Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí truyền thống dựa trên hoạt động của vi sinh vật lơ lửng quá trình bùn hoạt tính có hiệu quả đối với chất hữu cơ và dinh dưỡng nhưng vẫn còn một số vấn đ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG
NGUYỄN HOÀNG NHƯ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR)
ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA
Trang 2iii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
- -oOo -
Tp HCM, ngày 01 tháng 05 năm 2012
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : NGUYỄN HOÀNG NHƯ Giới tính : Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 08/10/1987 Nơi sinh : An Giang
Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường
1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm
Reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Lập mô hình nghiên cứu, kế hoạch lấy mẫu, phân tích các thông số nước thải
đầu vào và đầu ra của mô hình MBBR đối với nước thải từ bể cân bằng của nhà
máy bia Sabmiller
Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với tính chất nước thải đầu vào đã đề
ra
Đề xuất phương án áp dụng công nghệ
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/05/2012
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/12/2012
Thực hiện luận văn cao học thật sự là một thách thức lớn trong quá trình học tập
và công tác, thông qua đó giúp em ho ̣c đươ ̣c nhiều điều cả trên lý thuyết lẫn thực tiễn cuô ̣c sống Để có được những trải nghiê ̣m này , em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Ứng Long đã tạo điều kiện và chỉ dạy em trong suố t khoảng thời gian công tác và nghiên cứ u Với lòng biết ơn, em xin kính chúc Thầy luôn khỏe mạnh
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam, anh Mai Nghi Thuấn, anh Dương Công Chung đã hỗ trơ ̣ tôi thực hiện mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu trong suốt quá trình thực nghiệm Chúc mọi người có nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công việc
Chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên giúp tôi có thể vượt qua tất cả khó khăn cho tới hôm nay Chúc mọi người luôn bình an, hạnh phúc
TP.HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2012
Nguyễn Hoàng Như
Trang 3Hiện nay, công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát ở Việt Nam đang phát triển
mạnh để phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của xã hội Quá trình sản xuất có thể phát
sinh ra lượng nước thải ngày càng tăng trong khi việc tăng công suất hoạt động của hệ
thống xử lý nước thải hiện hữu gặp phải nhiều khó khăn Nên đề tài “ Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nước thải sản xuất
bia” đưa ra thêm lựa chọn cho việc nâng cấp hệ thống xử lý nước thải hiện hữu trở nên
đơn giản Mô hình sử dụng hai loại giá thể lơ lửng trong điều kiện hiếu khí tuần tự là
K3 và F10 – 4 ở các mức tải trọng 1 Kg/m3.ngày, COD dòng vào <400 mg/l, TN <60
mg/l, TP <13 mg/l thời gian lưu nước 8h, ở mức tải trọng 1.5, 3, 4.5 KgCOD/m3.ngày,
COD dòng vào <2200mg/l, TN <80 mg/l, TP <21 mg/l và thời gian lưu nước tương
ứng là 32, 16, 10h Kết quả cho thấy ở mức tải trọng 1 và 1.5 KgCOD/m3.ngày, cả hai
loại giá thể đều thể hiện ưu điểm tốt, dòng ra COD <43 mg/l, TN <14 mg/l, TP <4
mg/l đáp ứng được QCVN 24:2009/BTNMT, loại A Ở các mức tải trọng cao hơn, TN
<14 mg/l đạt loại A theo tiêu chuẩn trên, Tp <5mg/l đạt loại B theo thiêu chuẩn trên,
COD đạt hiệu quả xử lý trung bình đến 92%
In Vietnam, beverage industry have very good growth base on the social development Manufacturing process can generate increasing amount of wastewater while increasing the operational capacity of the existing wastewater treatment system encountered many difficulties This research was studied on application of Moving Bed Biofilm Reactor for brewing wastewater treatment, given more options for upgrading existing wastewater treatment system This experiment use two types of media are K3 and F10 – 4 in difference organic loading rates 1 KgCOD/m3.day (outlet
of UASB tank), average characteristics of wastewater: COD lower than 400 mg/l, TN lower than 60 mg/l and TP lower than 13 mg/l, hydraulic retention time is 8h ; 1.5, 3, 4.5 KgCOD/m3.day, average characteristics of wastewater: COD lower than 2200 mg/l, TN lower than 80 mg/l and TP lower than 21 mg/l, hydraulic retention time are
32, 16, 10h The experimental result shown that in OLR 1 and 1.5 KgCOD/m3.day, effluent: COD lower than 43 mg/l, TN lower than 14 mg/l, TP lower than 4 mg/l and meet QCVN 24:2009/BTNMT, level A; the remaining OLR, TN lower 14 mg/l meet level A, TP lower 5 mg/l meet level B and average efficiency of COD is 92%
Trang 4vi
MỤC LỤC
TÓM TẮT V
MỤC LỤC VI
DANH MỤC BẢNG IX
DANH MỤC HÌNH X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XIII
CHƯƠNG 1 1
MỞ ĐẦU 1
1.1 ĐẶTVẤNĐỀ 2
1.2 MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU 3
1.3 ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU 3
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu của luận văn bao gồm 3
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 3
1.4 PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 4
1.4.1 Phương pháp hồi cứu 4
1.4.2 Phương pháp thí nghiê ̣m và phân tích 4
1.4.3 Phương pháp nghiên cứu mô hình 4
1.4.4 Phương pháp xử lý số liê ̣u 4
1.4.5 Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn 4
CHƯƠNG 2 5
TỔNG QUAN 5
2.1.TỔNGQUANVỀNƯỚCTHẢISẢNXUẤTBIA 6
2.1.1 Quá trình sản xuất bia 6
2.1.2 Thành phần ô nhiễm 8
2.1.3 Công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia 10
2.1.4 Tổng quan Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller 11
2.2 TỔNGQUANCÁCBIỆNPHÁPXỬLÝSINHHỌC 16
vii 2.2.1 Phương pháp sinh học 16
2.2.2 Phương pháp sinh học loại bỏ nitrogen 21
2.3 TỔNGQUANVỀCÔNGNGHỆMBBR 27
2.3.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR 27
2.3.2 Giá thể di động 28
2.3.3 Lớp màng biofilm 30
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR 32
2.3.5 Ứng dụng công nghệ MBBR 34
2.5.NHỮNGTHUẬNLỢIVÀHẠNCHẾCỦACÔNGNGHỆMBBR 40
2.5.1 Thuận lợi 40
2.5.2 Hạn chế 40
2.4 MỘTSỐCÔNGTRÌNHÁPDỤNGCÔNGNGHỆMBBR 40
2.4.1 Hệ thống xử lý nước thải khu tự trị Sharjah 40
2.4.2 Hệ thống xử lý nước thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa 44
2.4.2 Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sapporo Việt Nam 46
2.4.3 Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy chế biến thủy sản Minh Phú – Hậu Giang 50
CHƯƠNG 3 54
CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 54
3.1 ĐỐITƯỢNGNGHIÊNCỨU 55
3.1.1 Nước thải 55
3.1.2 Giá thể 55
3.2 MÔHÌNHNGHIÊNCỨU 56
3.2.1 Thiết kế mô hình 56
3.2.2 Kích thước trong mô hình 58
3.2.3 Các chi tiết thiết bị trong mô hình 59
3.3 NỘIDUNGNGHIÊNCỨU 56
3.3.1 Thí nghiệm thích nghi trên giá thể K3 57
Trang 53.3.2 Thí nghiệm 1 58
3.3.3 Thí nghiệm 2 59
3.3.4 Thí nghiệm 3 59
3.3.5 Thí nghiệm 4 60
3.3.6 Thí nghiệm 5 60
3.3.7 Thí nghiệm thích nghi, thí nghiệm 6; 7; 8; 9 61
3.4 QUYTRÌNHLẤYMẪUVÀPHƯƠNGPHÁPPHÂNTÍCH 62
3.4.1 Quy trình lấy mẫu 62
3.4.1 Phương pháp phân tích 62
CHƯƠNG 4 64
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 64
4.1 KẾTQUẢVẬNHÀNHỞGIAIĐOẠNTHÍCHNGHI 65
4.1.1 Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể K3 65
4.1.2 Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể F10 – 4 68
4.2 KẾTQUẢTRÊNMÔHÌNHMBBRVỚIGIẢTHỂK3 71
