xử lý nước thải nhà máy Chương 6: Kết luận và kiến nghị
Trang 3MỤC LỤC Mục lục Danh mục các từ viết tắt Danh mục các bảng biểu — hình ảnh — đồ thị Chương 1: Mở đầu Trang RA: Ô ÔÔ 1 1.2 Mục đích yêu CÂU . - +22 223319 E3 vn ưng rke 1 to na 2
1.4 Phương pháp nghiÊn CỨU -< 5< 9v n0 00030038807807007480908 2 Chương 2 Nước thải cao su và công nghệ bùn hoạt tính
2.1 Phân loại sản phẩn nguồn gốc nước thải cao su . . - <5 3
JANNNG on na 3
2.1.2 Nguồn gốc nước thải cao Su - - +55 + t+eerevererreeeree 4
2.1.2.1 Nơi xuất phát nước thải .-.- << << «<< sesssseeeersee 4
2.1.2.2 Khối lượng nước thẩi -.- << < < << sex eseererersee 4
2.1.3 Đặt tính của nước thải ngành chế biến cao su 5-5 << «+ 5
2.1.3.1 Thành phần của nước thải ngành chế biến cao su 5 2.1.3.2 Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến
CAO SU (g/l) (G0 0 Họ nọ HH 00300090 00 00 6
2.2 Công nghệ bùn hoạt tính trong xử lý nước thải «<< «<< s=se 7
2.2.1 Thành phần và tính chất bùn hoạt tính - 2 + < 5 seseeeeesseseses 7
Trang 4
2.2.3 Chỉ số kỹ thuật của bùn - ST St ng ren 13
2.2.3.1 Nồng độ bùn hoạt tính (6/]) 5 <cs+sexseseersrrsrsree 13
, V0 0n 14 2.2.3.3 Tải trọng bùn hoạt tính theo chất bẩn hữu cơ 16
2.2.3.4 Tuổi bùn hoạt tính: .-. - c scexAsxererrerersrkekseseesee 18 2.2.4 NQuyém LY ou 19 ” 5.989 cu 0n nh 21 2.2.5 Đặc tính của xử lý sinh hỌC - 5s sen ng 104083055150 506 22 2.2.6.1 Chỉ số MohÏman: . 5-5-5 5 5< << ng gveveersre 22 2.2.6.2 Vilng i0 na - 23 2.3 Biện pháp vận hành và kiểm tra công nghệ . 5-5 s©cs=ss se 23 2.3.1 Biên pháp vận hành: .- - cm ng HH 000 0087508100950 23 2.3.2 Kiém tra coi) 00 25 2.4 Các cách bố trí chính của bể bùn hoạt tính . 55 cssecssrsrssresssree 28 2.4.1 Bể có đồng do pittông :-sscscserexeErttirkrkirrsrrrrsererreersee 28
2.4.2 Bể nhào trộn toàn bộ -. cc2222222222221222222222211112222222- ee 29
2.4.3 BỂ theo dòng khép kín . 2- 2-52 + +sx+tkrxersetsrkrkrrsrkserrrseserx 29 , NT iợnNớ Ô 30
2.4.5 Bể được cung cấp theo dòng .- - -cs 2x nesrseersersesee 31
2.4.6 Phương pháp tiếp xúc ổn định - sex kevsvxeErsrsrsersrsrssrses 32
2.4.7 Phương pháp hấp phụ làm thoáng sinh học << s-sscs<se 32
Trang 53.3 3.4 3.1 3.2 PHI tat t6ng sẽ 41 Chương 3 Vật liệu và phương pháp Nhà máy và hệ thống XLNT - =2 Hee 43
3.1.1 Lịch sử hình thành Công ty .- 5 Ăn nn.Heeeisresesse 43
| 3.1.1.1 Khái quát về Công ty Cao su Đồng Nai - 43 3.1.1.2 Đặc điểm tình hình - 5-5-5 <cevsssSsvxkrszrersesesssssseee 44 3.1.2 Quá trình thành lập nhà máy . - - - Ăn n1 s56 46 3.1.3 Công suất nhà má yy -. - s5 «+ +1 E19 19xE1EESAExreksrsree 46 3.1.4 Quy trình chế biến cao su của nhà máy - << =- sesesseses 46 3.1.5 An toàn lao động, phòng cháy chữa chấy .-« 48 3.1.6 lưu lượng và tính chất dòng thải . .- -« s- 48
3.1.6.1 Lưu lượng ccc2222SttcZ222EEEEE2 2EEEEEE22.22EEEEEEtrrrrxree 48
3.1.6.2 Tính chất của dong thải 5-5-5555 2<S< se rerereesee 48
Hiện trạng hoạt động của hệ thống XLNT nhà máy Cẩm Mỹ
CO FỚI IAV Q.0 c0 TH TH TT Họ 0 T0 n08004 49
Tài liệu thiết kế -.- ccc22E.2E22222212122122222271 1122222232223222222222.12.-e2 50
3.3.1 Các thông số thiết kế chỉ tiết .- - 5+ sceeeeseerersrsrseeee 50
3.3.1.1 BỂ lắng cátk -scecerecerEkerrrsrkrrsrserrrrrsersrrrrsrre 50 ch N1 n6 50
3.3.1.3.Chi tiết bể điều hòa - 5s csSsceesserrsrsrsrsrsrssree 50
3.3.1.4 Chỉ tiết bể aerotank -ssss+xs+xe+rserserserksrkerrsersersrrke 51
3.3.1.5 Chi tiết bể lắng ]y tama ccscsssseseessssessesscsseeesscsessesnessesacens 51
3.3.1.6 Sân phơi bùn 2222 S22 E222 EEEEEEErErrrrerrrrreer 51
i82 oi 00 c8 51
3.4.1 Giải trình sơ đổ công nghệ, © ©s-s< se tvsverrtererrsersreerrrsree 52
3.4.1.1 Song chắn rác: . s se cành HH1 1 1161111030ere 53
Trang 6
chà: oan 54 3.4.1.4 HO Gi€u HOA oc 55 3.4.1.5 Vận hành bể aerotanik - 5s sen veeekeeerssee 56 3.4.1.6 Vận hành máy bơm bùn và bể lắng .- -«e- 57 3.4.1.7 Vận hành xử lý bùn - «5n sen se 59 3.4.1.8 Vận hành bể nén bùn -.- 5-5 s<csceeeeeeeeee 59 3.4.1.9 Vận hành sân phơi bùn: .- - Sen 59 Chương 4: Kết qua khảo sát
4.1 Kết quả của các đợt lấy mẫu từ năm 2001 — 2004: .- 61
4.2 _ Đồ thị biểu diễn sự biến thiên các chỉ tiêu trong các năm - 61 Chương 5: Các bước phục hồi và kết quả của việc tổ chức vận hành hệ thống xử lý nước thải nhà máy
5.1 Các bước phục hồi - ss+s<xx+tvrerxekeEkersererxekerersreersree 64
5.1.1 Phục hồi cơ sở vật chất theo thiết kế ban đầu .- -.-. - 64 h0 8 64
5.1.3 Tổ chức vận hành - << se E999 cư cuc 5505 0340 65
5.2 Kết của tổ chức vận hành - - «xxx vn n1 2151501 re 65
5.3 _ Tính toán lượng khí oxy cần cung cấp cho bể Aerotank .- -s 71
5.4 _ Tính tốn cơng suất hiện tại của hệ thống cung cấp ôxy
01.0: 0088 8n 72
5.5 _ Xác định ảnh hưởng của pH đến sự hình thành bùn hoạt
0U: 8:vJ1-80 1 ¡| Na 73 Chương 6: Kết luận và kiến nghị
Trang 7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
NN - PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn XLNT: Xử lý nước thải
TSS: Chất rắn lơ lững
TKN: Tổng nitơ
BOD: Biochemical Oxygen Demand — Nhu cầu oxy sinh hóa, mgOz/1 COD: Chemical Oxygen Demand — Nhu cau oxy héa hoc, mgO,/l PH: Chỉ tiêu dùng để đánh giá axit hay bazơ
SS: Suspended Solid — ham lượng chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp
Trang 8
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU - HÌNH ẢNH - ĐỒ THỊ
Bảng 2.1 Thành phần hoá học của nước thải ngành chế biến cao su (mg/]) 5
Bảng 2.2 Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su (mg/]) 6 Bảng 4.1 Số liệu các chỉ tiêu đầu ra của nhà máy trong các năm .- 61 Bảng 5.1 Số liệu lấy mẫu tháng 11 năm 2005 . -«cceeeressrsrsrerrse 69
HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc làm sạch bằng bùn hoạt tính . - -«-s=ses2 20
Hình 2.2 BỂ có đồng do pittông - «son SHHHgnrrrerrrsrsrre 28
Hinh 2.3 Bé nhado 8:ó)(0 18 0187 29
Hình 2.4 Bể theo dòng khép kín . 5+ SsSsvs2veveEerrrserrrrrrrrree 30
;¡ 08: 0.3.1.1 8n 31
Hình 2.6 BỂ cung cấp theo đồng, . + «5+ << +<+x*skettsrerrrrsrsrerree 31 Hình 2.7 Bể hấp phụ làm thoáng sinh học - 5° 5 s+xseeseseese 32
Hình 2.8 BỂ phân bố thành hàng - ©5552 vttersrerersrsersrke 37
Hình 2.9 Bể phân bố theo sàn .- 2-5-2 5£ +S+++s£EEESEEEEEEESEEEETrtrrerxersrsrke 38
Hình 2.10 BỂ khuếch tán rùng _ 55+ 2s2S St + se ersreersreersrrsrerree 39 Hình 3.1 Nước thải đầu vào theo mương dẫn vào bể gạn mủ - 49
