Quản lý và vận hành bể metan

Trong điều kiện không có ôxy, các chất hữu cơ có thể bị phân huỷ nhờ vi sinh vật và sản phẩm cuối cùng của quá trình này là các chất khí như mêtan (CH¬4) và cácbonic (CO2) được tạo thành. Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ nhờ vi sinh kỵ khí chủ yếu được diễn ra theo nguyên lý lên men qua các bước sau: - Vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng riêng nhẹ - Vi khuẩn tạo men axit, biến đổi các chất hữu cơ đơn giản thành axit hữu cơ. - Vi khuẩn tạo men metan chuyển hoá hydro và các axit được tạo thành ở gian đoạn trước thành khí metan và cacbonic Dựa trên nguyên tắc đó chúng tôi thiết kế bể phân huỷ kị khí bao gồm các bể bê tông cốt thép có nắp bịt kín để lưu nước thải trong khoảng 12 đến 20h tuỳ thuộc vào lưu lượng, hàm lượng các chất bẩn trong nước thải. Để nâng cao hiệu suất xử lý chúng tôi bố trí dày đặc các vật liệu đệm sinh học làm giá thể, đồng thời chạy khuấy đảo khí mê tan sục xuống dưới bể. Khởi động bể phân huỷ kị khí bằng chính nguồn vi khuẩn kỵ khí có sẵn trong nước thải. Ưu điểm của phương pháp là tiết kiệm năng lượng, nhân công và xử lý triệt để. Hiệu suất xử lý: COD giảm 60-65%.

CHUYÊN ĐỀ: QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH BỂ METAN

1 GIỚI THIỆU VỀ BỂ METAN:

- Bể metan là quá trình phát triển các công trình xử lý cặn, đó là công trình thường có

mặt bằng hình tròn hay hình chữ nhật, đáy hình nón hay hình chóp đa giác và có nắp

đậy kín ở trên cùng của nắp đậy làm chóp mũ để thu hơi khí

- cặn ở trong bể metan được khuấy trộn đều và sấy nóng nhờ các thiết bị đặc biệt

- Căn cứ vào nhiệt độ của quá trình lên men mà người ta phân biệt: quá trình lên men

ấm (10-430

) và quá trình lên men nóng (>430)

- Đối với lên men nóng thì sản phẩm thu được là vô trùng, trong khi đó với lên men

ấm chỉ đạt 50-80% vô trùng Tuy nhiên, trong quá trình lên men ấm phải đòi hỏi cung

cấp nhiệt lượng ít hơn và cặn đã lên men dễ tách nước hơn

- Trên các công trình xử lý hiện nay người ta thường cho lên men hỗn hợp cặn tươi và

bùn hoạt tính dư Sự khoáng hóa trong quá trình lên men có quan hệ mật thiết với quá

trình tách các sản phẩm phân hủy thành hơi khí và nước bùn

- Hiệu suất công tác của bể metan được đánh giá theo giá trị phân hủy mà đặc trưng

của nó hoặc là mức độ tách hơi khí Pr%, hoắc là độ hao hụt các chất tro Pkt%

- Vật liệu: bê tong cốt thép hình trụ, đày và nắp hình nón Bể được sủ dụng phân hủy

cặn lằng từ bể lắng 1 & 2 cũng như bùn hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải ngoài

ra, bể còn được dùng để phân hủy rác nghiền, phể thải rắn hữu cơ



2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ ẤM

 Bể metan là bể ổn định bùn ở điều kiện kỵ khí, là công trình ổn định bùn cặn

 Theo thiết kế bể metan gồm 2 bể: 131m3 có công suất 6.200m3

 Lượng bùn cặn: 36,01 m3/ngđ

 Lượng bùn hoạt tính dư: 15,97 m3/ngđ

 Độ ẩm hỗn hợp: 95%

 Tổng thể tích hỗn hợp bùn: 51m3/ngđ

 Quá trình sinh hóa trong bể metan xẩy ra phức tạp hơn so với quá trình hiếu

khí Theo lý thuyết thì quá trình ổn định kỵ khí được thực hiện bằng 4 nhóm

vi sinh vật khác nhau tùy theo từng giai đoạn

- Giai đoạn 1: Lên men thủy phân, được thực hiện bởi nhóm vi sinh vật yếm khí tùy