4.2.1 So sánh hiệu quả xử lý COD, TN, TP và hàm lượng MLSS trên mô hình có tuần hoàn và không tuần hoàn nước ở tải trọng OLR=1.5 KgCOD/m3.ngày 71
4.2.2 Đánh giá kết quả phân tích trên mô hình với giá thể K3 74
4.3.KẾTQUẢTRÊNMÔHÌNHMBBRVỚIGIÁTHỂF10-4 79
4.2.1 Diễn biến của chỉ tiêu pH 80
4.2.2 Diễn biến của chỉ tiêu DO 80
4.2.3 Hiệu quả xử lý COD 81
4.2.4 Hiệu quả xử lý TN, TP 82
4.2.3 Diễn biến MLSS của màng vi sinh 83
4.4. ĐỀXUẤTPHƯƠNGÁNỨNGDỤNGCÔNGNGHỆMBBRVÀONÂNG CẤPHỆTHỐNGXỬLÝNƯỚCTHẢINHÀMÁYSABMILLER 86
4.4.1 Đánh giá kết quả phân tích với nước thải lấy từ đầu ra của bể UASB 86
4.4.2 Đề xuất phương án nâng cấp Hệ thống xử lý nước thải hiện tại 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 94
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 96
PHẦN PHỤ LỤC 97
PHỤLỤC1:KẾTQUẢPHÂNTÍCH 97
PHỤLỤC2:MỘTSỐHÌNHẢNHTRONGQUÁTRÌNHNGHIÊNCỨU 109
Trang 6ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Ngưỡng giá trị chung của nước thải trong công đoạn sản xuất bia 8
Bảng 2.2 Đặc tính nước thải một số nhà máy sản xuất bia 9
Bảng 2.3 Thông số nước thải đầu vào hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sabmiller 13
Bảng 2.4 Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng 18
Bảng 2.5 Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước 23
Bảng 2.6 Thông số các loại giá thể Anox Kaldnes 28
Bảng 2.7 Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước 37
Bảng 2.8 So sánh thông số thiết kế của MBBR với các công nghệ khác 40
Bảng 2.9 Thông số thiêt kế cho hệ MBBR – keo tụ - tuyển nổi 41
Bảng 2.10 Thông số thiết kế hệ thống xử lý nước thải Sharjah 42
Bảng 2.11 Kết quả thí nghiệm của hệ thống xử lý nước thải khu tự trị Sharjah 43
Bảng 3.1 Các thông số nước thải đầu vào của mô hình 55
Bảng 3.2 Thông số các loại giá thể sử dụng trong mô hình 55
Bảng 3.3 Các thông số vận hành trong giai đoạn thích nghi 57
Bảng 3.4 Các thông số vận hành ở thí nghiệm 1 58
Bảng 3.5 Các thông số vận hành ở thí nghiệm 2 59
Bảng 3.6 Các thông số vận hành ở thí nghiệm 3 59
Bảng 3.7 Các thông số vận hành ở thí nghiệm 4 60
Bảng 3.8 Các thông số vận hành ở thí nghiệm 5 60
Bảng 3.9 Thời gian thực hiện mô hình trên giá thể F10 – 4 và tải trọng bề mặt 61
Bảng 3.10 Diễn giải các vị trí lấy mẫu 62
Bảng 3.11 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 62
Bảng 4.1 Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3 65
Bảng 4.2 Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể F10-4 68
Bảng 4.3 So sánh kết quả vận hành mô hình MBBR trên hai loại giá thể 85
x DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải 7
Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia điển hình 10
Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller 14
Hình 2.4 Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller 16
Hình 2.5 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang 21
Hình 2.6 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng 21
Hình 2.7 Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học 22
Hình 2.8 Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR 27
Hình 2.9 Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O 29
Hình 2.10 Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong 30
Hình 2.11 Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1 31
Hình 2.12 Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng 32
Hình 2.13 Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể 33
Hình 2.14 Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen 34
Hình 2.15 Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nước sau khi qua MBBR 35
Hình 2.16 Công nghệ MBBR xử lý hữu cơ 36
Hình 2.17 Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và phosphorus 36
Hình 2.18 Quy trình xử lý BOD và chất dinh dưỡng 38
Hình 2.19 AnoxKaldnesTM – bể MBBR độc lập 38
Hình 2.20 HybasTM – quy trình kết hợp 39
Hình 2.21 LagoonGuardTM – quy trình hồ sinh học 39
Hình 2.22 BasTM – quy trình kết hợp 39
Hình 2.23 Hệ MBBR kết hợp keo tụ 41
Hình 2.24 Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và photpho 43
Hình 2.25 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa 44
Hình 2.26 Lưới chặn giá thể, thiết bị trộn tĩnh và máy thổi khí trong hệ MBBR 46
Trang 7Hình 2.27 Giá thể K3 – Anox Kaldnes trước khi cho vào bể MBBR 46
Hình 2.28 Sơ đồ công nghệ Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sapporo 47
Hình2.29 Giá thể K3 trong giai đoạn hình thành màng của Nhà máy bia Sapporo 49
Hình 2.30 Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sapporo 50
Hình 2.31 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải Minh Phú – Hậu Giang 51
Hình 2.32 Trước và sau khi hình thành màng trên giá thể K3 của hệ thống xử lý nước thải Minh Phú – Hậu Giang 52
Hình 3.1 Các loại giá thể sử dụng trên mô hình MBBR 56
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ mô hình MBBR 57
Hình 3.3 Mô hình MBBR thực tế 58
Hình 3.4 Kích thước bể MBBR1-2 và bể lắng 58
Hình 3.5 Các thiết bị chính trong mô hình MBBR 59
Hình 3.6 Các phụ kiện trong mô hình 59
Hình 3.7 Sơ đồ mô hình thí nghiệm 60
Hình 3.8 Tóm tắt các nội dung thí nghiệm 56
Hình 3.9 Men vi sinh Biosystem B560HV sử dụng nuôi cấy vi sinh 58
Hình 3.10 Các vị trí lấy mẫu 62
Hình 4.1 Bọt trắng nổi trên bề mặt bể phản ứng trong giai đoạn thích nghi 65
Hình 4.2 Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi 66
Hình 4.3 Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 3 và 20 67
Hình 4.4 Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi 68
Hình 4.5 Bọt trắng xuất hiện trên bề mặt bể MBBR trong quá trình làm đầy bể 69
Hình 4.6 Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi trên giá thể F10-4 70
Hình 4.7 Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi 70
Hình 4.8 Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 7 và ngày thứ 20 71
Hình 4.9 Diễn biến pH và DO ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3 72
Hình 4.10 Diễn biến COD và MLSS ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3 73
Hình 4.11 Diễn biến TN và TP ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3 73
Hình 4.12 Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể K3 74
Hình 4.13 Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3 75
Hình 4.14 Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể K3 76
Hình 4.15 Hiệu quả xử lý TN, TP thí nghiệm trên giá thể K3 77
Hình 4.16 Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể K3 78
Hình 4.17 Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 78 và 95 79
Hình 4.18 Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể F10-4 80
Hình 4.19 Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3 81
4.2.3 Hiệu quả xử lý COD 81
Hình 4.20 Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể F10 – 4 82
4.2.4 Hiệu quả xử lý TN, TP 82
Hình 4.21 Hiệu quả xử lý TN, TP trên giá thể F10-4 83
4.2.3 Diễn biến MLSS của màng vi sinh 83
Hình 4.22 Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể F10-4 84
Hình 4.23 Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 56 và 77 85
Hình 4.24 Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 5 86
Hình 4.25 Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 5 87
Hình 4.26 Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 5 87
Hình 4.27 Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 5 88
Hình 4.28 Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 9 88