Trang 9
ĐỒ THỊ
Đồ thị 4.1 Biểu thị sự biến thiên COD giữa các năm . -ccerrccee 61
Đồ thị 4.2 Biểu thị sự biến thiên BOD giữa các năm . -<s<c«° 62
Đề thị 4.3 Biểu thị sự biến thiên TSS giữa các năm - «- << cseseesrseerre 62
Đề thị 4.4 Biểu thị sự biến thiên TKN giữa các năm .-. -< «5 63
Đồ thị 5.1 Biểu diễn hiệu quả xử lý COD, BOD, TSS . -« 55<«- 70 ko 0ì 06-0 1 45
Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến mủ nưỚC .- - 5555 ss+eEsesesesssev 47
Trang 10Đô án tốt nghiệp GVHD: TS N uyễn Ngọc Bích Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề
Nhà máy chế biến cao su Cẩm Mỹ thuộc Công ty Cao su Đồng Nai nằm trong khu dân cư thuộc địa bàn xã Cẩm Mỹ, huyện Cẩm Mỹ, Long Khánh Đồng Nai được xây dựng trước năm 1975 và công ty tiến hành đầu tư nâng cấp vào những năm 1990, Nhà máy có công suất thiết kế hàng năm khoảng 8.500 tấn thành phẩm tương đương với lượng nước thải nhà máy thải ra môi trường hàng năm khoảng 212500 mỶ nước thải/năm Trước đây, nhà máy thải nước thải sản
xuất trực tiếp ra suối mà không qua một quá trình xử lý nào cả Để giải quyết vấn để môi trường thì cuối năm 1999 đầu năm 2000 công ty tiến hành xây dựng hệ thống XLNT tại nhà máy áp dụng công nghệ bùn hoạt tính Từ ngày hệ thống được xây dựng xong cho đến nay, qua nhiều lần kiểm tra, chất lượng nước thải sau xử lý vẫn không đạt yêu cầu bảo vệ môi trường Hệ thống đã trải qua nhiều
lần sửa đổi cải tạo Lần cải tạo cuối cùng, năm 2004, công ty đã tiến hành cải tạo lại hệ thống theo hướng sử dụng công nghệ khác, nhưng chất lượng nước thải vẫn
không đáp ứng được tiêu chuẩn xả vào môi trường Trước tình hình đó, để tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến chất lượng nước thải không đạt và tìm biện pháp khắc phục, em tiến hành đồ án tốt nghiệp “PHỤC HỒI HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG XỬ
LY NUGC THAI NHA MAY CHE BIEN CAO SU CAM MY” tại nhà máy chế biến cao su Cẩm Mỹ thuộc Công ty cao su Đồng Nai
12 Mục đích yêu cầu
- Phục hổi hiện trạng thiết bị và cơ sở vật chất của hệ thống XLNT đúng
như tình trạng thiết kế ban đầu
- Tổ chức vận hành hệ thống XLNT theo đúng thiết kế ban đầu
- Khảo sát khả năng xử lý của hệ thống XLNT theo thiết kế - Rút ra kết luận và kiến nghị đối với hệ thống xử lý đã thiết kế
DĐ HH-mmmmmmmmmmmmm=m=m=m=m—=— HH HH _ _ _ _ _
Trang 11uyễn Ngọc Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ne 1.3 Giới hạn đề tài
Trong khuôn khổ thực hiện đô án tốt nghiệp để tài chủ yếu tập trung vào những nội dung sau:
- Phục hồi cơ sở vật chất của hệ thống XLNT Nhà máy chế biến cao su Cẩm Mỹ đúng thiết kế ban đầu
Trang bị bổ sung thiết bị tính toán số lượng điện tiêu thụ, lưu lượng nước
đưa vào hệ thống xử lý, và dụng cụ để kiểm nghiệm các thông số vận hành hệ thống cho đúng thông số thiết kế
Vận hành hệ thống theo đúng thiết kế, đánh giá hiệu quả xử lý nước thải và đưa ra đề xuất sửa đổi
Thời gian thực hiện đồ án: từ 17/09/2005 đến 10/12/2005
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở những số liệu có sắn của hệ thống XLNT của nhà máy, tiến
hành thu thập thông tin, điểu tra, khảo sát và tổ chức vận hành để từ đó đưa ra hướng phục hổi, cải tạo cho hệ thống XLNT của nhà máy
Các phương pháp thực hiện: - Tổng hợp tài liệu
- Điều tra khảo sát và quan trắc tại chỗ
- Tổ chức vận hành theo qui trình kỹ thuật
- _ Kiểm nghiệm các chỉ tiêu chất lượng nước thải
Trang 12Đô án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
Chương 2 NƯỚC THÁI CAO SU VÀ CÔNG NGHỆ BÙN HOẠT TÍNH
2.1 Sản phẩm cao su, nguồn gốc và đặc tính nước thải
2.1.1 Phân loại sản phẩm
Sản phẩm của công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên có thể được chia làm 2 loại: cao su khô và cao su lỏng Cao su khô là các sản phẩm dưới đạng rắn như cao su khối, cao su tờ và cao su crepe, v.v cao su lỏng là các sản phẩm dưới dạng mủ cao cô đặt để có hàmh lượng cao su chừng 60%, do phương pháp chế biến chủ yếu là phương pháp ly tâm nên cao su lỏng còn được gọi là mủ ly tâm Quá trình chế biến mủ ly tâm cũng cho ra một sảm phẩm là mủ skim, chứa chừng 5% cao su
Trong chế biến cao su khối, mủ latex từ vườn cây đưa về được tiếp nhận
tại nhà máy sau đó được khuấy trộn trong một bổn chứa, được pha loãng rồi để
lắng trong 1 thời gian, sau đó được chuyỂn sang các mương đánh đông, tại mương đánh đông người ta cho thêm axit loãng (axit formic 1% hay axit acetic 2%) Dưới tác dụng của axit, các hạt cao su đông tụ lại thành từng khối và tách khỏi dung dịch latex phần còn lại (gọi là serum) Các khối cao su sau đó được gia công tại nhiều công đoạn khác nhau để tạo thành các hạt có kích thước chừng 3-5 mm Sau đó tại công đọan sấy các hạt cao su sẽ được làm khô, và sau khi ra khỏi lò sấy các hạt cao su khô sẽ được đem ép lại thành những bành cao su, đó là những bành cao su thành phẩm gợi là cao su khối
Các sản phẩm cao su khác như cao su tờ và cao su crepe cũng trải qua quá trình chế biến tương tự như trên, ngoại trừ sự tạo hạt
Trong sản xuất cao su ly tâm, mủ cao su sau khi khuấy trộn được đưa vào nổi ly tâm quay với tốt độ chừng 7000 vòng/phút Với tốt độ này, lực ly tâm đủ lớn để tách các hạt cao su ra khỏi serum, dựa vào sự khác biệt về trọng lượng riêng của chúng Sau khi mủ cao su được cô đặc đã được tách ra, chất lỏng còn lại là serum, vẫn còn chứa 5% cao su, sẽ được làm đông tụ bằng axit sulphuric để chế
ee ee ee re ee
SVTH: Lé Thanh Trung 3
Trang 13
Đô án tốt nghiện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
biến thành cao su khối như một quy trình chế biến cao su khối thông thường nhưng sản phẩm gọi là cao su khối skim
2.1.2 Nguồn gốc nước thải cao su 2.1.2.1 Nơi phát xuất nước thải
Trong quá trình chế biến cao su thiên nhiên nguồn gây ra ô nhiễm môi trường chủ yếu là do nước thải, nguồn nước thải này chủ yếu sinh ra từ các nguồn sau:
Nguồn nước thải sinh ra từ qui trình chế biến cao su khối: nước thải sinh ra chủ yếu là ở các công đoạn khuấy trộn, làm đông và gia công cơ học và nước thải do vệ sinh bên đánh đông và máy móc thiết bị nhà xưởng trong đó nguồn có ham lượng chất ô nhiễm cao nhất là nước Serum chúng chủ yếu là ô nhiễm hữu cơ, chúng chứa một lượng nhỏ các hạt cao su chưa đông tụ (2%), nước thải từ vệ sinh máy móc thiết bị có hàm lượng chất ô nhiễm ít hơn