tiện Nhóm vi sinh vật này đã sinh ra những loại enzim, với sự làm việc của các

enzim này cấu tạo của hợp chất hữu cơ phức tạp sẽ bị chia nhỏ ra thành các hợp

chất hữu cơ hòa tan, độ Ph trong giai đoạn này từ 6,5-7,5

- Giai đoạn 2: Lên men Axit có đi kèm theo các sản phẩm axit béo , axit amin, rượu,

khí h2 và khí co2 cùng cac nhóm VSV dị dưỡng có sức phát triển và sức chịu

đựng cao trong môi trường

- Giai đoạn 3: Lên men Axetat (lên men axit dấm) được thực hiện bởi 2 nhóm Vsv

+ Tạo ra axit axetat + H2 tự do từ sản phẩm phân rã:

CH3CH3COOH + 2H2O -> CH3COOH + CO2+ 3H2

> Nhóm vsv tạo ra H2

+ Tạo ra axit axit axetat có sử dụng H2 để khử CO2 được gọi là bọt axetat:

4H2 + 2CO2 -> CH3COOH +2H2O

- Giai đoạn 4: Lên men metan, được tạp thành bởi các vi sinh vật phát triển chậm

mà rất nhạy cảm với môi trường bên ngoài, đặc PH khoảng 7-7,5 sẽ tạo ra khí

metan theo 2 con đường

+ Phân hủy dấm: CH3COOH -> CH4 + CO2 (Phân hủy dấm đạt 72%)

+ Khử CO2: CO2 + H2 -> CH4 + H2O

 Như vậy Quá trình phân hủy kỵ khí hữu cơ tổ hợp vi sinh vật có thể phân thành

2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: lên men kiềm

+ Giai đoạn 2: lên men axit

Các nhóm vsv phân hủy sunfat sử dụng dấm để lên men , khi nồng độ sunfat ở

trong bùn cặn cao thì vsv làm việc sẽ ít hiệu quả, nồng độ sunfat > 0,5mg/l sẽ kìm

hãm sự lên men

Hiệu quả của quá trình phân hủy kỵ khí bùn cặn trong bể metan được đánh giá

bằng mức độ phân hủy các hợp chất hữu cơ, số lượng và thành phần khí sinh ra,

hiệu quả này được xác định bằng thành phần hỗn hợp bùn cặn, các thông số công

nghệ bể metan ( % nạp liệu, nhiệt độ, nồng độ bùn cặn nạp) Ngoài ra các yếu tố

khác như chế độ nạp, lấy bùn, khuấy trộn cũng ảnh hưởng tới quá trình phân hủy

kị khí

Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ và bùn, % chất béo và các hợp chất cacbon

protein phân hủy sinh ra biogass Trong đó bao gồm 60-65% chất béo, 30-35% các

hợp chất cacbon protein -> như vậy khi phân hủy đợt 1 thì sản phẩm cho nhiều

biogas hơn bùn ( chứa nhiều protein)

Thậm chí khi quá trình xử lý bùn cặn kéo dài trong bể metan thì các thành phần

hợp chất hữu cơ sẽ phân hủy hoàn toàn hay nói cách khác thì có 1 giới hạn lớn

nhất của sự phân hủy, khi đó sinh ra sẽ là lớn nhất max khí sinh ra/1 đơn vị các

chất được phân hủy

phản ứng phân hủy

lượng khí sinh

ra riêng (m3 khí/1kg phân hủy)