Hình 4.29 Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 9 89
Hình 4.30 Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 9 89
Hình 4.31 Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 9 90
Hình 4.32 Sơ đồ công nghệ đề xuất áp dụng mô hình MBBR cho nhà máy bia Sabmiller 91
Trang 8xiii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD5 Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand 5 days)
COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand)
DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)
F/M Tỉ số cơ chất/vi sinh (Food/Microorganism)
HRT Thời gian lưu nước thuỷ lực (Hydraulic Retention Time)
MBBR Xử lý sinh học với giá thể lơ lửng (Moving Bed Biofilm Reactor)
MLSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids)
MLVSS Hàm lượng chất rắn bay hơi (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)
OLR Tải lượng chất hữu cơ (Organic loading rate)
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
SRT Thời gian lưu bùn (Sludge retention time)
TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)
SVI Thể tích lắng của bùn (Sludge volume index)
TKN Tổng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl nitrogen)
TN Tổng nitơ (Total Nitrogen)
TP Tổng Phốtpho (Total Phosphorus)
VFA Acid béo bay hơi (Volatile Fat Acid)
SVI Chỉ số thể tích bùn (Sludge Volumn Index)
SALR Tải trọng bề mặt (Surface Area Loading Rate)
SARR Tải trọng bề mặt xử lý (Surface Area Removal Rate)
UASB Bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngược (Up-ward flow Anaerobic
Trang 91.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Bia được được con người biết đến từ rất lâu, nhiều chứng cứ cho thấy nó có từ
hơn 5000 năm trước Công nguyên Ngành công nghiệp bia bắt đầu ở Việt Nam cách
đây trên 100 năm Hiện nay, nhu cầu sống của xã hội ngày càng tăng cao: nhu cầu giải
trí, vui chơi, thưởng thức những điều thú vị mới, và bia là một trong những đồ uống
được ưa chuộng nhiều nhất để sử dụng trong các hoạt động này do đó chỉ trong thời
gian ngắn, ngành sản xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ Mức tiêu thụ bia
bình quân theo đầu người vào năm 2011 dự kiến là 28 lít/người/năm Bình quân lượng
bia tăng 20% mỗi năm Các nhà máy bia được đầu tư và xây dựng rất nhiều Ngoài
việc sản xuất bia, các nhà máy này cũng thải ra một lượng lớn nước thải mang đặc
trưng của ngành Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô
nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thủy vực
đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân hủy của các chất hữu cơ diễn
ra rất nhanh Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như
CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơ
trong nước thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không
được xử lý hợp lý
Khu vực phía Nam hiện nay đang có nhiều thương hiệu bia nổi tiếng với quy
mô sản xuất lớn như nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia Việt Nam, nhà máy bia
Sabmiller, nhà máy bia Sapporo… Các nhà máy bia này đã đầu tư rất kỹ lưỡng ngay từ
đầu cho công tác xử lý nước thải để giảm thiểu ô nhiễm khi xả thải ra nguồn tiếp nhận
Tuy nhiên, công suất của nhà máy có thể nâng lên trong một giai đoạn nhất định hoặc
theo thời gian sẽ mở rộng quy mô sản xuất và điều cần thiết khi này là phải có biện
pháp vận hành, cải tạo để hệ thống xử lý nước thải có thể đáp ứng tốt yêu cầu vận hành
mới
Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí truyền thống dựa trên hoạt động của vi sinh
vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính) có hiệu quả đối với chất hữu cơ và dinh dưỡng
nhưng vẫn còn một số vấn đề đi kèm như khả năng lắng của bùn, cần khối tích phản
ứng và lắng lớn, tiêu tốn năng lượng dòng tuần hoàn [12]
Trong khi đó quá trình màng sinh học với giá thể di động (MBBR) đã được phát
triển ở Nauy từ thập niên 80 MBBR đạt được hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản dựa
trên sự kết hợp lợi điểm của quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học
Từ những tính chung của các vấn đề nêu trên giúp tôi xác định tính cần thiết khi
lựa chọn đề tài: “Nghiên cư ́ u ứng dụng công nghệ MBBR(Moving Bed Biofilm
Reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia”
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu, đánh giá hiê ̣u quả x ử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng của mô hình MBBR hiếu khí bằng giá thể K3 và F10-4 ở các tải trọng 1.5 kg COD/m3ngày.đêm; 3
kg COD/m3ngày.đêm và 4.5 kg COD/m3ngày.đêm
Đề xuất phương án cải tạo Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Sabmiller khi cần tăng công suất hoạt động
1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu của luận văn bao gồm
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phương pháp xử lý nước thải sản xuất bia hiện nay
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bia của phương pháp MBBR
Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia bằng phương pháp xử lý MBBR, gồm có:
Thiết lập mô hình xử lý và phương pháp vận hành mô hình
Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu
Sử dụng giá thể F10-4 cho mục đích nghiên cứu
Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác nhau
Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của mô hình nghiên cứu theo các vị trí nghiên cứu nhất định
Đánh giá khả năng ứng dụng của phương pháp MBBR vào hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Sabmiller
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Thực nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm (bench-scale experiments) đặt tại phòng thí nghiệm Nhà máy bia Sabmiller, KCN Mỹ Phước II,
huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương
Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm:
Mô hình hiếu khí với giá thể K3
Mô hình hiếu khí với giá thể F10-4
Đánh giá hiệu quả xử lý COD và chất dinh dưỡng với HRT với tải trọng:
Trang 104
Mô hình hiếu khí: OLR lần lượt là 1.5 kg COD/m3.ngày, 3 kg
COD/m3/ngày và 4.5 kg COD/m3.ngày
Nước thử nghiệm: nước thải sản xuất bia được lấy từ bể cân bằng và sau bể
UASB của Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sabmiller
Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ 01/05/2012 – 15/12/2012
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1 Phương pha ́ p hồi cứu
Trong quá trình thực hiện đề tài, các thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng
nghiên cứu trên tất cả các nguồn như: sách báo, giáo trình, tạp chí, internet… sẽ được
thu thập và sưu tầm Những tài liệu, số liệu này sẽ được lựa chọn, phân tích, tổng hợp
làm cơ sở cho việc định hướng và thực hiện nghiên cứu
1.4.2 Phương pha ́ p thí nghiê ̣m và phân tích
Toàn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trường được tiến hành theo
đúng các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế (theo Standard
Methods)
1.4.3 Phương pha ́ p nghiên cứu mô hình
Khảo sát hiệu quả xử lý COD và chất dinh dưỡng trên mô hình MBBR hiếu khí
1.4.4 Phương pha ́ p xử lý số liê ̣u
Sử dụng các phương pháp quy hoạch thực nghiệm để phân tích và tối ưu hoá quá
trình thí nghiệm Đồng thời xử lý số liệu kết quả thí nghiệm bằng phần mềm Excel
1.4.5 Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn
Hiện nay, nghiên cứu về hệ thống MBBR để xử lý nước thải của các ngành sản