Nguồn nước thải sinh ra do quá trình chế biến mủ cao su ly tâm (cao su
lỏng) gồm có: nước thải rửa máy móc và các bồn chứa, và nước thải từ công đoạn
chế biến mủ skim, chúng chủ yếu là ô nhiễm hữu cơ 2.1.2.2 Khối lượng nước thải
Sản xuất một tấn thành phẩm (quy định trọng lượng khô) cao su khối, cao su tỜ và mủ ly tâm thai ra tương ứng như sau:
- Cao su khối thì có khoảng 30m” nước thải
- Cao su tờ thì có khỏang 25m” nước thải
- Cao su mủ ly tâm thì có khoảng 18m” nước thải
SVTH: Lê Thành Trung 4
Trang 14
2.1.3 Đặc tính của nước thải ngành chế biến cao su 2.1.3.1 Thành phần của nước thải ngành chế biến cao su
Bảng 2.1 Thành phân hoá học của nước thải ngành chế biến cao su (mg/1) Chỉ tiêu Chủng loại sản phẩm
Khối từ mủ Khối từ mủ Cao su td Mi ly
tươi đông tâm N hữu cơ 20,2 8.1 40.4 139 NH;-N 75,5 40.6 110 426 NO;-N vết vết vết vết NO;-N KPHD KPHD KPHD KPHD PO,-P 26,6 12,3 38 48 Al vết vết vết vết SO, 22,1 10,3 24,2 35 Ca 2,7 4,1 4,7 7,1 Cu vét vét vét vết Fe 2,3 2,3 2,6 3,6 K 42,5 48 45 61 Mg 11,7 8,8 15,1 25,9 Mn vết vết vết vết Zn KPHD KPHD KPHD KPHD
(Nguồn: Bộ môn chế biến, Viện Nghiên cứu cao su Việt Nam,1999),
Ngồi chất ơ nhiễm hữu cơ, nước thải còn chứa N, P và K cùng với một số
khoáng vi lượng, trong đó đáng kể nhất là N ở dạng amôni với hàm lượng khoảng 40-400 mgil
Trang 15
Đồ án tốt n hiệp GVHD: TS Ng uyễn N sọc Bích
2.1.3.2 Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su (mg/]) Bảng 2.2 Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su (mg/1) Chỉ tiêu Chúng loại sản phẩm Khối tù Khối tù Cao su | Mủ ly mủ tươi mủ tờ tâm đông COD 3540 2720 4350 6212 BOD 2020 1594 2514 4010 Tổng Nitơ (TKN) a) 48 150 565 Nito am6ni (AN) 75 40 110 426 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 114 67 80 122 PH 5.2 5.9 5.1 4.2
(Nguồn: bộ môn Chế Biến, Viện nghiên cứu Cao su Việt Nam)
Nước thải Cao su có pH trong khoảng 4,2 — 5,2 do việc sử dụng axit để làm đông tụ mủ cao su Đối với mủ skim đôi khi nước thải có pH thấp hơn nhiều
(đến pH = 1) Đối với cao su khối được chế biến từ nguyên liệu đông tụ tự nhiên
thì nước thải có pH cao hơn (khoảng pH = 6) và tính axit của nó chủ yếu là do các axit béo bay hơi, kết quả của sự phân huỷ sinh học các lipid và phospholipid xảy
ra trong khi tổn trữ nguyên liệu
Hơn 90% chất rắn trong nước thải cao su là chất rắn bay hơi, chứng tỏ bản
chất hữu cơ của chúng Phần lớn chất rắn này ở dạng hoà tan, còn ở dạng lơ lửng chủ yếu chỉ có những hạt cao su còn sót lại
Hàm lượng nitơ hữu cơ thường không cao lắm và có nguồn gốc từ các protein trong mủ cao su, trong khi hàm lượng nitơ dạng amôni là rất cao, do việc sử dụng amôni để chống đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận hành, chuyển và tổn trữ mủ cao su
a
Trang 16Đô án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
| 2.2 Công nghệ bùn hoạt tính trong xử lý nước thai
2.2.1 Thành phần và tính chất bùn hoạt tính
Quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ bùn hoạt tính là quá trình trong đó nước thải được trộn với sinh khối vi sinh vật và được cung cấp ôxy Phương pháp phổ biến nhất trong xử lý bùn hoạt tính là oxy hoá sinh học nước thải trong bể sục khí bùn hoạt tính Tính chất nổi bật của bùn hoạt tính là màu vàng nâu của bông bùn, lắng nhanh và có các vi sinh cư trú, gồm động vật nguyên sinh (protozoa), ấu trùng, vi khuẩn và một số không nhiều các nấm mốc Bông bùn có nhiễu dạng khác nhau và kích thước từ 3 đến 150um Giữa các bông bùn, mà | trong đó một lượng lớn vi khuẩn sinh sống, các vi sinh vật còn lại đi chuyển với
mục đích tìm thức ăn
Các vi sinh vật được nuôi bởi các chất hữu cơ trong nước thải và phân huỷ các chất hữu cơ nhờ men, phân huỷ cácbon hydrat, protit, dầu mỡ Khi oxy hoá | các chất hữu cơ, các vi sinh vật nhận được năng lượng cần thiết Các chất hữu cơ
| này cũng là nguồn chất nhựa để xây dựng nên thân bùn và do đó tổng sinh khối
của bùn gia tăng
Bùn hoạt tính trong xử lý nước thải thúc đẩy quá trình khoáng hoá tự nhiên nước thải Trong gian đoạn đầu quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vi khuẩn - nhân đôi nhanh chóng — nguồn thức ăn trong nước thải dổi dào, không có sự cạnh tranh giữ các vi sinh vật Sau đó, bắt đầu phát triển các vi sinh vật phức tạp như trùng lông, trùng xoắn nematoga trùng lông ăn vi khuẩn và do đó sự xuất hiện
của trùng lông sẽ giảm một lượng vi khuẩn trong nước thải Vì vây, sẽ dân tới
mối quan hệ nghịch đảo là:
- Nếu tăng lượng trùng lông trong nước thải sẽ làm giảm lượng vi khuẩn - Nếu giảm lượng trùng lông trong nước thải thì sẽ làm tăng lượng vi
P4
khuẩn
Trang 17| Đô án tốt nghiệp GVHD: TS N, uyễn Ngọc Bích
| - Ngoài ra, sự gia tăng lượng vi khuẩn thường xảy ra khi quá trình oxy hoá trong aerotank bị ngưng trệ, khi thổi khí không đủ, khi tăng lưu lượng nước thải
- Trong quá trình sống, vi khuẩn sinh ra chất có khả năng nhân đôi các động vật nguyên sinh, chúng đóng một vai trò quan trọng, trong phân huỷ các chất hữu cơ nhờ các men: động vật nguyên sinh và ấu trùng không tạo ra men trong môi trường bên ngoài Vì vậy, chúng không thể tự phân huỷ các chất bẩn hữu cơ, nhưng chúng hấp thụ các chất keo và chất lơ lững của nước thải
- Vấn để về vai trò quan trọng của trùng lông trong xử lý nước thải, và
tương tác của chúng với các vi khuẩn vẫn chưa được nghiên cứu chưa đây đủ | - Nhóm cơ thể sống trong bùn hoạt tính nhiều nhất và đa dạng nhất là các
động vật nguyên sinh, có đến hàng ngàn loài Các vi sinh vật sống trong bùn được trình bày trên hình
2.2.2 Vận tốc oxy hoá sinh học
2.2.2.1 Cơ chất phân huỷ chất hữu cơ trong nước thải
Quá trình phân huỷ và nhu cầu sử dụng chất hữu cơ trong nước thải bởi vi sinh vật rất phức tạp Có thể chia làm ba giai đoạn:
- Vận chuyển chất hữu cơ từ nước đến bể mặt tế bào
- Khuếch tán vật chất qua màng bán thấm của tế bào, trong trường hợp cần thiết thuỷ phân chất bẩn hữu cơ tạo thành sản phẩm, có khả năng khuếch tán qua màng tế bào
- Chuyển hoá sản phẩm khuếch tán kèm theo phát sinh năng lượng và tổng
hợp tế bào mới |
Vận tốc theo giai đoạn 1 được xác định theo quy luật khuếch tán và chế độ thuỷ động trong aerotank Sự vận chuyển vật chất từ bể mặt tế bào vào bên trong