Thành phần khí gass

khối lượng riêng khí

,760mg/hg)

lượng khí (kg/1kg chất phân hủy)

giới hạn phân hủy theo gass

4: CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ

- Chế độ làm việc: chế độ ấm 20-40o, chế độ làm việc tối ưu ở 33-35oC

- Chế độ trên được duy trì thường xuyên nhằm sử dụng hữu ích, ngăn chặn phân

tầng cặn, lắng cát, ngoài ra trong quá trình trộn còn tạo ra hiệu ứng cân bằng sản

1 - èng dÉn cÆn t- ¬i

2 - èng dÉn cÆn chÝn

3 - èng dÉn khÝ

4 - thiÕt bÞ khuÊy

5 - van kiÓm tra

1

3 5

4

2

D

phẩm lên men cũng như quá trình tiếp xúc giữa vi sinh vật lên men và thức ăn, cần

lưu ý rằng có tồn tại giới hạn cường độ khuấy trộn trong thực tế, khi quấy trộn

không tốt thì hiệu suất trao đổi chất bể metan sẽ giảm và do đó giảm mức độ phân

hủy hợp chất cũng như giảm chuyển động trong thực tế có trường hợp do cát lắng

lại trong bể thì thể tích hữu dụng sẽ giảm 30-50% đặc biệt quan trọng khi thời gian

lưu dưới 10 ngày

- Chế độ nạp và lấy bùn:

Bể metan có thể làm việc theo mẻ hoặc liên tục hoặc bán lien tục khi nạp lien

tục 1 lần/1 ngày thì tốc độ phân hủy hợp chất và lượng khí metan sinh ra sẽ thay

đổi lớn trong thời gian 2 lần nạp, sau khi nạp gass sinh ra nhiều gấp 2 lần khí sinh

học của đợt nạp liệu chứng tỏ có sự thay đổi vận tốc phân hủy hợp chất vì nạp

liệu không đều

- Nạp liệu liên tục và lấy ra liên tục sẽ loại bỏ được sự thay đổi không đều khi phân

hủy hợp chất, vận hành bể metan cần tổ chức bài bản, rõ ràng, kiểm soát các thông

số chính của bể

+ khí ra được sinh ra đạt 60-65% metan, 32-35% CO2,h2s,h2,n2

+ Mức độ phân hủy chất hữu cơ ( đo, phân tích)

+ kiểm soát các chất axit béo, NH4+, kiềm nước bùn

+ độ ẩm và độ trao đổi bùn nạp liệu và lấy ra

+ kiểm soát Ph và nhiệt độ

5: CẤU TẠO BỂ METAN

- Thường được làm bằng bê tông cốt thép, dạng hình thoi

- Có lớp bảo ôn, chịu lực trong đất

- Hệ thống nạp và lấy:

Trên thực tế các bể metan lớn phải đảm bảo cấu tạo để khi vận hành dễ dàng thuận

tiện cho chế độ nạp liên tục và lấy ra liên tục > tạo ra được nhiệt độ ổn định trong

bể cũng như loại bỏ mất nhiệt, đảm bảo hoạt động liên tục có thể được nạp liệu

bằng thủy phân phối hoặc bơm, Bể phải được thiết kế hình thoi cặn đưa vào từ trên

xuống và lấy ra ở đáy bể

- Hệ thống đun nóng bùn cặn:

Trong các bể metan, nhiệt lượng được dung để đun nóng bùn cặn đến nhiệt độ làm

việc của bể phải làm sao cho bù được lượng nhiệt tổn thất, việc đun nóng bùn cặn

được sử dụng bằng hơi ở áp lực thấp có nhiệt độ từ 110-112 độ và được đưa vào

ống cấp bùn cặn hoặc đưa trực tiếp vào bể qua ezecto hơi lắp đặt ở từng bể, chất

lỏng bùn bùn cặn từ bể lấy quay lại bể qua hệ thống ezecto ( nước ngoài phổ biến 2

dạng “cặn-cặn”, “nước-cặn”), nguyên lý làm việc trộn bằng bơm đảm bảo cho 3 lần

bùn cặn được nạp vào liên tục trong vòng 20 tiếng

- Hê thống trộn bùn cặn lên men

Trộn bùn cặn lên men đảm bảo độc nhất cho mọi điểm của bể, khi nạp bùn cặn lạnh

được nạp phía trên của bể theo quy luật lên trên bể đồng thời bong bóng khí sinh ra