xuất đặc trung như nước thải sản xuât bia chỉ ở bước đầu và đang hạn chế về số lượng
Chính vì vậy việc lựa chọn hướng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý
Kết quả nghiên cứu là cơ sở ban đầu để ứng dụng cho một hệ thống MBBR mới
hoặc cải tạo, nâng cấp hệ thống cũ
5
TỔNG QUAN
Trang 112.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA
2.1.1 Quá trình sản xuất bia [2]
Các nhà máy bia trên thế giới ngày nay đều dùng nguyên liệu là thóc malt (đại
mạch nảy mầm)khoảng 70% và các lạoi bọt như gạo, ngô, mạch (không phải malt)
khoảng 30%, ngoài ra còn dùng hoa hublon, các loại bột trợ lọc như diatomit,
bentonit…
2.1.1.1 Quy trình chung:
Quy trình sản xuất bia bao gồm các công đoạn như sau:
Nấu – đường hóa: nấu bột và trộn với malt, cho thủy phân dịch bột thành
đường, lọc bỏ bã các loại bột, bã hoa hublo Nước thải của công đoạn này
giàu các chất hydrocacbon, xenlulozơ, pentozơ, trong vỏ trấu, các mảnh
hạt và bột, các cục vón… cùng với các xác hoa, một ít tannin, các chất
đắng, chất màu
Công đoạn lên men chính và lên men phụ:nước thải nước thải của công
đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin
cùng với bia cặn
Giai đoạn thành phẩm: lọc, bão hòa CO2, chiết block, đóng chai, hấp chai
Nước thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…
Hình 2.1 Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải
Nước cấp
để rửa sàn, thiết bị
Nước thải
Nước mềm
Hơi nước Enzym
Hơi nước Hoa hublon
Chất trợ lọc
Men giống Hoạt hóa và dùng lại men
Glycol hay nước đá
Bã men
Bia hơi
Nén CO2Sục khí
Bã malt
Nước thải
Bã malt
Trang 12 Nước rửa chai và téc chứa
Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng trữ
Nước thải từ nồi hơi
Nước thải sinh hoạt
Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng chlorite cao (tới
men, chỉ số này sẽ cao hơn rất nhiều)
COD/BOD 1.6 – 1
Tải trọng BOD 5 500 Kg/ngày (với xí nghiệp có công suất
16 triệu lít/năm, khoảng 80,000 l/ngày)
BOD 5 cho 1 lít bia 6g
Các chất hữu cơ (các hợp chất hydrocacbon, protein, acid hữu cơ cùng các chất
tẩy rửa) có nồng độ cao, nồng độ các chất rắn, thô, hoặc kết lắng thấp
Nước rửa chai cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công
nghệ sản xuất bia Về nguyên lý, chai có thể đóng bia được rửa qua các bước: rửa với
nước nóng, rửa bằng dung dịch kềm loãng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch
bẩn và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên
ngoài chai, sau đó là rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh Do đó, dòng thải của quá
trònh rửa chai có độ pH cao và làm cho dòng thải chung có độ pH kiềm tính
Trong sản xuất bia, nước thải ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự
khác nhau có thể chỉ là áp dụng phương pháp lên men nổi hay men chìm Nhưng sự
khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị,
9
sàn nhà… Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của nhà máy bia rất khác nhau Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và công nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp Định mức nước cấp: 4 – 8 m3/1000 lít bia, tải lượng nước thải: 2.5 – 6 m3/lít bia
Với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định mức nước thải của nhà máy bia không thể thấp hơn 2 – 3 m3/1000 lít bia sản phẩm trung bình lượng nước thải
………
Bảng 2.2 Đặc tính nước thải một số nhà máy sản xuất bia
Thông số Đơn vi ̣ Nước sông
Tải lượng nước thải m3/1000 lít bia 4 – 8
Trọng trọng ô nhiễm KgBOD5/1000 lít bia 3 – 6 Lưu lượng dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổi theo chu kỳ và mùa sản xuất
Do đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượng hữu cơ cao ở trạng thái hòa tan và trạn thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hydrocacbon, protein
và các acid hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học Tỉ lệ BOD5/COD nằm trong khoảng từ 0.5 – 0.7 nên thích hợp với phương pháp xử lý sinh học Tuy nhiên,
trong những trường hợp thiếu các chất dinh dưỡng như nitrogen, phosphorus cho quá
trình phát triển của vi sinh vật, cần phải bổ sung kịp thời
Nước thải trước khi đưa vào xử lý sinh họpc cần phải qua sàng, lọc, để tách các tạp chất thô như giấy nhãn, nút bấc và các loại hạt rắn khác Đối với dòng thải rửa chai
có giá trị pH cao cần được trung hòa bằng khí CO2 của quá trình lên men hay bằng khí thải của nồi hơi
Trang 132.1.3 Công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia
2.1.3.1 Xử lý sơ bộ nước thải
Nước thải rửa chai lọ và téc cần qua một sàn tuyển để loại bỏ mảnh thủy tinh vỡ
và nhãn giấy nước thải sản xuất hỗn hợp cần cho các bể tách dầu trước khi xử lý sinh
học
Nước thải sản xuất và nước thải vệ sinh tập trung vào một hệ thống được xử lý
bằng bể sục một giai đoạn: nước làm lạnh và nước mưa thải vào nơi tiếp nhận không
cần xử lý
Quy trình công nghệ xử lý nước thải của các nhà máy bia thường chọn phương
pháp sinh học hiếu khí với kỹ thuật bùn hoạt tính
Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia điển hình
2.1.3.1 Xử lý sinh học
Việc lựa chọn phương pháp xử lý hiếu khí, kỵ khí hay phương pháp kết hợp và
thiết bị sinh học để xử lý nước thải công nghiệp bia phụ thuộc vào đặc tính nước thải
lưu lượng nước thải, điều kiện kinh tế - kỹ thuật và diện tích sử dụng cho phép
Trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp bia thường dùng các phương pháp sinh
học sau:
Phương pháp bùn hoạt tính (Aerotank) với tải lượng bùn F/M = 0.05 – 0.1
KgBOD5/Kgbùn/ngày và SV tới 270 ml/g Do hàm lượng hữu cơ dạng
hydrocacbon cao, nếu thiếu chất dinh dưỡng như nitrogen, phosphorus thì quá
trình dễ sinh ra vi sinh dạng sợi và bùn khó lắng Càng hạn chế bã men trong
nước thải, vận hành thiết bị với tải trọng bùn không cao sẽ hạn chế được quá
trình tạo bùn dạng sợi
Bùn hồi lưu
Loại dầu, lắng
Bể lắng Chắn rác
Bể nén bùn Bùn dư
Nước lắng bùn
Ép bùn Làm phân
compost
Khử trùng
Nước thải đầu ra
Phương pháp màng sinh học hiếu khí: với các thiết bị dạng tháp, trong có lớp đệm bằng các hạt nhân tạo (nhựa, gỗ…) loại này thường có tải trọng thể tích từ
1 – 1.6 KgBOD5/m3.ngày và tải lượng bùn F/M = 0.4 – 0.64 Kg/m3.ngày
Hồ sinh học hiếu khí: có thể gồm một hoặc nhiều hồ nối tiếp hay song song được sục khí, vận hành với tải lượng thể tích tối đa từ 0.025 – 0.03 KgBOD5/m3.ngày và sau đó có bể lắng với thời gian lưu là 1 ngày Đáy hồ phải chống thấm và đòi hỏi diện tích lớn (100m2/1000 lít bia sản phẩm.ngày)
Phương pháp kị khí sử dụng để xử lý nước thải có lượng chất hữu cơ ô nhiễm cao (COD > 2000 mg/l) Do phương pháp yếm khi có ưu điểm lượng bùn sinh
ra ít, tiêu tốn ít năng lượng (không cần sục khí) và tạo ra khí methane có giá trị năng lượng nên nhiều nhà máy bia trong và ngoài nước đã sử dụng phương pháp này để xử lý nước thải
Hoặc do yêu cầu của dòng thải ra, nước thải bia cần được xử lý kỵ khí trước để làm giảm tải trọng ô nhiễm trước khi đưa vào xử lý hiếu khí, kết hợp giữa phương pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí
2.1.4 Tổng quan Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller [3, 5]
Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam
Địa chỉ: Lô A, KCN Mỹ Phước 2, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương
2.1.4.1 Các công đoạn sản xuất bia