tế bào có thể thực hiện theo hai cách:
- Hoà tan nối tiếp vật chất vào thành tế bào và xâm nhập vào màng tế bào,
nhờ đó thẩm thấu qua màng tế bào
a a
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Neg uyén N oc Bich
- Liên kết các chất hữu cơ và chất mang nằm trong tế bào, biến thành tổ hợp chất — chất mang protit ở trạng thái hoà tan và thẩm thấu qua màng vào trong tế bào, ở đây tổ hợp và chất mang protit được giải phóng để thực hiện chu trình mới
Cả hai cách điểu có thể trải qua sự thuỷ phân vật chất dưới tác dụng của
men bên ngoài tế bào
Để có thể thực hiện sự vận chuyển vật chất, hoặc thuỷ phân vật chất, để vật chất có thể đến bể mặt tế bào, nghĩa là phải xảy ra quá trình hấp phụ Sự hấp phụ cơ chất diễn ra nhờ các phản ứng chuyển hoá, trong số đó có phản ứng oxy hoá của chu trình hô hấp Các phản ứng này phá huỷ cân bằng hấp phụ và tạo thanh gradient néng độ đảm bảo cho sự xâm nhập liên tục của vật chất vào tế
bào Tuy nhiên, hấp phụ mặc dù là giai đoạn cần thiết trong quá trình tiêu thụ chất hữu cơ bởi vi sinh vật nhưng không có nghĩa đáng kể trong quá trình xử lý nước thải
— Vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải là quá trình xâm nhập bên trong tế bào Trong quá trình này diễn ra sự oxy hoá các chất hữu cơ, giải phóng năng lượng và tổng hợp protit mới với sự tiêu hao năng lượng Quá trình tổng hợp protit tiến hành qua sự hình thành sản phẩm trung gian dạng hydride cũng như
một vài axit hữu cơ
2.2.2.2 Phát triển và tăng trưởng vỉ sinh vật
Sự tăng trưởng vi sinh vật là sự gia tăng sinh khối do tiếp nhận thức ăn, sự phát triển — sự thay đổi chu trình của chúng
Ở mỗi tế bào độc lập, sự tăng trưởng của toàn bộ sinh khối là sự gia tăng
tổng sinh khối, không chỉ do sự tăng trưởng từng phần Cần nhận thấy rằng, sự tăng trưởng quần thể sinh vật trong nghĩa rộng là tăng kích thước hoặc tổng số lượng tế bào cũng như giảm chúng, nghĩa là sự tăng trưởng có thể là đại lượng dương hoặc âm
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Ng oc Bich
Trong phân tích hoạt động của bùn hoạt tính cần phân biệt vận tốc tăng trưởng chung và riêng phần (hoặc vận tốc thực) đôi khi còn gọi đơn giản là cường độ tăng trưởng Sự khác nhau giữa tăng trưởng chung và riêng có thể chỉ ra như sau: sinh khối liên tục tăng trưởng và do đó tốc độ tăng trưởng chung Sau một thời gian tốc độ tăng trưởng chung đạt một đơn vị, sinh khối tăng hai lần Giai đoạn nhân đôi tiếp theo tăng trưởng chung đã đạt hai đơn vị và tiếp tục như thế
Như vậy sinh khối tăng gấp đôi mỗi giờ, mặc dù tốc độ tăng trưởng theo giờ của
một đơn vị sinh không đổi Như vậy, theo tốc độ tăng trưởng sinh khối ban đầu và hoạt tính sinh khối của chúng
2.2.2.3 Vận tốc sinh khối hệ gián đoạn và bán liên tục
Trường hợp này hệ vi sinh vật được cung cấp chất bẩn hữu cơ một lần trong khoảng thời gian đó, chu trình phát triỂn vi sinh vật mang đặc tính pha nối tiếp Điều này có thể diễn ra trong aerotank hoạt động gián đoạn hoặc trong hành lang các aerotank đây lý tưởng (bán liên tục), ở đây phần hỗn hợp nước và bùn chuyển động với nhau từ đầu vào đến đầu xả
Khi tải trọng BOD thấp, vận tốc giảm chất bẩn mô tả bằng phương trình sau: _#È SÖ k,Lr" dt Chỉ số bậc n là bậc phản ứng sinh học, nhiều loại nước thải công nghiệp có chỉ số n không bằng 1 Phương trình này có thể tính theo liều lượng bùn hoạt tính: _““ _ kaLr" đr
Theo nguyên tắc trong xử lý nước thải công nghiệp phải xử lý hỗn hợp nhiều chất hữu cơ khác nhau, quá trình oxy hoá sinh học xảy ra không cùng một vận tốc, đôi khi BOD sau xử lý còn lại rất cao ngay cả khi thời gian sục khí kéo
Trang 20
sọc Bich
dài, điểu này được giải thích bởi trạng thái cân bằng động giữa BOD và sản phẩm hoà tan trong nước Đối với nước thải công nghiệp có thành phần phức tạp
chứa các chất oxy hóa (n=1) sinh học gần giống nhau, phương trình có dạng:
[- 4 =) (kal, +k,al, + +k,aL,)
r
Hoặc sau khi lấy tích phân:
= = > [exp(- k,at)+ exp(- k,at)+ wet exp(— k,az)|
o
Nếu chất bẩn hữu cơ khác nhau đáng kể theo tính chất sinh học, phương
trình phải viết ở dạng sau:
— „ = Star“ + k,aL,? + + k,aL")
Với ø, Ø8 „ n là các hệ số dương lớn hơn 1 thì:
LED =-k,at+k,at+ +kat 1 bL, tr" Ẳh—
Nông độ bùn trong aerotank cao sẽ thúc đẩy quá trình oxy hoá chất bẩn nhưng sẽ làm giảm vận tốc tăng trưởng và nhân đôi tế bào
Điều này là do sự trao đổi chất trong vi sinh vật diễn ra rất mãnh liệt, trong khi đó dòng thức ăn đến nó và dòng sản phẩm trao đổi từ vi sinh vật diễn ra chậm hơn, chủ yếu do khuếch tán Cho nên dễ hiểu rằng, với mật độ tế bào cao trong vùng xung quanh vi sinh vật sẽ thiếu thức ăn và tăng nồng độ sản phẩm trao đổi Nói cách khác vận tốc giảm BOD của nước thải tỷ lệ thuận với
nồng độ bùn a với bậc < 1 Chỉ số m phụ thuộc nhiều yếu tố: liều lượng bùn, tính
chất nước thải và chế độ công nghệ
Tính các yếu tố này, phương trình có dạng: dL 1
* = Ol) )- 5 OL, (e)- ka" Li"(e)
Trang 21
Dé án tốt nghiệp GVAD: TS Neu én N Ngoc Bi Bich
Phương trình này đặc trưng cho hoạt động của tế bào không ổn định ở dạng tổng quát, không giải được bằng phương pháp phân tích
Lời giải cho trạng thái ổn định như sau: 1,~1, ="L/{Š )>0 Q pF 2k gn W 1 + | =0 I, 2 \Q L, x R„ Hoặc: #&)=>z +x-1=0 R = 2ka” (Fn xo Q
2.2.2.4 Cân bằng vật chất aerotank liên tục
Trong phương pháp liên tục (dòng chảy), môi trường thức ăn được cung cấp vào aerotank bằng dòng liên tục, do đó lượng vi sinh vật tăng liên tục đến khi đạt giá trị cao nhất có thể đuợc với thành phần môi trường đã cho Ngoài ra, trong aerotank đạt trạng thái ổn định và cân bằng động giữa sự tăng trưởng và mất vi sinh vật trong hệ thống Do đó lượng tế bào tích cực được giữ ở một mức cố định trong khi đó số lượng chung của chúng tăng với vận tốc không đổi theo quy luật tiến tính
Như vậy, sự tăng trưởng bùn hoạt tính trong aerotank liên tục được đặc trưng bởi aerotank khuấy trộn là quá trình tự điều chỉnh
Trang 22
Đầ án tốt nghiệp GVHD: TS N uyén Ne oc Bich
Trong điều kiện thực tế, nước thải bị dao động lớn không chỉ về lưu lượng mà nông độ cũng thay đổi Vì vậy phương trình chính xác hơn có thể viết:
m, (z)= Q(z); m;(z)=W()L(£); — m(£)=O()L()
