tiểu luận môn học quá trình công nghệ môi trường chuyên đề qui trình hoạt động công nghệ của bể USBF

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  MÔN HỌC: QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CÔNG NGHỆ CỦA BỂ USBF Sinh viên thực hiện 1. NGUYỄN ĐÌNH THÀNH 91202203 2. LÊ THỊ THU THANH 91202201 3. VĂN THỊ THU THANH 91202202 Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM ANH ĐỨC 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI MỞ ĐẦU 4 1.1 MÔ TẢ CÔNG NGHỆ BIO-USBF 5 1.2. ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT 6 1.3. CẤU TẠO BỂ USBF 7 1.4. QUÁ TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 8 1.4.1. Quá trình hoạt động 8 1.4.2. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ USBF 10 2.1. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ USBF 13 2.2. QUÁ TRÌNH KHỬ NITRAT 14 3.1 ỨNG DỤNG CỦA BỂ 18 3.1.1 Giới thiệu 18 3.1.2. Vật liệu và phương pháp 19 3.1.3. Kết quả 21 3.1.4. Thảo luận 22 3.2 SO SÁNH USBF VÀ CÁC LOẠI BỂ KHÁC 24 Là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí 24 Gồm: 24 Hệ thống phân phối nước đáy bể 24 Tầng xử lý 24 Hệ thống tách pha 24 Xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, chất rắn thấp 24 COD: 60- 80% 24 BOD: 80-90% 24 TSS: 60  85% 24 Nồng độ COD đầu vào min : 100mg/l 24 SS<3000mg/l 24 2 (COD/Y) : N :P : S = (50/Y) : 5: 1 :1 24 Bùn cấy: < 60% thể tích bể , nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/m3 24 amonia < 2.000 mg/l 25 sulphate <500 mg/l 25 COD 50.000mg/l thì cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn nước thải đầu ra.25 6.3  7.85 25 Thấp 25 Ít bùn dư, nên giảm chí phí xử lý bùn 25 Bùn ban đầu: tối thiểu là 10 kg VSS/m3 25 Ít tốn năng lượng 25 Sinh năng lượng 25 Lớn 25 Công suất lớn 25 Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm soát 26 Dễ mất ổn định 26 Không xử lý hoàn toàn chất ô nhiễm 26 Quá trình khởi động bể tốn thời gian, khó kiểm soát 26 Diện tích không gian lớn cho việc xử lí chất thải 26 Ứng dụng cho hầu hết tất cả các loại nước thải có nồng độ COD từ mức trung bình đến cao: thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột 26 CHƯƠNG 4 27 KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 3 LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống trong một thời kỳ mà nguồn nước sạch ngày càng thiếu thốn,vệ sinh môi trường đang bị ô nhiễm nặng nề, đó là những vấn đề khá nóng bỏng và đáng quan tâm trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Sự phát triển nhanh chóng của các làng nghề, các ngành công nghiệp và dịch vụ, quá trình đô thị hoá và tập trung dân cư nhanh chóng là những nguyên nhân gây nên hiện trạng quá tải môi trường. Nước thải không được xử lý hoặc xử lý không đầy đủ được xả trực tiếp vào sông và kênh rạch gây nên hiện tượng ô nhiễm nguồn nước trầm trọng. Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải. Nhưng phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học đang được sử dụng phổ biến nhất trong hầu hết các hệ thống xử lý. Thường thì một hệ thống xử lý được đánh giá bởi hiệu quả của việc xử lý như khả năng loại bỏ BOD, nito hay phospho… khả năng áp dụng của chúng như giá thành của hệ thống, giá thành của một m 3 nước được xử lý hay độ phức tạp của công nghệ và quá trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị… Công nghệ lọc dòng ngược bùn