a Nguyên vật liệu Đại mạch và gạo được vận chuyển bằng container và được kiểm tra chất lượng trước khi nhập vào các bồn chứa Hệ thống nhập tự động sẽ chuyển đại mạch và gạo vào trong các silo bồn chứa Trong quá trình nhập liệu, những chất bẩn như đá, rơm rạ… sẽ bị loại bỏ bằng hệ thống sàn ray trong khi nhập vào silo bồn chứa bao gồm 2 silo chứa đại mạch (300 tấn/silo) và 1 silo chứa gạo (50 tấn)
Các nguyên liệu khác phù hợp với tiêu chuẩn thực phẩm (houlon, hóa chất, bột lọc…) cũng được qua khâu kiểm nghiệm trước khi đưa vào sản xuất
Nguyên tắc FIFO được áp dụng cho tất cả các nguyên vật liệu sử dụng trong quá trình sản xuất
b Nấu dịch đường Đại mạch và gạo ở tỷ lệ nhất định được nghiền nát và hòa với nước cho vào nồi nấu Hỗn hợp này được gia nhiệt để trích ly đường và chất đạm có trong đại mạch và gạo Hỗn hợp sau đó được đem lọc để tách dịch đường Bã hèm chuyển vào bồn chứa
để dùng cho thức ăn gia súc Dịch đường được làm trong và làm lạnh chuyển vào bồn
Trang 1412
lên men sẵn sàng cho giai đoạn lên men Toàn bộ quá trình này hoàn toàn tự động và
được điều khiển bằng hệ thống máy tính
c Lên men
Trong quá trình chuyển dịch đường lạn vào bồn lên men, men và không khí
được thêm vào và quá trình lên men bắt đầu men sẽ chuyển hóa đường có trong dịch
đường thành cồn, khí cacbonite và hương thơm đặc trưng cho bia Quá trình lên men
được thực hiện trong khoảng thời gian quy định bao gồm 02 giai đoạn chính: giai đoạn
lên men chính ở nhiệt độ từ 12 – 150C và giai đoạn tồn trữ ở nhiệt độ 0 – (-10C) Men
được thu hồi ở cuối quá trình lên men và được sử dụng lại cho những mẻ sau Khí
cảbonic thoát ra trong quá trình lên men được thu hồi và dùng cho các quá trình lọc và
chiết bia
d Lọc
Bia sau khi lên men được dẫn qua hệ thống lọc có chứa bột trợ lọc và bột ổn
định lọc để tách men còn sót lại trong quá trình lên men và những cặn khác Bia trong
được phối trộn với nước ngậm khí carbonic để đạt được độ đường, cồn theo như sản
phẩm mong muốn Bia tươi được giữ trong các bồn chứa sẵn sàng để chiết vào chai
e Đóng gói tự động
Chai thu hồi về từ thị trường được rửa bằng xút nóng và làm sạch bằng nước
nhiều lần trong máy rửa chai tự động Chai sau khi rửa được KCS kiểm tra định kỳ độ
sạch và độ pH của nước đọng lại trong chai Đồng thời máy kiểm tra tự động sẽ kiểm
tra từng chai đi vào trong máy chiết bia Tất cả các chai còn nhãn, vật lạ trong chai, xút
dư, chai mẻ, chai lạ… sẽ bị loại ra
Bia tươi dẫn từ các bồn chứa được chết vào chai Hệ thống đóng nắp tự động sẽ
đóng kín nắp chain gay sau khi bia được chiết Tốc độ chiết chai là 30,000 chai/giờ
Chai bia được dán nhãn, in mã sản xuất và gắp tự động vào trong két nhựa
Két nhựa được chất tự động lên pallet và chuyển qua kho thành phẩm chờ phân
phối
2.1.4.2 Đặc trưng các nguồn nước thải:
(bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất)
Nước thải sinh hoạt: đáp ứng cho số lượng 100 nhân viên của công ty với định
Do đó, có thể thải trực tiếp đến nguồn tiếp nhận
Nước thải vệ sinh các thiết bị như bồn nấu, bồn lọc, bồn lên men, đường ống chứa bã hèm, tinh bột, bã hoa bia, bã men…
Nước thải công đoạn rửa chai: trước tiên chai được rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH) để rửa sạch chat bẩn và nhãn chai, sau đó được rửa lại bằng nước sạch và thanh trùng Do đó, nước thải từ quá trình rửa chai có pH cao và cũng chứa các chất ô nhiễm hữu cơ (do bia
và các chất khác trong quá trình lưu thông vỏ chai gây ra)
Lưu lượng nước thải trong quá trình sản xuất bia khoảng 12,8 lít nước thải/1 lít bia than phẩm
Bảng 2.3 Thông số nước thải đầu vào hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia
2.1.4.3 Công nghệ xử lý nước thải
Nước thải từ các công đoạn sản xuất của nhà máy được thu gom về hệ thống xử
lý Trước khi vào bể gom, nước thải được dẫn qua thiết bị lược rác thô để loại bỏ chất rắn có kích thước lớn hơn 20mm ra khỏi dòng thải
Trang 15Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller
Từ bể tập trung, nước thải được 2 bơm chìm bơm lên thiết bị lược rác tinh với
công suất cực đại là 168 m3/h để loại bỏ cặn rắn có kích thước lớn hơn 0.5mm Sau đó
nước sẽ tự chảy qua bể cân bằng Bể cân bằng có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và các
Trước khi vào bể UASB, nước thải được dẫn qua thiết bị trộn tĩnh để điều chỉnh
pH của nước thải về giá trị thích hợp cho quá trình xử lý kỵ khí Tại bể UASB, nước thải được phân phối điều từ dưới đáy qua hệ thống phân phối, khi qua đệm bùn kỵ khí (bùn hạt), chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nước và khí biogas bay lên Khí biogas sinh ra được thu hồi và đốt tại đầu đốt khi tự động, nước xử
lý đi qua bộ phận tách ba pha (khí – lỏng – rắn) theo máng thu chảy sang bể chứa trung gian, tại đây một phần lượng nước thải (57m3/h) được bơm tuần hoàn trở lại ban đầu vào bể UASB để đảm bảo vận tốc nước dâng trong bể UASB luôn được duy trì thích hợp (0.6 – 1m/h), phần còn lại được dẫn sang bể xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính Aerotank
Trong bể Aerotank, quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra nhờ vào lượng õy hòa tan trong nước, một lượng oxy thích hợp được cung cấp cho bùn hoạt tính để phân hủy các chất hữu cơ
Từ bể Aerotank, nước thải chảy vào bể lắng, tại đó diễn ra quá trình tách bùn hoạt tính và nước thải đã xử lý Từ bể lắng, nước thải chảy vào bể chứa nước sau xử
lý, tại đây một phần nước được dẫn sang hồ cá (nếu có) phần còn lại được dẫn sang bể tiếp xúc và được khử trùng bằng dung dịch Chlorine Nước thải sau khử trùng được xả vào hệ thống thoát nước của KCN Mỹ Phước 2
Công đoạn xử lý bùn:
Bùn hoạt tính dưới đáy bể lắng được thu gom vào hố trung tâm bởi thiết bị gạt bùn Một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn trở về bể Aerotank để duy trì chức năng sinh học và giữ nồng độ bùn trong bể này ở mức cố định Lượng bùn dư sẽ được bơm vào bể nén bùn từ nồng độ 1%DS lên 2.5DS, sau đó được bơm vào thiết bị keo tụ bùn, trộn đều với polymer, sau đó toàn bộ hỗn hợp đi vào thiết bị ép bùn băng tải bánh bùn sau khi ép được đổ và thiết bị thu bùn tho và chuyển đi chôn lấp hoặc bón cây Nước dư từ bể nén bùn và máy ép bùn được thu gom và chảy về trạm bơm nước thải để tiếp tục xử lý
Khí biogas sinh ra từ bể UASB được thu gom và đốt bằng thiết bị đốt tự động đặt trên bể UASB, khi hệ thống hoạt động ổn định, lượng khí này có thể được thu hồi
để phục vụ cho việc vận hành lò hơi
Trang 1616
Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT loại A
Hình 2.4 Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller
2.2 TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC
Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là
sử dụng hiệu quả sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân hủy các chất
hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải
Ưu điểm : rẻ tiền, sản phẩm phụ của quá trình có thể tận dụng làm phân bón
(bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí methane)
2.2.1.1 Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng
17
Quá trình bùn hoạt tính là quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, chúng sống tập trung kết dính lại với nhau thành hạt bùn hoặc những bông bùn với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%), những bông bùn hay hạt bùn này còn được gọi là bùn hoạt tính có kích thước khoảng từ 50 đến 200µm, màu vàng nâu và dễ lắng Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rong rêu, tảo Những sinh vật sống trong bùn thường là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và hạ đẳng, dòi, giun, đôi khi là các ấu trùng sâu bọ, vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vi khuẩn, có thể chia làm 8 nhóm:
7 Pseudomonas- Vibrio aeromonas
8 Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micrococus
Trong nước thải các tế bào của loài Zooglea có thể sinh ra bao nhầy xung quanh
tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng và các chất gây mùi…
và phát triển các hạt bông cặn Các hạt bông cặn này khi kuấy trộn và thổi khí sẽ dần dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độc Trong bùn hoạt tính luôn có động vật nguyên sinh mà đại diện là
Sarcodina, Mastigophora, Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác Quan
hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “mồi – thú” thuộc cân bằng động chất hữu cơ – vi khuẩn – động vật nguyên sinh Khi bùn lắng xuống, hoạt tính bùn giảm gọi là “bùn già”.Hoạt tính của bùn có thể được hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và cơ chất hữu cơ Phần lớn các vi sinh vật có đều khả năng xâm chiếm, bám dính trên bề mặt vật rắn khi có cơ chất, muối khoáng và oxy tạo nên màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần nước thải từ vàng xám đến nâu tối Trên màng sinh học có chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men,
và một số đông vật nguyên sinh khác Tuy nhiên, khác với hệ quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính thành phần loài và số lượng các loài trong màng sinh học là tương đối đồng nhất công thức bùn hoạt tính thường dùng trong các tính toán là C5H7O2N Một số giống vi khuẩn chính có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi
tham gia xử lý nước thải được trình bày trong bảng 2.4
Trang 17Bảng 2.4 Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng [2]
1 Pseudomonas Phân hủy hydratcacbon, protein, các chất hữu
cơ… và khử nitrate
2 Arthrobacter Phân hủy hydratcacbon
5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysaccarit), chất keo tụ
6 Acinetobacter Tích lũy polyphosphate, khử nitrate
9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêm mao, phân hủy các chất hữu cơ
10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrate
11 Flavobacterium Phân hủy protein
12 Nitrococcus denitrificans Khử nitrate (khử nitrate thành N2)
13 Thiobaccillus denitrificans
Khử nitrate ( khử nitrate thành N2)
14 Acinetobacter
15 Hyphomicrobium
16 Desulfovibrio Khử sulfate, khử nitrate
2.2.1.2 Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám
Quá trình sinh trưởng bám dính hay còn gọi là màng sinh học cũng như những
phương pháp xử lý sinh học khác có một lịch sử lâu dài Màng sinh học bao gồm các
vi sinh vật, hạt vật chất, và các polymer ngoại bào bám dính trên các vật liệu giá thể
Các vật liệu giá thể này có thể là nhựa, đá, hoặc các vật liệu khác Đối với quá trình
sinh trưởng bám dính, cơ chất được tiêu thụ trong màng sinh học Độ dày của lớp
màng sinh học tùy thuộc vào điều kiện sinh trưởng trưởng của vi sinh vật và các điều
kiện thủy động lực học của hệ thống Một lớp phim chất lỏng (lớp khuếch tán) chia
tách màng sinh học với khối chất lỏng chảy trên bề mặt của màng sinh học hoặc được
xáo trộn bên ngoài lớp phim Cơ chất, oxy và chất dinh dưỡng khuếch tán qua các lớp
phim chất lỏng này để đến lớp màng sinh học, và các sản phẩm của quá trình phân huỷ
sinh học từ màng sinh học được đưa vào khối chất lỏng sau khi khuếch tán qua lớp phim
Bể phản ứng màng sinh học cho nhiều ưu điểm hơn các hệ thống sinh trưởng lơ lửng truyền thống.Một đặc tính quan trọng của các hệ thống màng sinh học là có khả năng chịu đựng điều kiện sốc tải Những vật liệu giá thể với khả năng hấp phụ hoặc trao đổi ion cho phép nó trở thành chất đệm nếu nồng độ của chất độc hại vượt quá khả năng chịu đựng của các vi sinh vật Hơn nữa, quá trình sinh trưởng bám dính có thể xử
lý nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp Thông thường đối với hệ thống bùn hoạt tính, nếu giá trị BOD của nước thải thấp hơn 50 – 60 mg/l, nó sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển của bùn.Tuy nhiên với các quá trình sinh trưởng bám dính thì giá trị BOD5 của nước thải có thể giảm xuống thấp từ 20 – 30 mg/l đến 5 – 10 mg/l Ngoài ra, quá trình sinh trưởng bám dính còn dễ dàng quản lý và có thể cắt giảm chi phí Hơn nữa, trong quá trình bùn hoạt tính truyền thống, MLVSS thường có thể duy trì từ 1,500 – 3,000 mg/l trong bể hiếu khí, và bùn được giữ ở trạng thái lơ lửng hoàn toàn Do đó, nếu tải trọng hoặc hoặc nồng độ chất hữu cơ được nạp vào quá cao, nó sẽ
là nguyên nhân làm vi sinh vật chết và sinh khối khối bị trôi ra ngoài hoặc làm giảm hiệu quả lắng, dẫn đến chất lượng nước đầu ra giảm Ngược lại, quá trình sinh trưởng bám dính có thể duy trì nồng độ sinh khối cao do các vi sinh vật được bám trên bề mặt của vật liệu hỗ trợ Hàm lượng MLVSS tối đa có thể đạt đến nồng độ 22,000 mg/l đến 150,000 mg/l, gấp 7 – 20 lần so với quá trình bùn hoạt tính truyền thống
Quá trình sinh trưởng bám dính có thể được chia thành hai nhóm cơ bản sau:
a Quá trình sinh trưởng bám dính không ngập nước
Lọc sinh học nhỏ giọt với lớp vật liệu đệm bằng đá sử dụng ít năng lượng, quy trình đơn giản, thông thường được sử dụng để xử lý thứ cấp từ trước những năm 1900 Khái niệm về một bộ lọc sinh học nhỏ giọt được hình thành từ việc sử dụng các bộ lọc tiếp xúc tại Anh vào cuối những năm 1890 Trong những năm 1950, giá thể bằng nhựa bắt đầu thay thế cho giá thể bằng đá tại Hoa Kỳ Việc sử dụng giá thể nhựa cho phép
xử lý tải trọng hữu cơ cao hơn, tăng chiều cao của các bể lọc nên cải thiện được diện tích bể, hiệu quả của quá trình, và làm giảm tắc nghẽn
Trong thập niên 1960, đĩa quay sinh học (RBC) được ứng dụng thực tế RBC gồm hàng loạt những đĩa tròn, phẳng làm bằng polystyre hoặc polyvinylclorua lắp trên một trục bằng thép có đường kính tới 3,5m Các đĩa được đặt ngập một phần trong nước thải (thường chiếm 30 – 40% đường kính của đĩa) và xoay tròn với vận tốc rất chậm, khoảng 1 – 3 vòng/phút Trong quá trình vận hành, các vi sinh vật sẽ sinh trưởng gắn kết trên bề mặt giá thể là và hình thành lớp màng sinh học trên bề mặt ướt
Trang 1820
của đĩa Khi đĩa quay, lần lượt làm cho lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với chất hữu cơ
trong nước thải và với không khí để hấp thụ oxy
b Quá trình sinh trưởng bám dính ngập nước
Các quá trình sinh trưởng bám dính ngập trong nước bắt đầu vào những năm
1970 và được mở rộng vào những năm 1980, như một lớp mới của quá trình sinh
trưởng bám dính hiếu khí Trong hệ thống nước thải có thể được đưa vào từ dưới lên
hoặc từ trên xuống trong bể phản ứng giá thể cố định và bể phản ứng tầng sôi.Ưu điểm
đặc biệt của hệ thống là chỉ cần diện tích nhỏ chỉ bằng một phần năm tới một phần ba
diện tích cần cho bể xử lý bùn hoạt tính
2.2.1.3 Xử lý sinh học bằng wetland
Đất ngập nước (wetland) được hiểu là phần đất có chứa nước trong đất thường
xuyên dạng bão hoà hoặc cận bão hòa Trong thiên nhiên, đất ngập nước hiện diện ở
các vùng trũng thấp như các cánh đồng lũ, đầm lầy, ao hồ, kênh rạch, ruộng nước,
vườn cây, rừng ngập nước mặn hoặc nước ngọt, các cửa sông tiếp giáp với biển, …
Tuy nhiên, việc xử lý nước thải qua đất ngập nước tự nhiên thường chậm, phải có