đi lên trên, Nếu bể metan trang bị ezecto thì bùn cặn sẽ chuyển động theo chiều

ngang, tuy nhiên quá trình đó không đảm bảo hiệu quả cho bể

Trên thực tế hệ thống bùn cặn đặc biệt được sử dụng cho bể metan hiệu quả là bơm

tuần hoàn, cánh khuấy, bình gass

3

2

4

1

5

6

1) ống trung tâm nâng bùn nhờ khí gass

2) vùng lên men bùn cặn

3) ống dẫn khí sinh học

4) ống tuần hoàn lên men

5) bơm tuần hoàn

6) xả bùn cặn

- Hệ thống lấy khí và vận chuyển khí

Để lấy khí, bên trên có hệ thống ống dẫn, dẫn khí đi có hệ thống ống gang thép ,

Trong quá trình lên men khí thải ra không đều luôn luôn phải duy trì áp lực

thường xuyên trong ống cần có hệ thống thu khí đặc biệt

6: VẬN HÀNH BỂ METAN

- Sau khi thử và nghiệm thu các hệ thống bể và nghiệm thu các hệ thống bể, thiết bị

đường ống phải tiến hành khởi động chế độ làm việc của bể

- Kiểm tra bằng nước sạch hoặc nước thải sau xử lý các chế độ nạp liệu

- Cho chạy thử hệ thống các cánh trộn, hệ thống bơm và hệ thống ezecto, đồng thời

kiểm soát công tác thiết bị đo tự động, van khóa

- Tháo hết nước và kiểm tra lại bằng mắt các kết cấu trước khi đưa bể vào hoạt động

- Mục đích và nội dung công tác trước khi chạy khởi động:

+ xác lập và điều chỉnh chế độ lên men ấm, ổn định các hoạt động sống của vi sinh

vật cũng như quan sát quá trình

+ điều chỉnh % nạp liệu ( cặn cũng như bùn hoạt tính) đồng thời khi đó quan sát

trong quá trình này để kiểm soát liều lượng nạp đạt đến tối ưu mà không ảnh

hưởng đến hiệu quả lên men

+ xác định mức độ phân hủy chất hữu cơ bùn cặn theo các thông số lý, hóa

+ điều chỉnh chế độ nạp liệu và chế độ nạp bùn cặn

+ điều chỉnh chế độ làm việc thiết bị theo thời gian và các thông số tính toán, khi

đó sẽ xác định được mức độ tuần hoàn và đảm bảo được công tác bơm, máy

khuấy, các đập tràn di động và liên tục

+ kiểm tra sự vận hành thiết bị thu khí xác định lượng khí sinh ra

+ Quan sát công tác chế độ làm việc của bể trong vòng 1 năm để xác định chế độ

làm việc theo mùa cho các hệ thống ezecto hơi, thu khí, công tác thu khí gass

không được thay đổi theo mùa, khi thực hiện đầy đử số lượng và áp lực

Bể metan được đưa vào hoạt động bằng phương pháp bổ sung các hợp chất kích

hoạt, thêm hóa chất như vôi, ammoniac, NH3CL để đảm bảo quá trình lên men

axit và lên men kiềm các hóa chất cho thêm vào phải ổn định trước khi bùn được

và nước thải được đun nóng

- Khi khởi động bể metan theo phương pháp nước thì bể metan phải được bơm

nước thải đến mức thiết kế ezecto hơi đặc biệt và cách khuấy cũng như thiết bị

trộn thủy lực nước thải nâng lên 32-33oC khi đó các điều kiện tạo ra rất phát triển

