các phương pháp ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

trình bày về các phương pháp ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 3.1.1 XỬ LÝ CƠ HỌC Xử lý cơ học nhằm mục đích • Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, dầu mỡõ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải. • Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thuỷ tinh.v.v… • Điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. • Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bò và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hoá lý và sinh học . 3.1.1.1 Song chắn rác hoặc thiết bò nghiền rác Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước trước hết phải qua song chắn rác hoặc thiết bò nghiền rác. Tại đây, các thành phần rác có kích thước lớn như : vải vụn, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilông, đá cuội,… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắt bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải. Song chắn rác thường được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn. Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mòn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mòn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm. Rác có thể lấy bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bò cào rác cơ khí. Thiết bò nghiền rác có thể thay thế song chắn rác, được dùng để nghiền, cắt vụn rác ra các mảnh nhỏ hơn và có kích thước đều hơn, không cần tách rác ra khỏi dòng chảy. Rác vụn này được giữ lại ở công trình phía sau như bể lắng cát, bể lắng đợt 1. Thiết bò này có bất lợi khi rác nghiền chủ yếu là vải vụn vì có thể gây nguy hại đến cánh khuấy, tắc nghẽn ống dẫn bùn, hoặc dính chặt trên các ống khuếch tán khí trogn xử lý sinh học. 3.1.1.2 Bể lắng cát Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại tạp chất vô cơ khác có kích thước từ 0,2 – 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bò cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến công trình sinh học phía sau. Bể lắng cát thường có 03 loại : (1) lắng cát ngang; (2) lắng cát thổi khí; (3) lắng cát xoáy. Trong bể lắng cát ngang dòng chảy theo hướng ngang với vận tốc không vượt quá 0,3 m/s . Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào một cạnh theo chiều dài tạo dòng chảy xoắn ốc, cát lắng xuống đáy dưới tác dụng trọng lực. Bể lắng cát xoáy có dạng trụ tròn, nước thải được đưa SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 21 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai vào theo phương tiếp tuyến tạo nên dòng chảy xoáy, cát tách khỏi nước lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và lực ly tâm. 3.1.1.3 Bể lắng Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải, cặn hình thành trong quá trình keo tụ tạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh ra trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành : bể lắng ngang và bể lắng đứng. Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5 giờ. Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 0,75 – 2 giờ. 4.2.1.4 Quá trình lọc Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại được bằng phương pháp lắng. Quá trình lọc ít khi sử dụng trong xử lý nước thải, thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi có chất lượng cao. Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không sử dụng các thiết bò lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu lọc thông dụng nhất là cát. Kích thước hiệu quả của hạt cát thường dao động trong khoảng 0,15 mm đến vài mm, kích thước lỗ rỗng thường có giá trò nằm trong khoảng 10 – 100 µm. Kích thước này lớn hơn nhiều so với kích thước của nhiều hạt cặn nhỏ cần tách loại, ví dụ như vi khuẩn (0,5 – 5µm) hoặc vi rút (0,05 µm). Do đó, những hạt này có thể chuyển động xuyên qua lớp vật liệu lọc. Trong quá trình lọc, các cặn bẩn được tách khỏi nước nhờ tương tác giữa các hạt cặn và vật liệu lọc theo cơ chế sau : • Sàng lọc : Xảy ra ở bề mặt lớp vật liệu lọc khi nước cần xử lý chứa các hạt cặn có kích thước quá lớn, không thể xuyên qua lớp vật liệu lọc. • Lắng : Những hạt cặn lơ lửng có kích thước khoảng 5 µm và khối lượng riêng đủ lớn hơn khối lượng riêng của nước được tách loại theo cơ chế lắng trong các khe rỗng của lớp vật liệu lọc. Tuy nhiên, quá trình lắng không có khả năng khử các hạt keo mòn có kích thước khoảng 0,001 – 1 µm. • Hấp phụ : Các hạt keo được tách loại theo cơ chế hấp phụ. Quá trình này xảy ra theo hai giai đoạn : vận chuyển các hạt trong nước đến bề mặt vật liệu lọc và sau đó kết dính các hạt vào bề mặt hạt vật liệu lọc. Quá trình này chòu ảnh hưởng của lực hút (hoặc lực đẩy) giữa vật liệu lọc và các hạt cần tách loại, lực hút quan