sinh học USBF (Upflow Sludge Blanket Filter) được thiết kế dựa trên trên mô hình động học xử lý BOD, nitrate hoá (nitrification) và khử nitrate hóa (denitrification) của Lawrence và McCarty, Inc. lần đầu tiên được giới thiệu ở Mỹ những năm 1990 sau đó được áp dụng ở châu Âu từ những năm 1998 trở lại đây. Mô hình công nghệ USBF, là công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp ba quá trình Anoxic, Aeration và lọc sinh học dòng ngược trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời ba quá trình trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp. Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống. Đồng thời hệ thống có thể xử lý nước thải có tải lượng hữu cơ, N và P cao. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BIO-USBF 1.1 MÔ TẢ CÔNG NGHỆ BIO-USBF Công nghệ Bio-USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) được cải tiến từ qui trình bùn hoạt tính cổ điển kết hợp với quá trình anoxic và vùng lắng bùn lơ lững trong một công trình xử lý sinh học. Là một hệ thống kết hợp nên chiếm ít không gian và các thiết bị đi kèm. Quy trình USBF được thiết kế để khử BOD, nitrate hóa/ khử nitrtate và khử phốtpho. Để khử carbonate, vùng anoxic được xem như vùng lựa chọn mà ở đó sự pha trộn dòng thải sẽ làm tăng khả năng lắng và khống chế quá trình tăng trưởng vi sinh vật. Để nitrate hóa, khử nitrate và khử phospho, vùng anoxic có thể đảm đương được vai trò này. Trong qui trình này, NH 3 -N bị oxy hóa thành nitrite và sau đó thành nitrate bởi vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter trong từng vùng sục khí riêng biệt. Nitrate được tuần hoàn trở lại vùng anoxic và được khử liên tục tối đa. Trong phản ứng này BOD đầu vào được xem như nguồn carbon hay nguồn năng lượng để khử nitrate thành những phân tử nitơ. 5 Hình 1.1: Bể USBF Sự khử phospho cơ học trong qui trình này tương tự trong chu trình phospho và cải tiến từ qui trình Bardenpho. Trong qui trình USBF, sự lên men của BOD hòa tan xảy ra trong vùng kỵ khí hay vùng anoxic. Sản phẩm của quá trình lên men cấu thành thành phần đặc biệt của vi sinh vật có khả năng lưu giữ phospho. Trong giai đoạn xử lý hiếu khí, Phospho hòa tan được hấp thu bởi phospho lưu trữ trong vi sinh khuẩn (Acinetabacter) mà chúng đã sinh trưởng trong vùng anoxic. Phospho sau đồng hóa sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống như xác vi sinh hay bùn dư. Khối lượng và hàm lượng phospho loại bỏ phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ BOD/P trong nước thải đầu vào. Công nghệ Bio-USBF được thiết lập trên nguyên lý bể lắng dòng chảy lên có lớp bùn lơ lững (upflow sludge blanket clarifier). Ngăn này có dạng hình thang, nước thải sau khi được xáo trộn đi từ dưới đáy bể lắng qua hệ thống vách ngăn thiết kế đặc biệt mà ở đó xảy ra quá trình tạo bông thủy lực. Bể lắng hình thang tạo ra tốc độ dâng dòng chảy ổn định trên toàn bề mặt từ đáy đến mặt trên bể lắng, điều này cho phép sự giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng. 1.2. ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT - Có thể xử lý bất kỳ nguồn nước thải: thành phố, nông nghiệp và công nghiệp. - Có thể được thiết kế cho Hội đồng quản trị (và / hoặc COD) loại bỏ, cũng như quá trình nitrat hóa, khử và loại bỏ phốt pho. - Có thể được tùy chỉnh để đáp ứng đặc trưng của dòng vào và các thông số nước thải. - Khả năng thích ứng dao động từ 300 - 150.000 tấn - Hệ thống mô-đun cho phép phân cấp và mở rộng. - Quá trình này là sự thay đổi của quá trình bùn hoạt tính truyền thống. - Quá trình này rất đơn giản, sinh học và thân thiện môi trường. - Năng lượng tiêu thụ và nhu cầu bảo trì là tối thiểu - số ít bộ phận chuyển động. - Các hoạt động chỉ yêu cầu giám sát danh nghĩa và nhân sự. - Thấp chi phí vận hành tổng thể - năng lượng, biên chế và bảo trì. 6 1.3. CẤU TẠO BỂ USBF Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo bể USBF Chú thích: Các chữ số chỉ kích thước (cm) (A) : Mương thu nước đầu vào; (B) : Ngăn thiếu khí; (C) : Ngăn hiếu khí; (D) : Ngăn USBF; (E) : Các thanh sục khí; (G) : Ống thu bùn; I, II, III: Các điểm lấy mẫu ngăn thiếu khí, hiếu khí và sau quá trình xử lý; IV : Vị trí tuần hoàn bùn Cấu tạo của bể USBF : Bể gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí (anoxic),ngăn hiếu khí (aerobic) và ngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF). Mương chảy tràn thu nước đầu vào nhằm hạn chế tác động của dòng vào đối với ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả xáo trộn giữa dòng nước thải đầu vào và bùn tuần hoàn. Mương chảy tràn và thu nước đầu ra, ống thu bùn, bộ phận sục khí… Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định 7 lượng bơm nước thải đầu vào, 1 máy bơm bùn, 1 máy khuấy và 1 máy thổi khí. 1.4. QUÁ TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 1.4.1. Quá trình hoạt động Nước thải chảy từ một nguồn thu (hoặc nước thải chính) thông qua một màn chắn để hệ thống máng tách cặn thô và hơn nữa để lắng cát. Dòng chảy là chia thêm thành bốn dòng chảy bằng cơ khí nước thải trước khi xử lý thông qua các kênh phân phối cho các lò phản ứng sinh học để xử lý. Hệ thống USBF tiên tiến cho các nhà máy xử lý nước thải sử dụng công nghệ sinh học của quá trình kích hoạt tải thấp với nitrat hóa / khử và dephosphorin hóa sử dụng thống nhất đình chỉ bùn hoạt tính. Việc tách bùn hoạt tính từ rượu hỗn hợp được thực hiện bằng cách tăng lưu lượng bùn lọc (USBF). Tất cả quá trình xử lý và tách bùn sinh học được cung cấp trong các lò phản ứng sinh học tích hợp nhỏ gọn (IBR). Các IBR chứa ba vùng sinh học liên tiếp: - Vùng khử hay vùng anoxic (A) - Vùng khí nitrat hóa zoneor (B) - Vùng kỵ khí hay vùng tách (C) Hình 1.3: Các vùng sinh học của bể USBF Khu kỵ khí và khử nitơ được trộn lẫn bởi máy trộn cơ khí, trong khu vực nitrat hóa là một hệ thống sục khí với hiệu suất truyền oxy rất cao cung cấp cung cấp oxy và trộn. Áp lực không khí được cung cấp bởi máy thổi. USBF được xây dựng tách trong khu vực trong quá trình nitrat hóa và cung cấp các dòng chảy của nước được xử lý. Bùn tách ra từ USBF tách cùng với nitrat từ khu vực nitrat hóa được quay trở vùng khử 8 nitơ, và rượu hỗn hợp từ cuối vùng khử được tái tuần hoàn đến vùng yếm khí. Các dòng nước thải vào khu vực kỵ khí nơi nó đáp ứng với bùn hoạt tính tuần hoàn từ vùng khử. Phốt pho tích lũy sinh vật trong bùn hoạt tính trong điều kiện yếm khí một số chất từ nước thải và phát sinh phốt pho tích tụ. Hỗn hợp từ khu vực kỵ khí sau đó chảy vào vùng khử, nơi sinh vật hiếu khí tuỳ ý trong bùn hoạt tính được lấy oxy từ nitrat tái tuần hoàn cho quá trình oxy hóa và tiêu thụ một số chất từ nước thải. Bởi quá trình này, nitrat được chuyển đổi thành khí nitơ, được