cho vi sinh vật nhiệt Quá trình lên men axit là quá trình đầu tiên

- Sau đó bể metan được đưa cặn tươi bùn hoạt tính dư, cặn được trộn đều hết trong

bể và các vi sinh vật lên men chế độ ấm dần dần thích ứng bắt đầu có tang trưởng

-> dần dần nồng độ bùn tăng dần đạt mức độ tương đương hỗn hợp bùn cặn, trong

quá trình lên men ấm phải kiểm soát chặt chẽ thành phần nước bùn, các thông số

độ kiềm, nồng độ axit 5-10mg/l, NH4+ 500-900mg/l tải trọng ngày đêm khi chín

không được lớn hơn 1kg/1m3, lấy hỗn hợp bùn ra ít nhất 2 lần/ ngày

- Khởi động bể theo phương pháp nước không được xảy ra hiện tượng tạo bọt và

không được hịnh thành màng bám, trong trường hợp có màng phải giảm lưu lượng

% nạp cặn kiểm tra quá trình lên men, nhiệt độ , nồng độ cặn bùn cặn càng lớn thì

phải tăng thời gian làm việc của cánh khuấy, không cho cánh khuấy ngừng làm

việc, máy khuấy phải được bắt đầu làm việc trước 3 tiếng khi nạp liệu và phải kết

thúc 3h sau khi kết thúc Khí gass có lượng metan chứa 60-70% cho vào dự trữ

mặc dù quá trình khởi động có thời gian dài nhưng rất có ưu điểm:

+ sự tăng trưởng sinh vật lên men metan ở điều kiện tối ưu, nhiệt độ không đổi,

công tác đảm bảo bùn cặn rất đều

+ các thành phần không đổi của các chất dinh dưỡng cũng như là sự ổn định của

chúng trong suốt quá trình trước và sau sẽ được duy trình bằng thành phần hệ vi

sinh vật ổn định và đã thích ứng hoàn toàn như trạm xử lý

+ việc chuyển từ chế độ khởi động sang chế độ làm việc rõ ràng

+ 1 trong những phương pháp khởi động không dung phụ gia là nạp đầy bể metan

bằng cặn tươi (phương pháp này gia tăng hỗn hợp bùn cặn trong thời gian chạy tự

động cũng như nghiên cứu động học phát triển vi sinh vật), cách khởi động này bể

metan được bơm đầy cặn tươi trong thời gian ngắn làm sao đưa công tác máy khởi

động được ngay, tránh tạo máng Trong thời gian bơm máy bơm phải làm việc liên

tục, hệ thống ezecto được khởi động khi cặn đạt mức độ cho phép để đến khi đầy

bể metan ở nhiệt độ 330c khi đó các van khóa phần bên trên mở ra

- Trong quá trình vi sinh vật ổn định thì nạp nguyên liệu không nên tạo bọt , ngăn

không cho vi sinh vật lên men kiềm

- Bể metan lỳc này làm việc trong thể tớch kớn hoàn toàn , sau đú cú thể nạp thờm

vào bể lượng cặn tươi tỏch từ 2-5% thể tớch cặn trong 1 ngày, 6-8% thể tớch trong

vũng 10 ngày sau tăng dần tải trọng

- Tổng thời gian khởi động bể theo chế độ trờn từ 40-60 ngày

- Nhược điểm của phương phỏp nước : dễ xuất hiện bọt

7 CÁC THỦ TỤC CẦN THỰC HIỆN TRONG 1 CA TRỰC DƯỚI ĐIỀU KIỆN

HOẠT ĐỘNG BèNH THƯỜNG

KIỂM TRA

BAN ĐẦU

1 Xem xét nhật ký

- Có gì bất th-ờng xảy ra không

- Kiểm tra lại tình trạng của máy bơm bùn thải

- Mức DO trong bể thông khí nh- thế nào? duy trì DO lớn hơn 1,5 mg/l ở tất cả các vị trí

2 Kiểm tra bằng trực quan quá trình bùn hoạt tính

- Có bất cứ bọt nào nổi lên trên bề mặt thông khí hay không? Nếu có, bọt đó màu trắng, màu đen và độ dày của lớp bọt thế nào?