trọng nhất là lực Van der Waals và lực hút tónh điện. • Chuyển hóa sinh học : Hoạt tính sinh học của các thiết bò lọc có khả năng dẫn đến sự ôxy hóa các chất hữu cơ. Quá trình chuyển hóa sinh học hoàn toàn xảy ra khi nhiệt độ và thời gian lưu nước trong thiết bò lọc được duy trì thích hợp. Do đó, trong thiết bò lọc chậm, hoạt tính sinh học đóng vai trò quan trọng hơn trong thiết bò lọc nhanh. • Chuyển hóa hóa học : Các vật liệu lọc còn có khả năng chuyển hóa hóa học một số chất có trong nước thải như NH 4 + , sắt, mangan, … SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 22 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai 3.1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ LÝ 3.1.2.1 Keo tụ Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10 -4 mm thường không thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng trong nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Do đó, các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng. Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keo tụ thích hợp như : phèn nhôm Al 2 (SO 4 ) 3 , phèn sắt loại FeSO 4 , Fe 2 (SO 4 ) 3 hoặc loại FeCl 3 . Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dòch hòa tan. Dùng phèn nhôm : Khi cho phèn nhôm vào nước chúng phân li thành các ion Al 3+ , sau đó các ion này bò thủy phân thành Al(OH) 3 Al 3+ + 3H 2 O = Al(OH) 3 + 3H + Trong phản ứng thủy phân trên, ngoài Al(OH) 3 là nhân tố quyết đònh đến hiệu quả keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H + . Các ion H + này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO 3 - ). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H + thì cần phải kiềm hóa nước. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là vôi (CaO). Một số trường hợp khác có thể dùng sôđa (Na 2 CO 3 ) hoặc xút (NaOH). Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5 – 7,5. Dùng phèn sắt(II) : Phèn sắt (II) khi cho vào nước phân ly thành Fe 2+ và bò thủy phân thành Fe(OH) 2 Fe 2+ + 2H 2 O = Fe(OH) 2 + 2H + Fe(OH) 2 vừa tạo thành vẫn còn độ hòa tan trong nước lớn, khi trong nước có ôxy hòa tan, Fe(OH) 2 sẽ bò ôxy hóa thành Fe(OH) 3 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 Quá trình ôxy hóa chỉ diễn ra tốt khi pH của nước đạt được trò số từ 8 – 9 và nước phải có độ kiềm cao. Vì vậy, thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi làm mềm nước. Dùng phèn sắt (III) : Phèn sắt (III) loại FeCl 3 hoặc Fe 2 (SO 4 ) 3 khi cho vào nước phân ly thành Fe 3+ và bò thủy phân thành Fe(OH) 3 Fe 3+ + 3H 2 O = Fe(OH) 3 + 3H + Vì phèn sắt (III) không bò ôxy hóa nên không cần nâng cao pH của nước như sắt (II). Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 – 6,5. 3.1.2.2 Tuyển nổi Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 23 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt. Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau : • Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation) : Khí nén được thổi trực tiếp vào bể tuyển nổi để tạo thành các bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt. • Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation) : Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không. Hệ thống này ít sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao. • Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation) : Sục không khí vào nước ở áp suất cao (2 – 4 at), sau đó giảm áp giải phóng khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước 20 – 100 µm. 3.1.2.3 Hấp phụ Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải triệt để khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học, cũng như khi nồng độ của chúng không cao và chúng không bò phân hủy bởi vi sinh vật hay chúng rất độc. Hấp phụ được ứng dụng để khử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, trừ sâu, thuốc sát trùng, phenol, các chất hoạt động bề mặt…Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả cao (80 – 95%), có khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải và đồng thời có khả năng thu hồi các chất này. Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng. Dung chất (chất bò hấp thụ) sẽ đi từ pha lỏng (pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dòch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ thường sử dụng : • Than hoạt tính. • Tro, xỉ, mạt cưa. • Silicagen, keo nhôm. 3.1.2.4 Trao đổi ion Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Mn … cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua, chất phóng xạ. Người ta thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm hai mục đích : khử cứng và khử khoáng. Khử cứng : Cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa Cation ở dạng RNa 2RNa + CaSO 4 → R 2 Ca + Na 2 SO 4 2RNa + MgSO 4 → R 2 Mg + Na 2 SO 4 Khi lớp nhựa Cation mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng dung dòch muối ăn NaCl. R 2 Ca + 2NaCl → 2RNa + CaCl 2 R 2 Mg + 2NaCl → 2RNa + MgCl 2 SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 24 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai Khử khoáng : Cho nước cần xử lý chảy qua từng cột nhựa Cation và nhựa Anion riêng rẽ hay qua một cột kết hợp cả nhựa Cation và nhựa Anion RSO 3 H + NaCl → RSO 3 Na + HCl 2RSO 3 H + Na 2 SO 4 → 2RSO 3 Na + H 2 SO 4 RSO 3 H + NaHCO 3 → RSO 3 Na + CO 2 + H 2 O RSO 3 H + Na 2 CO 3 → 2RSO 3 Na + CO 2 + H 2 O ROH + HCl → RCl + H 2 O 2ROH + H 2 SO 4 → R 2 SO 4 + H 2 O Khi lớp nhựa Cation và Anion mất hiệu lực người ta tái sinh bằng dung dòch axít HCl và dung dòch xút NaOH như sau : RSO 3 Na + HCl → RSO 3 H + NaCl RCl + NaOH → ROH + NaCl 3.1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 3.1.3.1 Phương pháp trung hòa Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học : H + + OH - → H 2 O Mặt dù quá trình rất đơn giản về mặt nguyên lý, nhưng vẫn có thể gây ra một số vấn đề trong thực tế như : giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt, làm sét rỉ thiết bò máy móc, … Vôi (Ca(OH) 2 ) thường được sử dụng rộng rãi như một bazơ để xử lý các nước thải có tính axit, trong khi axit sulfuric (H 2 SO 4 ) là một chất tương đối rẻ tiền dùng trong xử lý nước thải có tính bazơ. 3.1.3.2 Phương pháp oxy hóa – khử Phương pháp này được dùng để : • Khử trùng nước. • Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc một nguyên tố hòa tan sang thể khí. • Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn. • Loại bỏ các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As …và một số chất độc như cyanua. Các chất oxy hóa thông dụng : • Ozon (O 3 ). • Chlorine (Cl 2 ). • Hydro peroxide (H 2 O 2 ). • Kali permanganate (KMnO 4 ). Quá trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác. SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 25 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai 3.1.3.3 Kết tủa hóa học Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng trong nước. Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành các hydroxide, ví dụ : Cr 3+ + 3OH - → Cr(OH) 3 Fe 3+ + 3OH - → Fe(OH) 3 Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo các kết tủa với vôi. Soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng hydroxide (Fe(OH) 3 ), carbonate (CdCO 3 ), …Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước : CO 3 2- + H 2 O → HCO 3 - + OH - 3.1.4 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô như : H 2 S, sulfide, ammonia, … dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại :  Phương pháp kỵ khí : Sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có ôxy. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau : Vi sinh vật Chất hữu cơ CH 4 + CO 2 + H 2 + NH 3 + H 2 S + Tế bào mới Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 04 giai đoạn : - Giai đoạn 1 : Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử. - Giai đoạn 2 : Acid hóa. - Giai đoạn 3 : Acetate hóa. - Giai đoạn 4 : Methane hóa. Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều hợp chất cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin, … trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mạch tạo thành các phân tử đơn giản hơn, dễ thủy phân hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid, carbohydrate thành đường đơn và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H 2 và CO 2 . Vi khuẩn methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất đònh như CO 2 + H 2 , formate, acetate, methanol, methylamine và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau : 4H 2 + CO 2 → CH 4 + 2H 2 O 4HCOOH → CH 4 + 3CO 2 + 2H 2 O CH 3 COOH → CH 4 + CO 2 4 CH 3 OH → 3CH 4 + CO 2 + H 2 O 4(CH 3 ) 3 N + H 2 O → 9CH 4 + 3CO 2 + 6H 2 O + 4NH 3 SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 26 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai  Phương pháp hiếu khí : Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp ôxy liên tục. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 03 giai đoạn sau : - Ôxy hóa các chất hữu cơ : Enzyme C x H y O z + O 2 CO 2 + H 2 O + ∆H - Tổng hợp tế bào mới : Enzyme C x H y O z + O 2 + NH 3 Tế bào vi khuẩn (C 5 H 7 NO 2 ) + CO 2 + H 2 O – ∆H - Phân hủy nội bào : Enzyme C 5 H 7 O 2 + O 2 5CO 2 + 2H 2 O + NH 3 ± ∆H Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình ôxy sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên. 3.1.4.1 Phương pháp sinh học nhân tạo a. Quá trình kỵ khí  Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng o Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. o Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB) Đây là một trong những quá trình kỵ khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế do hai đặc điểm chính sau : - Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình. - Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như : - Ít tiêu tốn năng lượng vận hành. - Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn. - Bùn sinh ra dễ tách nước. SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 27 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai - Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng. - Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí Methane. Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6 – 0,9 m/h, pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6 – 7,6. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để đảm bảo pH của nước luôn lớn hơn 6,2 vì ở pH < 6,2 vi sinh vật chuyển hóa Methane không hoạt động được. Cần lưu ý rằng chu kì sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2 – 3 giờ ở 35 0 C so với 2 – 3 ngày ở điều kiện tối ưu). Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa.  Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám o Bể lọc kỵ khí Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bò rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày). o Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố đònh Là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám. b. Quá trình hiếu khí  Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy liên tục vào bể aeroten, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp ôxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn. Hỗn hợp bùn và nước thải chảy đến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuống đáy. Lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hoàn về bể aeroten để giữ ổn đònh mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ. Lượng sinh khối dư mỗi ngày cùng với lượng bùn tươi từ bể lắng 1 được dẫn tiếp tục đến công trình xử lý bùn. Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bò ôxy hóa hoàn toàn thành CO 2 , H 2 O, NO 3 - , SO 4 2- , … Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm : Pseudomonas, Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 28 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai Mycobacterium,…và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas, Nitrobacter. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 50 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/L, pH từ 6,5 – 8,5 và nhiệt độ từ 6 – 37 0 C. Một số dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như : Bể aeroten thông thường, bể aeroten xáo trộn hoàn chỉnh, mương ôxy hóa, bể hoạt động gián đoạn, bể aeroten mở rộng, … o Bể aeroten thông thường Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug – flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể này nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốt hơn, dễ lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể (ECKENFELDER W.W.,1989). Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 – 0,6 kg BOD 5 /m 3 ngày với hàm lượng MLSS 1.500 – 3.000 mg/L, thời gian lưu nước từ 4 – 8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 – 0,4, thời gian lưu bùn từ 5 – 15 ngày. Bùn Bể lắng 1 Nước chưa xử lý Bùn tuần hoàn Bùn thải Bể lắng 2 Bể aerotank Nước thải sau xử lý Hình 3.1 : Bể aeroten thông thường o Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bò sục khí thích hợp. Thiết bò sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bò khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu ôxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích bể. Bể này có ưu điểm chòu được quá tải rất tốt. METCALF and EDDY (1991) đưa ra tải trọng thiết kế khoảng 0,8 – 2,0 kg BOD 5 /m 3 ngày với hàm lượng bùn 2.500 – 4.000 mg/L, tỷ số F/M = 0,2 –0,6. SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 29 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai Bể lắng Bể lắng Bùn thải Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý Bùn tuần hoàn Máy thổi khí Hình 3.2 : Bể aeroten khuấy trộn hoàn toàn o Bể aeroten mở rộng Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 – 30 ngày). Hàm lượng bùn thích hợp trong khoảng 3.000 – 6.000 mg/L. o Mương ôxy hóa Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3 m/s để tránh cặn lắng. Mương ôxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý nitơ. METCALF and EDDY (1991) đề nghò tải trọng thiết kế 0,10 – 0,25 kg BOD 5 /m 3 ngày, thời gian lưu nước 8 – 16 giờ, hàm lượng MLSS khoảng 3.000 – 6.000 mg/L, thời gian lưu bùn từ 10 – 30 ngày là thích hợp. o Bể hoạt động gián đoạn (SBR) Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước : (1) làm đầy, (2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cạn, (5) ngưng.  Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám o Bể lọc sinh học SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 30 [...]... khí tùy tiện SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 33 Luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG 3.2 MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY 3.2.1 CÔNG TY GIẤY HÒA PHƯƠNG Nước thải giấy Song chắnn rác Song chắ rác Bùn tuần hoàn Thiết t bò xử lý bùn Thiếbò xử lý bùn Bể trộnn Bể trộ Bể phảnn ứgg Bể phả ứnn Bể Aeroten... gây bệnh và kim loại nặng trong nước thải chưa được loại bỏ sẽ gây tác hại cho sức khỏe của người sử dụng các loại rau và cây thực phẩm này  Xả nước thải vào ao, hồ, sông suối Nước thải được xả vào những nơi vận chuyển và chứa nước có sẵn trong tự nhiên để pha loãng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên Khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận, nước của nguồn tiếp nhận sẽ bò... tích vật liệu (METCALF and EDDY, 1991) 3.1.4.2 Phương pháp sinh học tự nhiên Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước Việc xử lý nước thải được thực hiện trên các công trình :  Cánh đồng tưới Dẫn nước thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng bơm và ống phân phối phun nước thải lên mặt đất Một phần nước bốc hơi, phần còn lại thấm vào đất để tạo độ... tình trạng phân hủy nội bào và mất đi khả năng bám dính Nước thải sau xử lý được thu qua hệ thống thu nước đặt bên dưới Hệ thống thu nước này có cấu trúc rỗ để tạo điều kiện không khí lưu thông trong bể Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bể lắng đợt hai để loại bỏ màng vi sinh tách khỏi giá thể Nước sau xử lý có thể tuần hoàn để pha loãng nước thải đầu vào bể lọc sinh học, đồng thời duy trì độ ẩm cho... bẩn Mức độ nhiễm bẩn phụ thộc vào : lưu lượng và chất lượng nước thải, khối lượng và chất lượng nước có sẵn trong nguồn, mức độ khuấy trộn để pha loãng Khi lưu lượng và tổng hàm lượng chất bẩn trong nước thải nhỏ so với lượng nước của nguồn tiếp nhận, ôxy hòa tan có trong nước đủ để cấp cho quá trình làm sạch hiếu khí các chất hữu cơ Tuy nhiên, các chất lơ lửng, vi trùng gây bệnh và kim loại nặng, … nếu... trưởng Phương pháp này chỉ được dùng hạn SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 31 Luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG chế ở những nơi có khối lượng nước thải nhỏ, vùng đất khô cằn xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm Ở cánh đồng tưới không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn, virút gây bệnh và kim loại nặng trong. .. vật trong hồ hiếu khí SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 32 Luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG o Hồ tùy tiện Trong hồ tùy tiện tồn tại 03 khu vực : (1) khu vực bề mặt, nơi đó chủ yếu vi khuẩn và tảo sống cộng sinh; (2) khu vực đáy, tích lũy cặn lắng và cặn này bò phân hủy nhờ vi khuẩn kỵ khí; (3) khu vực trung gian, chất hữu cơ trong. .. này bò phân hủy nhờ vi khuẩn kỵ khí; (3) khu vực trung gian, chất hữu cơ trong nước thải chòu sự phân hủy của vi khuẩn tùy tiện Có thể sử dụng máy khuấy để tạo điều kiện hiếu khí trên bề mặt khi tải trọng cao Tải trọng thích hợp dao động trong khoảng 70 – 140 kg BOD5/ha ngày o Hồ kỵ khí Thường được áp dụng cho xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao và cặn lơ lửng lớn, đồng thời có thể kết hợp phân... 560 kg BOD5/ha ngày o Hồ xử lý bổ sung Có thể áp dụng sau quá trình xử lý sinh học (aeroten, bể lọc sinh học hoặc sau hồ sinh học hiếu khí, tùy tiện, …) để đạt chất lượng nước ra cao hơn, đồng thời thực hiện quá trình nitrate hóa Do thiếu chất dinh dưỡng, vi sinh còn lại trong hồ này sống ở giai đoạn hô hấp nội bào và ammonia chuyển hóa sinh học thành nitrate Thời gian lưu nước trong hồ này khoảng 18... trước vẫn đe dọa đến sức khỏe và sinh hoạt cộng đồng thông qua hoạt động của các loài cá, chim và các loài sinh vật có ích khác  Hồ sinh học Hệ hồ có thể phân loại như sau : (1) hồ hiếu khí, (2) hồ tùy tiện, (3) hồ kỵ khí và (4) hồ xử lý bổ sung o Hồ hiếu khí Có diện tích rộng, chiều sâu cạn Chất hữu cơ trong nước thải được xử lý chủ yếu nhờ sự cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn sống ở dạng lơ lửng Ôxy cung . RSO 3 H + NaCl → RSO 3 Na + HCl 2RSO 3 H + Na 2 SO 4 → 2RSO 3 Na + H 2 SO 4 RSO 3 H + NaHCO 3 → RSO 3 Na + CO 2 + H 2 O RSO 3 H + Na 2 CO 3 → 2RSO 3. (III) loại FeCl 3 hoặc Fe 2 (SO 4 ) 3 khi cho vào nước phân ly thành Fe 3+ và bò thủy phân thành Fe(OH) 3 Fe 3+ + 3H 2 O = Fe(OH) 3 + 3H + Vì phèn