nhiều diện tích và khó kiểm soát quá trình xử lý
Xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo đã được áp dụng khoảng 100 năm
nay ở Mỹ và Châu Âu và gần đây nhất là ở các nước Châu Á và Châu Úc Việc nghiên
cứu kỹ thuật đất ngập nước kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt
là các côngtrình của Kadlec và Knight (1996), US-EPA (1988), Moshiri, (1993),
Kadllec et al.(2000), Solano et al (2003), Vymazal (2005), … cho thấy hiệu quả xử lý
các chất ônhiễm như nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD),
lượng oxy hòa tan (DO), tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS), đạm tổng số (TKN), tổng
Phophorous (Ptotal), tổng số Coliform, … đầu có giảm đáng kể trong nước thải
Có 2 kiểu phân loại đất ngập nước kiến tạo cơ bản theo hình thức chảy: loại
chảy tự do trên mặt đất (free surface flow) và loại chảy ngầm trong đất (subsurface
flow) Loại chảytự do thì ít tốn kém và tạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao hơn loại
chảy ngầm nhưnghiệu quả xử lý thì kém hơn, tốn diện tích đất nhiều hơn và có thể
phải giải quyết thêm vấn đề muỗi và côn trùng phát triển.Đất ngập nước kiến tạo kiểu
chảy ngầm lại phân ra hai kiểu chảy: chảy ngang (horizontal flow) và chảy thẳng đứng
(vertical flow)
Việc chọn lựa kiểu hình tùy thuộc vào địa hình và năng lượng máy bơm.Đôi khi
người ta phối hợp cả hai hình thức xử lý này
21
Nhiều loại cây trồng cho vùng đất ngập nước kiến tạo được lựa chọn để tham gia vào quá trình hấp thu các chất ô nhiễm trong nước thải, nhiều nhất là các loại cây sậy, năn, lác, cỏ Vetiver (cho loại chảy ngầm) hoặc lục bình, hoa súng, bèo các loại
Hình 2.5 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang
Hình 2.6 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng
2.2.2 Phương pháp sinh học loại bỏ nitrogen
Nitrogen trong nước thải đô thị hiện diện ờ nhiều dạng khác nhau như nitrogen hữu cơ (protein và ure) và N-NH3 Việc loại bỏ nitrogen có thể đạt được bởi 2 quá
Trang 19trình cơ bản gồm quá trình đồng hóa và quá trình nitrate hóa - khử nitrate hóa Vi sinh
vật đồng hóa N-NH3 để chuyển thành sinh khối
Đối với quá trình nitrat hóa - khử nitrate, nitrogen sẽ được loại bỏ bởi 2 quá
trình đó Trong giai đoạn đầu tiên, nitrat hóa là tiến trình sinh học trong đó N-NH3 sẽ
được chuyển hóa thành nitrite và cuối cùng là nitrate, tất cả diễn ra trong quá trình hiếu
khí Quá trình nitrat hóa diễn ra do các vi sinh vật tự dưỡng Quá trình loại bỏ nitơ
gồm 2 phản ứng, một là oxi hóa N-NH3 thành nitrit bởi vi khuẩn Nitrosomonas và từ
nitrit sang nitrat bởi vi khuẩn Nitrobacter Trong giai đoạn thứ 2, nitrat chuyển hóa
thành khí N2, quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí
Sự chuyển hóa nitrogen trong quá trình sinh học được mô tả trong hình 2.7.Hầu
hết việc xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng quá trình sinh học, đây là phương pháp có
hiệu quả và tiết kiệm trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ
Hình 2.7 Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học [8].
2.2.2.1 Quá trình khử Ammonia bằng phương pháp sinh học
Quá trình xử lý sinh học được ứng dụng trong việc khử ammonia và nitrate trong
nước thải được ứng dụng một cách rộng rãi với nhiều quy trình công nghệ xử lý ngày
càng trở nên phổ biến, từ đầu tiên là công nghệ SBR, mương oxy hóa đến những công
nghệ gần đây như ANAMMOX (Mulder, 1995), CANON (Schmidt, 2003) và
SHARON (Hellinga, 1998)
Quá trình thông thường nitơ trong nước thải được loại bỏ nhờ sự chuyển hóa của
vi khuẩn đối với các hợp chất của nitrogen như N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-,… thành nitrogen tự do nhờ quá trình nitrate hoá và khử nitrate (nitrification/denitrification) Tổng kết các quá trình chuyển hoá nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh
học được thê hiện trong bảng 2.5
Bảng 2.5 Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước
1a C5H7O2N + 4H2O 2,5CH4 +
1,5CO2 + HCO3- + NH4+
Ammonification (kị khí)
Vi khuẩn
1b
C5H7O2N + 5O2 4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O
Ammonification (hiếu khí)
Vi khuẩn
2 NH4+ + OH- NH3 + H2O Cân bằng
ammonia/ammonia
Không (quá trình vật lý)
N eutropha N.europea Nitrosospira
5 NO2- + 0,5O2 NO3- Nitratation
Nitrobacter, e.g
N agilis Nitrospira Nitrococácus Nitrosocystics
Trang 2024
6 C + 2NO3- 2NO2- + CO2 Denitratation
Denitrifying heterotrophic bacteria
Ammonia- oxidizing bacteria
Nitrifying bacteria Planctomycetales
10
NH4+ + 0,75O20,5N2 + H+ + 1,5H2O OLAND Nitrosomonas
2.2.2.2 Quá trình Nitrate hoá
Quá trình nitrate hoá là quá trình oxy hoá hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia được chuyển thành nitrite sau đó nitrite được oxy hóa thành nitrate Quá trình nitrate hoá diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter
Bước 1: Ammonia được chuyển thành nitrite bởi loài Nitrosomonas
NH4+ + 1,5 O2 NO2- + 2 H+ + H2O (2.1) Bước 2 : Nitrite được chuyển thành nitrate bởi loài Nitrobacter
NO2- +0,5 O2 NO3- (2.2) Phương trình phản ứng (2.1) và (2.2) tạo ra năng lượng Theo Painter (1970), năng lượng tạo ra từ quá trình oxy hoá ammonia khoảng 66-84 kcal/mole ammonia và
từ oxy hoá nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng năng lượng này cho sự sinh trưởng của tế bào và duy trì sự sống Tổng hợp 2 phản ứng (2.1) và (2.2) được viết lại như sau:
NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H2O (2.3)
Từ phương trình (2.3), lượng O2 tiêu thụ l 4,57gO2/gN-NH4+ bị oxy hóa, trong đó 3,43g/g sử dụng cho tạo nitrite và 1,14g/g sử dụng cho tạo nitrate, 2 đương lượng ion H+ tạo ra khi oxy hoá 1 mole ammonia, ion H+ trở lại phản ứng với 2 đương lượng ion bicarbonate trong nước thải Kết quả là 7,14 g độ kiềm CaCO3 bị tiêu thụ/g N-
NH4+ bị oxy hoá
Trang 212.2.2.3 Quá trình khử nitrate
Khử nitrate, bước thứ hai theo sau quá trình nitrate hoá, là quá trình khử
nitrate-nitrogen thành khí nitơ, nitrous oxide (N2O) hoặc nitrite oxide (NO) được thực hiện
trong môi trường thiếu khí (anoxic) và đòi hỏi một chất cho electron là chất hữu cơ
hoặc vô cơ
Hai con đường khử nitrate có thể xảy ra trong hệ thống sinh học đó là:
Đồng hóa : Con đường đồng hóa liên quan đến khử nitrate thành ammonia
sử dụng cho tổng hợp tế bào Nơi xảy ra khi ammonia không có sẵn, độc
lập với sự ức chế của oxy
Dị hoá (hay khử nitrate) : Khử nitrate bằng con đường dị hóa liên quan đến
sự khử nitrate thành oxide nitrite, oxide nitrous và nitơ
NO3- NO2- NO(g) N2O (g) N2(g)
Một số loài vi khuẩn khử nitrate được biết như: Bacillus, Pseudomonas,
Methanomonas, Paracocácus, Spirillum, v Thiobacillus, Achromobacterium,
Denitrobacillus, Micrococus, Xanthomonas (Painter 1970) Hầu hết vi khuẩn khử
nitrate là dị dưỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho quá trình tổng hợp tế bào từ các hợp
chất hữu cơ Bên cạnh đó, vẫn có một số loài tự dưỡng, chúng nhận carbon cho tổng
hợp tế bào từ các hợp chất vơ cơ Ví dụ loài Thiobacillus denitrificans oxy hoá nguyên
tố S tạo năng lượng và nhận nguồn carbon tổng hợp tế bào từ CO2 tan trong nước hay
HCO3-
Quá trình khử nitrate đòi hỏi phải cung cấp nguồn carbon Điều này có thể thực
hiện bằng một trong ba cách sau đây
Cấp nguồn carbon từ bên ngoài như methanol, nước thải đô thị hoặc acetate
Sử dụng BOD của chính nước thải làm nguồn carbon, thực hiện bằng cách