Trong đó: Q — lưu lượng nước thải; W - thể tích aerotank Giải phương trình theo phương pháp tính lặp: Xan HX, 7 Fee) f(x.) —x,"+x,-1 x +] =X„— a nR mạ] 2 Khi n = l1: ol R ø l+— 2 L, ~vi+2R-1 n=2: —=——— L R Trong thực tế, cần xác định thời gian thổi khí và từ đó tính thể tích aerotank: _ L, ~ L, ka” Li Tt 2.2.3 Chỉ số kỹ thuật của bùn 2.2.3.1 Nồng độ bùn hoạt tính (g/1)
Nồng độ bùn hoạt tính là chỉ số quan trọng xác định vận tốc quá trình oxy hóa sinh học chất bẩn và được đo theo chất khô nhờ lọc mẫu qua giấy lọc, rồi sấy ở nhiệt độ 105°C trong thời gian 0.5 l7
Néng độ bùn hoạt tính theo chất khô:
a= 2-200 Gey
Với: x - khối lượng giấy lọc có bùn sau khi sấy (g) y — khối lượng giấy lọc không bin (g);
a rn a
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ng uyen Neg
oc Bich
V — thé tich mẫu lọc
Để xác định độ tro của bùn hoạt tính, bùn đã sấy được nung 6 600°C trong một giờ Độ tro của bùn hoạt tính được biểu diễn bằng phần đơn vị (z;) hoặc
phần trăm trên khối lượng bùn khô (%) Nổng độ bùn hoạt tính theo chất không tro là:
=z1-m= a00=7%)
a, =a(l-7) =a 100? (g/l) 2.2.3.2 Chi sé biin (mg/l)
Chỉ số bùn bằng thể tích (ml) chiếm chỗ của 1g bùn khô sau 0,5 giờ lắng
trong ống trụ Chỉ số bùn được xác định bằng cách trộn mẫu hỗn hợp bùn thật
đều rồi rót vào ống trụ đến mực 1 lít và để lắng, sau đó đánh dấu thể tích chiếm chỗ của bùn và xác định nồng độ bùn theo chất khô
Hiệu quả làm việc của bể lắng phụ thuộc rất nhiều vào chỉ số bùn và
| nông độ bùn trong bể aerotank Trong trường hợp chỉ số bùn cao (khoảng 100- 150 ml/g), néng d6 bin trong aerotank bing 4-5 g/l 1a qué I6n va bé lang 2 không đảm bảo độ trong của nước ra Trường hợp chỉ số bùn thấp (khoảng 50-60 ml/g), liều lượng bùn trong bể aerotank có thể tăng đến nồng độ giới hạn bằng cách tăng năng suất (cường độ oxy hoá) của bể aerotank hoặc tăng liều lượng ! bùn hoặc tăng hiệu quả xử lý Tuy nhiên, cân phải chú ý đến thành phần nước
| thải, lưu lượng của nó, BOD phải đủ cho bùn cũng như khả năng lắng của bể
| lắng 2
Liều lượng bùn trong bể aerotank phụ thuộc khối lượng riêng bông bùn
hoạt tính, khối lượng bùn hoạt tính lại phụ thuộc thành phần nước thải, độ tro,
điểu kiện môi trường, dạng vi sinh vật, sự nạp không khí và các yếu tố khác, mà sự thay đổi của chúng làm thay đổi vận tốc lắng và khối lượng bùn hoạt tính Khi khối lượng riêng bông bùn giảm thì chỉ số bùn tăng
Trang 24
Đô án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
Các kết quả thực nghiệm cho thấy, sự gia tăng nồng độ ban đầu của bùn
thực tế không làm thay đổi chỉ số bùn chỉ trong một giới hạn xác định Sau đó,
nếu tiếp tục tăng nồng độ bùn thì chỉ số sẽ tăng đột ngột và có giá trị cực đại,
tiếp tục tăng bùn nữa thì chỉ số bùn sẽ giảm Điều này được giải thích bằng công thức tính chỉ số bùn: RVI = yo a Trong đó: RVI— chỉ số bùn, (ml/g) a — nồng d6 bin, (g/1) V — thé tich cặn sau 30 phút lắng, (ml/))
Từ công thức này ta thấy, tử số có giá trị giới hạn bằng thể tích mẫu, còn mẫu số có thể tăng hầu như không giới hạn Quan sát vận tốc lắng, chỉ số bùn ở điều kiện tĩnh cho thấy khi nồng độ bùn cao hơn giá trị giới hạn, bùn không được
tách lớp, thể tích bùn sau 30 phút lắng chỉ giảm 0 -10% thể tích huyền phù ban đầu (trung bình 5%) Thay vào công thức trên ta có chỉ số bùn là:
nr¡ -30
a
Như vậy khi nồng độ bùn cao hơn giá trị giới hạn có thể tích gần đúng chỉ số bùn mà không cần lắng bùn với sai số không quá 5-7% Do đó, nếu tăng nồng độ bùn trên mức giới hạn thì chỉ số bùn giảm ngay cả khi hỗn hợp bùn không phân lớp
Phân tích công thức (ï) nhận thấy khi xử lý nước thải trong aerotank với liểu lượng bùn cao, cao hơn giới hạn, việc xác định chỉ số bùn như tham số kiểm soát hoạt động của aerotank không còn ý nghĩa, bởi vì trong khoảng nông độ bùn cao, một sự thay đổi tính chất của nó không làm thay đổi chỉ số bùn (khoảng 130 mg/]), trong khi đó bùn lại khác nhau theo tính chất lắng và khả năng nén Như vậy khi xử lý sinh học, nước thải trong aerotank với nông độ bùn hoạt tính cao,
—rm>m>>mmœmrơờmm=mmm>—mmmmmmmmamammmma>mmaammxaaam>>amawœơợơẵăaaam
Trang 25
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ne ọc Bích
chỉ số bùn như tham số kiểm soát hoạt động của aerotank vẫn được xác định sau khi pha loãng bằng nước đã xử lý với tỷ lệ xác định, ví dụ, đến nông độ 19g/1
Trong thực tế xử lý nước thải có trường hợp có ngoại lệ Ví dụ: khi xử lý sinh học nước nhờ quần thể nấm nước, chỉ số bùn ở nồng độ 1g/1 khoảng 100 mg/1, khi tăng nông độ nấm chỉ số bùn giảm mạnh Trường hợp này để đánh giá tính chất bùn cần phải xác định phụ thuộc ¡ = f(a) và từ đó tìm nông độ mà tại đó chỉ số bùn có thể đặc trưng cho tải trọng của bùn hoạt tính theo chất hữu cơ:
(mg)/(g bùn không tro)/(h)
2.2.3.3 Tải trọng bùn hoạt tính theo chất bẩn hữu cơ
Tải trọng bùn hoạt tính theo chất bẩn hữu cơ là chỉ số đầy đủ nhất, đặc
trưng cho hiệu quả xử lý và trạng thái của bùn hoạt tính Thông thường tải trọng được xác định theo BOD tổng nhưng cũng có thể xác định theo BOD;, BOD», COD và theo bất kì một chất bẩn hữu cơ nào
Tải trong được tính theo công thức: R= Lenn me ee y24 gh R= Ly ngd INE ngd = a, TT g.ngd R = (Lạ -L, Xu ms “ a,24 gh R = (L, — L, )Ongd mg ned a, g.ngd
Tải trọng trên bùn hoạt tính theo chất bẩn được xử lý đối với một loại
nước thải cho trước phụ thuộc vào nhiều thành phân loài vi sinh vật Ví dụ, nếu
oxy hoá sinh học nước thải sản xuất axít limon có các dạng bùn hoạt tính sau:
Tải trọng bùn dưới 200 mg/g/ngđ theo BOD, Bùn hoạt tính dạng bông
nhuyễn trong suốt Lượng sinh vật nước không nhiều, có notommata, các loài
a
Trang 26
Đồ án tốt nẹ GVHD: TS Nguyén N oc Bich
trùng lông bám chặt có epistylis, trùng lông bơi tự do không nhiều, không có dạng ưu thế Có một lượng đáng kể amoeba nhuyễn, zoogli không nhiều, dạng nhánh của chúng phát triển mạnh Vi khuẩn bơi tự do ít, trong số đó có dạng khuẩn que ít uốn cong
Tải trọng bùn trong khoảng 200 -400 mg/g/ngđ theo BOD, Bùn hoạt
tính là các bông không thô xốp, loài trùng xoắn phát triển mạnh, trong số trùng lông có không nhiều dạng bám dính vorticella, convallaria, epistylic, tokophrya và lượng không lớn litonotus, có các vi khuẩn sống độc lập, vi khuẩn bơi tự do ít, trong số đó có vi khuẩn que nhuyễn chuyển động
Tải trọng bùn trong khoảng 400 -600 mg/g/ngđ theo BOD, Bùn hoạt