phát hành vào không khí, và do đó làm giảm nồng độ nitơ tổng số trong nước. Hỗn hợp từ khu vực khử sau đó chảy vào khu vực nitrat hóa, trong đó tiến hành quá trình oxy hóa và tiêu thụ còn lại các chất hữu cơ trong nước thải và amoni bị oxy hóa bởi vi khuẩn nitrat hóa để nitrat, mà sau đó được tái tuần hoàn để khử như mô tả ở trên. Trong quá trình xử lý sinh học, bùn hoạt tính lơ lững do đó nhiều lần tiếp xúc với nitrat, khử Nitơ và điều kiện kỵ khí. Việc bốc bùn thấp kết hợp với nhiều lần thay đổi điều kiện oxic, thiếu oxy và kỵ khí trong các phản ứng sinh học bên trong vòng tuần hoàn khép kín và sự kết hợp của một hành động lựa chọn sinh học (nước thải cơ học trước khi điều trị đầu tiên vào khoang kỵ khí của các phản ứng sinh học), kết quả trong việc hình thành rất cụ thể trong bùn hoạt tính. Sản phẩm này được kích hoạt bùn có chỉ số khối lượng bùn thấp thường ít hơn 100 ml /g đối với trường hợp xử lý nước thải. Việc đưa de-nitrat hóa trong quá trình tranh luận vòng lặp phục hồi sau khi giảm độ pH của nó do quá trình nitrat hóa, và giảm tổng hàm lượng nitơ. 9 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình USBF Bùn dư thừa, đó là xây dựng trong quá trình, không ngừng loại bỏ khỏi quá trình bùn trước chất làm đặc. Các nước trên bề mặt chảy trở lại kích hoạt thông qua một đường ống tràn trong khi bùn trước dầy được bơm vào bể bùn giữ. Bể này được brokenly ga để giữ bùn trong điều kiện và phòng ngừa giữ phát hành oxic phốt pho, và trong giai đoạn ngoài giờ có tiến thêm bùn dày lên bằng cách bơm nước nổi trở lại kích hoạt. 1.4.2. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ USBF Hình 1.5: sơ đồ nguyên tắc hoạt động công nghệ USBF Giai đoạn đầu tiên: Trong giai đoạn này, dòng vào được nhập vào hệ thống để lắng sơ cấp. Đối với giai đoạn này, ít nhất là giảm 60% nồng độ TSS dự kiến. 10 [...]... và BOD Hình 1.7: Biểu đồ loại bỏ BOD5 sinh học phụ thuộc vào số giờ thổi HRT không khí Hình 1.8: Biểu đồ loại bỏ COD sinh học phụ thuộc vào số giờ thổi HRT không khí CHƯƠNG 2: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ USBF 12 2.1 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ USBF Bể được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), quá trình nitrat hoá/khử nitrat và quá trình loại bỏ dinh dưỡng (N và P) Nước thải... Research Institute (NEERI), Nehru Marg, Nagpur 440 020, India [9] Phạm Anh Đức; Tóm tắt bài giảng Quá trình công nghệ môi trường; Khoa môi trường và bảo hộ lao động, trường đại học Tôn Đức Thắng [10] Trương Thị Tố Oanh; Tóm tắt bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường; Khoa Môi trường và Bảo hộ lao động, trường Đại học Tôn Đức Thắng 28 ... nội bộ Qui trình USBF bao gồm một số đơn vị Đây là sàng lọc thô, bơm, buồng sạn, lắng sơ cấp, kích hoạt (thông khí và lắng thứ cấp, quá trình nitrat hóa và khử nitơ), khử trùng và khử nước Việc thiết kế và hoạt động của quá trình USBF có thể được thực hiện hoặc trong một giai đoạn duy nhất hoặc trong hai giai đoạn Trong quá trình USBF giai đoạn hai, điều kiện yếm khí cần thiết để loại bỏ P-sinh học được... - Không cần bể lắng đợt 1 16 Công nghệ USBF thường không cần bố trí bể lý đợt 1 phía trước Đối với các hệ thống lớn chỉ cần trang bị hệ thống sàng rác, loại cát để đảm bảo cho yêu cầu xử lý sinh học - Tiết kiệm mặt bằng sử dụng Công nghệ USBF kết hợp tất cả các