- Bể có đ-ợc khuấy trộn đều hay không

- Màu bùn trong bể: vàng, đen, trắng, đục?

- Mùi: tanh hay thối?

TIẾN HÀNH

THÍ NGHIỆM

1 Ghi lại l-u l-ợng n-ớc thải đầu vào ngày hôm tr-ớc

2 Đo DO trong bể

3 Đo pH

4 Làm thí nghiệm các thông số COD, SS, MLSS nếu đến lịch làm thí nghiệm

5 Làm thí nghiệm lắng 30ph

6 Xác đinh MLSS

7 Tính chỉ số thể tích bùn SV

8 Ghi lại thời gian xả bùn

9 Kiểm tra xem axit, chất dinh d-ỡng… trong bồn pha hóa chất còn hay đã hết? Nếu hết tiến hành pha tiếp

GHI CHẫP

KẾT QUẢ BÀN

GIAO

8: CÁC SỰ CỐ CÓ THỂ XẢY RA

- Hiện tượng lắng cát ở đáy bể

- Tạo bọt và màng ở trên lớp nước mặt

- Khí gass sinh ra có thể bị rò rỉ qua hệ thống ống dẫn ảnh hưởng trực tiếp tới công

nhân vận hành bể và môi trường

9: AN TOÀN LAO ĐỘNG PHÒNG TRÁNH CHÁY NỔ

- Công nhân tham gia vận hành bể phải được trang bị hệ thống bảo hộ

- Có chứng chỉ an toàn lao động và hành nghề

- Đảm bảo gần hệ thống khí gass không được sử dụng các chất gây cháy nổ

- Có trang thiết bị sẵn sang ứng phó với những trường hợp xấu có thể xảy ra

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN

- Tiêu chuẩn 7957-2008

1 Giáo trình " Thoát nước tập I - Xử lý nước thải"

PGS.TS Hoàng Huệ (chủ biên) - PGS.TS Trần Đức Hạ - Th.S Mai Liên Hương - Th.S

Lê Mạnh Hà - Th.S Trần Hữu Diện NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội - 2001

2 Giáo trình " Thoát nước tập II - Xử lý nước thải" PGS.TS Hoàng Huệ (chủ biên)

PGS.TS Trần Đức Hạ., NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội - 2002

3 Giáo trình "Máy bơm và trạm bơm cấp thoát nước" Th.S Lê Thị Dung NXB Khoa

học kỹ thuật Hà Nội - 2002

4 "Xử lý nước thải - Tính toán thiết kế các công trình"- Lâm Minh Triết, NXB Khoa

học kỹ thuật Hà Nội - 2002

5 "Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải" - TS Trịnh Xuân Lai, NXB Xây

Dựng Hà Nội - 2000

6 " Các bảng tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước" PGS.TSKH Trần Hữu Uyển

NXB Xây Dựng hà nội - 2003

7 " Sổ tay máy bơm" Th.S Lê Thị Dung NXB Xây Dựng Hà Nội - 2001

8 " Xử lý nước thải", PGS.TS Trần Hiếu Nhuệ - T.S Lâm Minh Triết NXB Khoa học

kỹ thuật Hà Nội - 1978

9 “Mạng lưới thoát nước”, PGS.TS Trần Hữu Uyển NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội

- 1996

10 “Định mức dự toán xây dựng cơ bản” Bộ Xây Dựng Nhà xuất bản Xây Dựng -

1999

11 "Định mức dự toán xây dựng cấp thoát nước" - Bộ Xây Dựng Nhà xuất bản Xây

Dựng - 2000

-