tính có mật độ dày đặc hơn, bông bùn thô hơn Trong số trùng xoắn có Philodina, xuất hiện một lượng lớn Epistylis, Lionotys, tokophrya và trùng xoắn Có vi khuẩn zooleit độc lập Vi khuẩn bơi tự do không nhiều
Tải trọng bùn trong khoảng 600 -1000 mg/g/ngđ theo BOD, Nước đục do bùn hoạt tính, trong bùn hoạt tính có các tạp chất cơ học Trùng xoắn và
vorticella hiếm gặp, hơn nữa chủ yếu là dạng nén chặt Trong số động vật nguyên sinh (protozoa) có mẫu xoắn và độc lập của opercularia Các loại vi khuẩn bơi tự do phát triển mạnh, ngoài ra còn xuất hiện loại sarcina spirilla và dạng nha bào
Tải trọng bùn trong khoảng 1000 -1800 mg/g/ngđ theo BOD, Nước đục do bùn hoạt tính, trong bùn hoạt tính có các tạp chất cơ học, trùng xoắn ít khi có Trong só trùng lông có vorticelle microstoma và epistylis Có một lượng đáng kể amoeba, zoogloca ramigera đặc trưng dãy dài Có một lượng lớn vi khuẩn tự do, chiếm ưu thế là dạng que và spirilla (xoắn)
Tải trọng bùn lớn hơn 1800 mg/g/ngđ theo BOD, Nước đục, lượng vi sinh vật hydrobiont giảm mạnh, nhiều vi khuẩn bơi tự do, trong số đó có vi khuẩn tạo nha bào
Trang 27
| Đồ án tốt n GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
2.2.3.4 Tuổi bùn hoạt tính
Tuổi bùn hoạt tính hoặc thời gian trao đổi nó là thời gian lưu trung bình
trong công trình thổi khí Tuổi của bùn được xác định bằng cách chia khối lượng
bùn (theo chất khô) trong bể aerotank W„, bể lắng 2(Wo), ống dẫn và mương W, trên lượng bùn hoạt tính gia tăng: _ #, + +, Ok Trong dé: T - thời gian lưu trung bình bùn hoạt tính trong hệ thống thổi khí (ngày) - k - hệ số tăng trưởng bùn (g/m”) Q - lưu lượng nước thải (mỶ/ ngày đêm) | W, = 1000, a | ƒ, =1000W,.2a | _ h W, = 1000, [a0 =1000W,a ~ 10001, 1,5a 0 Trong đó: W, - thể tích bể aerotank (m*) W, - thể tích ống (m”) | Wo - thể tích bể lắng II (m”) | h - chiểu cao mực nước trong bể lắng 2 (m) h | = face) - néng độ bùn hoạt tính trung bình theo chiều cao mực nước 0 | trong bể lắng đợt II
Nếu cho rằng trong bé aerotank néng độ bùn hoạt tính khơng đổi, ngồi ra bùn dư được bơm liên tục ra ngoài với lưu lượng q và nước ra cuốn theo bùn nồng độ b thì công thức tính thời gian lưu bùn trong bình có dạng:
Oe
Trang 28Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Ngeuyén Ne oc Bich _ 1000a(f„ +1,5W, + 2W, ) (Q — q}b +q.4„ Trong đó: aa — nông độ bùn trong dòng thải bỏ (g/1) q.ag — bin du = Q.k (g/1)
Tuổi bùn xác định hoạt tính của nó Đối với aerotank xử lý hoàn toàn tuổi bùn 4 -6 ngày đêm, xử lý nước thải với sự khoáng hoá triệt để bùn (mương oxy
hoa, ao sinh học), tuổi bùn có thể kéo dài 10 — 12 ngày đêm 2.2.4 Nguyên lý
Bùn hoạt tính là hệ thống hoạt động chủ yếu nhờ quá trình sinh học như các ao có thổi khí Việc thổi khí cũng là nhân tạo Sự khác biệt là ở sự tuần hoàn
lại các cơ cấu hoạt tính (bùn hoạt tính) từ máng cào thứ cấp tới bể thổi khí Sự tuân hoàn này có 2 hệ quả:
- Sự tập trung bùn hoạt tính trong bể thổi khí có thể tăng lên so với việc không có tuân hoàn lại 1 lượng như nhau cơ cấu hoạt tính có thể chứa trong một thể tích nhỏ (tiết kiệm không gian) Thời gian nước tổn tại trong các hệ thống bùn
hoạt tính tương đối ngắn (nhỏ hơn trong các phương pháp trải rộng)
- Thời gian tổn tại của các cơ cấu hoạt tính trong hệ thống cao hơn so với thời gian tổn tại của nước Thời gian tổn tại của bùn hoạt tính cho phép điều tiết khả năng nitơ hoá bùn và độ oxy hoá của các thể hữu cơ rắn
Trang 29Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn N ọc Bích Hình 2.1 Sơ đỗ nguyên tắc làm sạch bằng bùn hoạt tính Đồng hồ Qua luéi Khử cát và mỡ Neewaibes +) —+ (7 ]—+ ——— ad Khong qua ' lưới Cat Ms Bể lầm mone Bé suc khi Nước hỗn hợp Quan sát loại khí tuần hoàn { | 4
v Bùn tuần hoàn lại Khí nền
| | | | eee Đưa vào thiên nhiên Tuyển nổi Khử nongnghi¢p = [am khd os hoc [Ï_ Ì mm&i
Đây là một kỹ thuật có một đích là gia tăng nhân tạo quá trình tự làm sạch
| trong môi trường tự nhiên Trong lòng một dòng nước thải, những vi khuẩn ưa khí
| chịu tác động kéo dài của quá trình oxy hoá diễn ra do việc đưa khí vào liên tục
| trong nước thải, những vi khuẩn này hấp thụ các chất hữu cơ và tạo ra các kết bông lớn lắng xuống tạo ra bùn hoặc các khối kết bông gọi là bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính có chất lượng tốt có màu nâu hơi đỏ
Các kết bông luôn được đổi mới bởi tuần hoàn liên tục, đảm bảo phân giải các chất phân giải được trong 1 thời gian ngắn hơn trong tự nhiên
Đám vi khuẩn này nhạy cảm với nhiều yếu tố:
! - Tương quan giữa thức ăn và đám vi khuẩn
- Bản chất thức ăn cung cấp bởi các chất ô nhiễm (khối sinh học) - Nồng độ oxy trong nước thô trong bể chứa
- Nhiệt độ và pH
rrr
Trang 30
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Ng oc Bich
- Tương quan giữa các loại vi khuẩn
Sự triệt tiêu ô nhiễm là tối đa vào những phút đầu tiếp xúc bùn, chất thải
tuỳ vào sự xuất hiện các hiện tượng hấp thụ và tuyển nổi các hợp chất hữu cơ Lượng bùn hoạt tính cho phép đảm bảo việc triệt tiêu nitơ trong nước thô
là khoảng 30 đến 45% của sinh khối tổng cộng
Chất lượng của các chất ô nhiễm làm thức ăn cho vi sinh vật có vai trò quang trọng Khi quan sát ta thấy nếu nồng độ yếu nitơ và phốt pho yếu, bùn có
xu hướng tản ra Hiện tượng tản ra này là hệ quả của một chứng bệnh của bùn hoạt tính gọi là Bulking hay tán xạ, chứng tỏ có sự tổn tại của bùn tán sợi
Phương pháp bùn hoạt tính gồm việc hoà và khuấy nước thải bằng bùn
hoạt tính lỏng, hoạt tính về vi sinh vật với tỷ lệ 100% bùn hoạt tính
Phải lưu ý ra rằng bùn này vẫn giữ sự trao đổi chất mạnh nhờ vào thổi khí nhân tạo đây đủ, tạo thuận lợi cho tiếp xúc chỉ tiết với tất cả các phần tử của nước
thải trong thời gian nhất định
Thổi khí bằng khuếch tán rất tiện làm sạch nước thải Có nhiều cách đưa không khí vào bể thoáng khí, có thể bằng chênh lệch nhiệt độ không khí bên trong và bên ngoài bể (tạo ra luồn khí lên hay xuống) hay bằng thổi khí cơ học gọi là trên diện rộng
Để đạt tốc độ oxy hoá sinh học cao nhất, nồng độ oxy tối thiểu phải là 0,5 mgi1 là cần thiết cho bể thoáng khí để oxy hoá các chat hifu cd va 2 mg/l dé nits hoá các chất nitơ
2.2.5 Ưu và nhược điểm
Các phương pháp bùn hoạt tính có một vài nhược điểm, thậm chí không thể làm được do không tương thích giữa vi sinh vật với bản chất và chất lượng ZmPUu ine Bele hod chất, nhiệt độ trong bể làm thoáng khí, lưu lượng bùn THLE AGUE NN, ải kiểm soát gắt gao, không thích ứng với trạm nhỏ nhưng số 4