quá trình khử nitrat, nitrat hóa, lắng và ổ định bùn trong một công trình làm giảm kích thước chung của công trình dẫn đến tiết kiệm mặt bằng... nguyên hóa công trình giúp việc thiết kế công trình linh động hơn về mặt bằng, công suất hệ thống Chính vì kiểu dáng đơn giản nên có thể thiết kế công nghệ BF để cải tạo các công trình cũ hay lắp đặt trong những không gian có sẵn - Tăng cường khả năng làm khô bùn Sự gia tăng tuổi bùn trong hệ thống sẽ cải thiện cấu trúc đặc tính cơ học làm cho quá trình làm khô bùn xảy ra nhanh hơn - Không cần bể lắng... và TP từ nước thải sinh hoạt theo quy trình SBR đã thu được trong phạm vi tương ứng là 96,8-97,7, 93,094,9, 96,7-99,0, 69,0-85,4, 57.9 -71,4 và 55,9-68,5%, 23 3.2 SO SÁNH USBF VÀ CÁC LOẠI BỂ KHÁC USBF UASB Định Là công trình xử lý Là bể xử lý sinh học nghĩa sinh học cải tiến từ dòng chảy qui trình bùn hoạt tính ngược qua tầng cổ điển kết hợp với bùn kỵ khí quá trình anoxic và vùng lắng bùn lơ lững... lưu nước, thời gian lưu bùn và quá trình kiểm soát, vận hành công nghệ Tuy nhiên cho đến nay dữ liệu hoạt động USBF còn hạn chế So sánh kết quả của nghiên cứu này với những quá trình khác chỉ ra rằng quá trình lọc USBF là một lựa chọn đầy hứa hẹn cho xử lý nước thải Naghiza và cộng sự đã điều tra ra rằng hiệu suất xử lý COD, tổng phosphor, tổng nito thấp hơn so với xử dụng bể SBR 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO... giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng 2.3 ƯU ĐIỂM CỦA BỂ USBF - Giảm chi phí đầu tư USBF kết hợp tất cả các công đoạn xử lý vào một bể làm giảm kích thước các bể và giảm chi phí đầu tư công trình - Chi phí vận hành và bảo trì thấp Với thiết kế gọn, tối thiểu hóa các động cơ, các thiết bị cơ động, vận hành theo chế độ tự chảy sẽ hạn chế việc giám sát quá trình và hạn chế đến mức tối đa chi phí... thải sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao, xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn 26 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN USBF là công nghệ được nhiều chuyên gia ngành công nghiệp công nhận năm 2006, Frost và Sullivan đánh giá như một ngành hàng đầu thế giới Gần đây hơn 2010, các nhà nghiên cứu tại đại học Tehra đưa USBF vào thử nghiệm và đưa ra nhiều kết luận tích cực Hiệu quả xử lý sinh học phụ... thời gian và - Dễ mất ổn định khó kiểm soát - Không xử lý hoàn toàn chất ô nhiễm - Quá trình khởi động bể tốn thời gian, khó kiểm soát Khử N, P cao Ổn định linh hoạt bởi thay đổi tải trọng - Mắc tiền - Do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau - Công suất xử lý thấp ( do hoạt động theo mẻ) - Người vận hành phải có kỹ thuật cao - Diện tích không gian lớn . ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG  MÔN HỌC: QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CÔNG NGHỆ CỦA BỂ USBF Sinh. MÔ TẢ CÔNG NGHỆ BIO -USBF 5 1.2. ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT 6 1.3. CẤU TẠO BỂ USBF 7 1.4. QUÁ TRÌNH VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 8 1.4.1. Quá trình hoạt động 8 1.4.2. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ USBF 10 2.1 QUAN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BIO -USBF 1.1 MÔ TẢ CÔNG NGHỆ BIO -USBF Công nghệ Bio -USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) được cải tiến từ qui trình bùn hoạt tính cổ điển kết hợp với quá trình