Trang 31
Đô án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
thích hợp với trạm lớn nơi các nhân viên thành thạo trong việc vận hành các thiết
bị
2.2.6 Đặc tính của xử lý sinh học
Các trạm làm sạch được xếp loại theo tải trọng khối
Tải trọng khối là một yếu tố đặc trưng cho hoạt động làm sạch bằng bùn
hoạt tính Nó do khối ô nhiễm tính bẳng khối của BOD; theo đơi vị khối của yếu tố làm sạch, nghĩa là khối của BOD; bằng kggam, được khử hàng ngày bởi 1 kggam các chất huyền phù MVS chứa trong bùn
Thiết bị được gọi là:
- Làm thoáng kéo đài (có tải trọng khối rất yếu) nếu việc lượng khử BOD; hàng ngày là khoảng 0,05 đến 0,10 kg/ngay/kg
- Có tải trọng yếu, nếu như lượng khử BOD; hàng ngày là khoảng 0,10 đến 0,20 kg/ngày/kg - Có tải trọng khối trung bình nếu lượng khử nằm trong khoảng từ 0.20 đến 0,50 kg/ ngay/kg - Có tải trọng khối lớn nếu lượng khử nằm trong khoảng từ 0,50 đến 1 kg/ngay/kg 2.2.6.1 Chỉ số Mohlman
- Đó là chỉ số lắng bùn Nó được dùng trong kiểm tra bùn sinh học
Nó xác định lượng bùn hoạt tính lắng trong 1⁄2 giờ (bằng ml so với khối
lượng cặn khô của bùn này (bằng gam của chất này) Cặn khô tượng trưng cho
tổng lượng muối hoà tan sau khi nước đã bốc hơi hết
Bùn hoạt tính chất lượng tốt có chỉ số Mohlnan nhỏ hơn hoặc bằng 100
nghĩa là có hàm lượng nước nhỏ hơn 99% với 1% chất rắn Nếu chỉ số nhỏ hơn 50, bùn có dạng hạt tạo ra các cặn
Nếu chỉ số này lớn hơn 150 sẽ có bùn hình sợi (bulking, kết tủa) do mất
cân bằng về thức ăn trong môi trường
reer
Trang 32
Đồ án tốt n GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
2.2.6.2 Vùng tiếp xúc
Nguyên lý là tạo ra một hỗn hợp bùn và nước thải cần xử lý trong một vùng có thể tích nhỏ nằm trên thượng lưu trực tiếp của vùng phản ứng sinh học
Vùng tiếp xúc tạo một áp xuất lọc lựa chọn dựa trên sự đấu tranh giữa các mâm có sợi và mâm không có sợi, thiên về loại không có sợi, do hấp thụ sinh học
_ của một lượng chất hữu cơ trên bể mặt của bể lọc bằng vi khuẩn Hấp thụ sinh học tượng trưng cho lượng chất hữu cơ dễ dàng hấp thụ, được giữ lại bởi bể lọc bằng vi khuẩn trong thời gian tiếp xúc xác định trước |
Vùng tiếp xúc được xếp ở đầu dây chuyển xử lý Hỗn hợp được nhào trộn liên tục để tránh các hạt lơ lửng lắng xuống và tạo ra điều kiện tốt nhất cho tiếp
xúc giữa nước thải và bùn
Kích thước vùng này được xác định theo thời gian lưu chuyển, 20 phút cho lưu lượng đỉnh, lưu lượng tuần hoàn bùn và một khối lượng dưới 100mg COD hoà tan trong 1 gam chất huyển phù TSS tuần hoàn Tốc độ nhào trộn cân thiết là 20 đến 30 W/mỶ của công trình
2.3 Biện pháp vận hành và kiểm tra công nghệ 2.3.1 Biên pháp vận hành
Chuẩn bị lượng bùn hoạt tính cần thiết và cho khởi động các công trình sinh học (aerotank, mương oxy hoá) theo trình tự như sau:
- Trước tiên cho một phần nước thải với nỗng độ BOD„ khoảng 200 đến 250mg/1 chảy qua công trình Nếu nổng độ BODạ, cao thì pha loãng bằng nước
sản xuất hoặc nước sông Bùn lắng tại bể lắng đợt 2 được tuân hoàn liên tục về aerotank
- Bùn hoạt tính sẽ tăng theo thời gian Theo sự gia tăng của bùn có sự xuất hiện của nitrat và nitrit, tăng dần lượng nước cần xử lý hoặc giảm độ pha loãng
- Có thể sử dụng bùn có sẵn từ bể aerotank bất kỳ hoặc bùn hoạt tính phơi ở 60°C, hoặc màng sinh học sinh ra từ bể lọc sinh học học bùn ao hồ Bùn hoạt Oe
Trang 33
Dé án tốt n cuyễn Ngọc Bích
tính có thể thu bùn sông hoặc bùn ao hồ không nhiễm bẩn dầu mỡ hay nhiễm khoáng Trước khi cho vào bể aerotank, bùn sông hoặc ao hồ phải được loại bỏ sơ
bộ các tạp khoáng nặng (sỏi, cát) Với mục đích này, bùn được trận với nước, rồi
sau thời gian lắng ngắn (3 đến 6 phút) được đổ vào bể aerotank Tại đó bùn được
thổi khí, không cần nước thải Sau khi chuẩn bị bùn xong, cho nước thải vào bể aerotank, ban đâu với lượng nhỏ, sau đó theo mức độ tích luỹ bùn, tăng dân cho đến khi đạt lưu lượng thiết kế
Trong bùn hoạt tính hoạt động tốt, ngồi các bơng tập trung các động vật vi sinh còn gặp một lượng không lớn thảo trùng (trùng lông), trùng xoắn, giun
Khi điểu kiện làm việc ổn định bị phá vỡ, trong bùn phát triển các vi khuẩn dạng chỉ (spacrotilus, cladothirix) thực vật nhánh (zooglea ramigeras, các nấm nước ) Các dạng thực vật này làm cho bùn nổi; bùn này khó lắng trong bể
lắng đợt 2 và bị cuốn trôi theo nước ra với lượng đáng kể
Nguyên nhân của sự bùn nổi là bể aerotank quá tải, có lượng lớn cacbon trong nước thải, không cấp đủ oxy, pH nước trong aerotank thấp Để khống chế
sự nổi bùn cần phải giảm tải trọng bể aerotank Thậm chí tạm thời ngừng không cho nước thải vào, hoặc tăng lượng oxy hoà tan trong bể aerotank, nâng PH dòng vào đến 8,5+9,5 trong khoảng thời gian nào đó
Nếu nước thải nông độ cao thải ra từng đợt bất thường thì phẩi yêu cầu
lãnh đạo nhà máy chỉnh đốn nguyên tắc công nghệ hoặc thay đổi chế độ nước
thải bằng cách lắp đặt bộ điều chỉnh hoặc bể chứa dự trữ
Khi vận hành nhiều bể lắng đợt II cn phải phân bố đồng điều lưu lượng nước thải và bùn hoạt tính giữa chúng cũng như tách bùn hoạt tính ra khỏi các bể lắng
Việc tách bùn hoạt tính hoàn toàn có thể tiến hành liên tục và không cho hình thành lớp bùn nằm trong bể lắng Việc tách bùn không đúng thời gian sẽ làm bẩn và giảm chất luợng nước đã xử lý, ngoài ra còn làm nổi bùn đã lắng
Oe
Trang 34Đồ án tốt n GVHD TS Ng uyén Ngoc Bich
Nguyên nhân làm giảm bùn từ bể lắng đợt II có thể do néng d6 bin cao
hơn giới hạn đối với tải trọng đã cho
Đôi khi còn có trường hợp khó đảm bảo tách bùn từ bể lắng đứng Vì vậy trong các bể lắng này cần cào bùn từ đáy phễu một cách hệ thống (hoặc vài lần trong ngày) Khó khăn này cũng có thể giải quyết bằng cách tăng thể tích bùn tuân hoàn, tách ra từ mỗi phếu thì trên mỗi bể lắng cân có dụng cụ kiểm tra độ
sâu của bùn, các dụng cụ này có thể là:
- Thiết bị bơm dâng (ống thoát nhau) được đặt ở các mức tương ứng để kiểm soát mức bùn cao nhất và thấp nhất trong bể
- Tế bào quang
Nếu không có dụng cụ do thì mức bùn được xác định bằng cách lấy mẫu ở
các độ sâu khác nhau
Sự xuất hiện trên bể mặt bể lắng đợt II các bọt khí và cụm bùn hoạt tính là
do thời gian lưu của bùn trong bể lắng qúa lâu; để chống hiện tượng này nên tăng thể tích bùn lấy ra
Sự có mặt của dầu mỡ, sản phẩm dầu mỏ, chất béo trong bể aerotank làm
cho bùn nổi và lôi cuốn bùn từ bể lắng đợt II Trường hợp này cần phải tăng cường hiệu quả của thiết bị tách dầu sơ bộ và, nếu có thể ngừng không tiếp nhận nước thải chứa dâu mỡ, các sản phẩm dầu mỏ
2.3.2 Kiểm tra công nghệ
Mục tiêu của kỹ thuật công nghệ là chất lượng nước sau xử lý có đạt tiêu
Trang 35
Đồ án tốt ng GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích
Nếu xử lý chung nước thải sinh họat và nước thải công nghiệp hoặc khi áp dụng biện pháp pha loãng thì lượng nước thải và thành phân của nó phải được
tính riêng
Đặc biệt chú ý nước thải thải ra khi có sự cố không được xử lý Các nguyên
nhân này cần phải được ghi nhận và nghiên cứu để tìm biện pháp khống chế Các chỉ tiêu kiểm tra gồm: nhiệt độ, độ màu, độ trong, PH, độ axit hoặc
kiểm, cặn theo thể tích và khối lượng, độ tro của cặn, SS, COD, BOD¿, BODy, N-
tổng, NH; NO¿, NO;, DO, CT Tuỳ theo tính chất nước cần xử lý có thể kiểm tra
chất béo, axít béo, chất béo nhũ tương và các cấu tử đặc biệc khác
Đối với hệ thống hoạt động ổn định, việc kiểm tra được tiến hành theo chu kỳ 10 ngày/lần gồm: Nước thải vào: năng suất m?/ngay, SS, COD, BOD, và các chỉ tiêu đặc biệt khác Nước thải sau xử lý: SS, COD, BOD, và các chỉ tiêu đặc biệt khác Đối với hệ thống xử lý: - Thời gian sục khí h/ngày - Nông độ bùn hoạt tính
- Lượng khí sục cho 1m nước thải (mỶ/m”) - Độ gia tăng bin (mg/ 1)
- Tai trong trén bin hoat tinh BOD, , (mg/g.ngay) - Chi sé bin (cm’/g)
- Luu lugng bin tuần hoàn (m?/h)
- Chi phí năng lượng (kWh/m?) - DO
Khi có sự cố cần phải tìm hiểu nguyên nhân bằng cách kiểm tra các công trình đơn vị Để làm điều này phải tiến hành các phân tích hàng ngày (hoặc theo
ca ) nước thải đầu vào; xác định pH, SS, cặn lắng theo thé tich, COD, va NO3
Oe
Trang 36Đô án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Nsọc Bích Ngoài ra, phải xác định nồng độ bùn hoạt tính g/l, thể tích bùn sau 30 và 60 phút lắng và tính chỉ số bùn, xác định DO trong bể lắng 2
Các nguyên nhân gia tăng bùn lôi cuốn từ bể lắng 2 và biện pháp khắc
phục trình bày trong bảng sau Đối với bể lắng đợt 2 Nguyên nhân Xác định nguyên nhân Giải pháp
-Không phân bố đều
tải cho các bể lăng -Néng độ bùn cao đối với tải cho trước -Hình thành bùn lắng -Bùn kéo theo không nhiều, bơm bùn hoạt động bình thường - Giảm tải cho bể lắng bị sự cố, bể lắng 2 khác bị lôi cuốn bùn -Sự giảm đội ngột bùn trong bể
-Giảm tải cho bể lắng bị lôi cuốn bùn -Tăng thể tích bùn dư
tại bể lắng 2 do không | aerotank cho thấy bùn nằm trong | lấy ra từ bể
bơm bùn bể lắng nào đó aerotank
Đối với bể nén bùn hoạt tính:
Nguyên nhân Xác định nguyên nhân Giải pháp -Tải cao đối với nông độ bùn sẵn có -Lấy bùn nén không đạt yêu cầu
-Sự lấy bùn ra khỏi bể lắng trong
thời gian ngắn giảm lượng bùn lôi cuốn -Lấy bùn từ bể lắng trong thể tích phân bùn phải ngừng lôi cuốn bùn qua thành bể -Giảm tải cho bể lắng -Tăng thể tích bùn được lấy ra
Trong trường hợp bị sự cố nặng, các giải pháp giảm tải không giúp ích gì Ví dụ, bùn bị ngộ độc bởi nước thải sản suất hoặc không sục khí trong thời gian dài thì cần phải lấy bùn hỏng ra và bắt đầu chuẩn bị bùn mới
—m—————>œœxœxsxmaaasaasm>>mmmmaasasaaaơơxs-.-ễẳễẳễ-sằơơợơẵnnmnnwơơm
Trang 3724 Các cách bố trí chính của bể bùn hoạt tính 2.4.1 BỂ có dòng do pittông Nước thải xử lý và bùn tuần hoàn được nhập vào cùng 1 đầu vào, có dạng 1 rãnh dài Hình 2.2 Bể có dòng do pitông Nước thơ —————> Bùn tn hồn | ——— a ———— Về phía bể làm trong
| Nồng độ của chất còn sót, yêu cầu về oxy của bùn loãng hoạt tinh, theo
| đổi theo chiêu luân chuyển Vì vậy khả năng oxy hóa giảm dân từ thượng đến hạ lưu
Loại bể này dùng trong trường hợp nitơ hóa và thích hợp cho các nhà máy lớn Được thiết kế cho thời gian xử lý dài (5 đến 6 giờ với lưu lượng trung bình), bể được dùng cho tải trọng lớn với thời gian lưu lại là 1 đến 2 giờ và với nồng độ bùn loãng là từ 1 đến 2 gam TSS/Iít
2.4.2 Bể nhào trộn toàn bộ
Mục đích là có được 1 khu phản ứng đồng bộ, tạo ra trong toàn khối các
| nổng độ như nhau về vi sinh vật, oxy hòa tan và chất dư
I rar rr
Trang 38Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích Hình 2.3 BỂ nhào trộn toàn bộ Nước thô Về phía bể làm trong —————*> Bùn tuân hoàn —————— >
Nước thải thô bị phân tán trong khu phản ứng và chất lỏng thoát ra từ các
khe là nước thải đã xử lý
Tuy nhiên, trong thực tế các bố trí lý thuyết của khối nhào trộn toàn bộ
thường không được tuân thủ
Ưu điểm của nhào trộn toàn bộ là giới hạn tốt các quá tải do các điểm ô nhiễm
2.4.3 Bể theo đòng khép kín
| Kỹ thuật này gần với nhào trộn toàn bộ Tuy nhiên do vòng quá dài và bố | trí thưa các máy thổi khí, lượng oxy hòa tan sẽ không đều theo dọc bể
Khi các máy thổi khí là loại ngang, khu phản ứng được gọi là kênh oxy
hóa Nếu chúng được đặt thẳng đứng, thì có danh hiệu Carroussel Có thể kết hợp
| nhiều bể vòng xen lẫn nhau
Oe
Trang 39Đô án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích Hình 2.4 Bể theo dòng khép kín LL E— TC — Tới bộ phận thoát ——> đề FT khí và làm trong Nước thô bùn tuần hoàn A: Lưới sục khí Bùn tuần hoàn ( ) —) ——*> ‹ Về phía bể | làm trong
Trong bể phản ứng thẳng đứng có đường kính nhỏ (dưới 3m) và sâu hàng chục mét, người ta lợi dụng chiều sâu này để tăng năng suất hòa tan oxy
Không khí được đưa vào nhánh đi lén A, để đảm bảo tuần hoàn bên ngoài
của khối lỏng theo chiểu đứng và trong nhánh xuống A¿ Việc kiểm soát thủy lực hệ thống là khó
2.4.4 Bể dòng thác
| Khu phần ứng loại này gồm 1 loạt bể nhào trộn tồn bộ mà bùn lỗng hoạt tính sẽ lần lượt đi qua Nó cho phép giống như động lực của bể có luổng do | pittông trong khi các khu phản ứng khá kín có cấu trúc đơn giản Nó rất thích hợp | cho xử lý kết hợp triệt tiêu amonium, photpho và ô nhiễm do cacbon
Oe
Trang 40Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Ng oc Bich 4» Vé phia lam trong C) C) C)
| 2.4.5 Bể được cung cấp theo dòng
Việc cung cấp theo tầng được thiết kế trong bể thổi khí Nó gồm 1 loạt các nguyên đơn mà nước thải sẽ chảy qua theo chi i Bun tuần hoàn được đưa vào đầu bể Nhu cầu về oxy sẽ được phân phối tốt hơn so với bể có dòng pittông Với