Tuần hoàn lại phần lớn nước sau khi đã nitrate hoá đến vùng thiếu khí ở
vị trí đầu công trình
Dẫn một phần nước thải thô đầu vào hay đầu ra sau xử lí sơ bộ vào vùng
chứa nitrate
Sử dụng nguồn carbon của chính tế bào do quá trình hô hấp nội sinh
Độ kiềm sinh ra được tính từ cân bằng phản ứng sau (Mc.Carty, 1969)
NO3
+ 1,08 CH3OH + 0,24 H2CO3 0,065 C5H7O2N+ 0,47 N2 + 1,44H2O + 0,76CO2 + OH
-Do đó, độ kiềm sinh ra 3,57mg CaCO3/mgNO3− bị khử khi gNO3− được sử dụng cho
tổng hợp tế bào Trong nước thải có sẵn ammonia thì độ kiềm sinh ra ít hơn do một
phần nitrate chuyển thành ammonia cho tổng hợp tế bào được thay thế bởi ammonia có sẵn ( 2,9-3g CaCO3/g gNO3−bị khử)
2.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR 2.3.1 Giới thiệu về công nghệ MBBR
MBBR có thể được thiết kế cho các cơ sở mới để loại bỏ BOD/COD hoặc loại bỏ nitrogen từ các dòng nước thải Hiện tại các nhà máy áp dụng công nghệ bùn hoạt tính có thể được nâng cấp để có thể khử nitrogen và phosphorus hoặc BOD/COD ở lưu lượng lớn Các vi khuẩn nuôi cấy tiêu hóa các chất hữu cơ hòa tan, từng bước trưởng thành trong môi trường đó
MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm) Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng Những giá thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nước thải
Hình 2.8 Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR
Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học Bể MBBR hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể Đây là quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá mang mà những giá mang này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng được đặt ở cửa ra của bể Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống như các phương pháp xử lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử
Hình 2.8b Anoxic reactor Hình 2.8a Aerobic
reactor
Trang 2228
lý bằng phương pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng được tạo ra
trong quá trình xử lý Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí
Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuyếch
tán của những bọt khí có kích thước trung bình được từ máy thổi Trong khí đó ở bể
thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng
cánh khuấy Hầu hết các bể MBBR được thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lưới chắn ở
cửa ra, ngày nay người ta thường thiết kế lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng
đứng hay nằm ngang
2.3.2 Giá thể di động
Bảng 2.6 Thông số các loại giá thể Anox Kaldnes
STT Loại giá thể Chất liệu Kích thước
(DxL)
Diện tích hữu dụng (m2/m3)
Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng
biofilm dính bám trên bề mặt Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề
mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofim dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều
kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước
Kaldnes Miljϕteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và
kích thước khác nhau Tùy thuộc vào đặc tính quá trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải
và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau Hiện tại trên thị
trường thì có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2,K3, Natrix và Biofin Chip M Thông số
các loại giá thể được trình bày ở bảng 2.6
29
Hình 2.9 Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O
Tất cả các giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nước, tuy nhiên mỗi loại giá thể có tỷ trọng khác nhau Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử lý này là mật độ giá thể trong bể, để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá thể tối đa trong bể MBBR nhỏ hơn 67% Trong mỗi quá trình xử lý bằng màng sinh học thì sự khuyếch tán của chất dinh dưỡng (chất ô nhiễm) ở trong và ngoài lớp màng
là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Chiều dày của lớp màng trên giá thể động thông thường phải nhỏ hơn 10m, điều này có nghĩa là chiều dày của lớp màng rất mỏng để các chất dinh dưởng khuếch tán vào
bề mặt của lớp màng Để đạt được điều này độ xáo trộn của giá thể trong bể là nhân tố rất quan trọng để có thể di chuyển các chất dinh dưỡng lên bề mặt của màng và đảm bảo chiều dày của lớp màng trên giá thể mỏng
Những nghiên cứu khác nhau đã chứng minh rằng nồng độ sinh khối trên một đơn vị thể tích của bể là 3 – 4 kg SS/m3, giống như quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính
lơ lửng Vì vậy, tải trọng thể tích của bể lớn do sinh khối hình thành trên lớp màng biofilm cao
Trang 23Hiện tượng bào mòn các giá thể động xảy ra khi các giá thể chuyển động trong bể lớn,
các giá thể va chạm vào nhau, làm cho lớp màng hình thành trong giá thể dễ bong tróc
và giảm hiệu quả của quá trình xử lý
Hình 2.10 Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong
2.3.3 Lớp màng biofilm
Lớp màng biofim là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể
Chủng loại vi sinh vật trong màng biofilm tương tự như đối với hệ thống xử lý bùn
hoạt tính lơ lửng Hầu hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dưỡng (chúng
sử dụng cacbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế
Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng oxy hòa tan trong hỗn hợp nước thải, nếu oxy
hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitrit/Nitrat như là chất nhận
điện tử Tại bề mặt của màng biofilm và lớp chất lỏng ứ động để phân lập lớp màng
biofilm với chất lỏng được xáo trộn trong bể phản ứng Chất dinh dưỡng và oxy
khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ động từ hỗn hợp chất lỏng xáo trộn trong bể MBBR tới
lớp màng biofilm Trong khi chất dinh dưỡng và oxy khuếch tán thông qua lớp ứ đọng
tới lớp màng biofilm, sự phân hủy sinh học sản xuất ra những sản phẩm khuếch tán từ
lớp màng biofilm tới hỗn hợp chất lỏng được xáo trộn trong bể MBBR Quá trình
khuếch tán vào và ra lớp màng biofilm vẫn tiếp tục xảy ra Khi các vi sinh vật phát
triển, sinh khối phát triển và ngày càng dày đặc Bề dày của sinh khối ảnh hưởng đến
hiệu quả hòa tàn oxy và chất bề mặt trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật
Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của lớp màng biofilm là lối vào đầu tiên để
oxy hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua màng biofilm Khi oxy hòa tan và chất bề
mặt khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau so với lớp ngoài cùng của màng biofilm thì
Hình 2.11 Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1
Những hoạt động vi sinh vật khác nhau xảy ra trong mỗi lớp màng này vì những
vi sinh vật đặc trưng phát triển trong những môi trường khác nhau trên biofilm Ví dụ như các vi sinh vật trong mỗi lớp màng biofilm sẽ có một mật độ thích hợp nhất đối với môi trường oxy hoặc cơ chất trong lớp màng này Ở lớp màng phía trên của màng biofilm khi nồng độ oxy hóa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lượng vi sinh vật hiếu khí sẽ chiếm ưu thế Ở lớp biofilm ở sâu hơn khi nồng độ oxy và cơ chất giảm thì những vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế hơn những vi sinh vật khác Trong những lớp này, quá trình Nitrat hoát xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh vật tùy tiện Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt giá thể sẽ bị ảnh hưởng bởi sự khuyếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng Khi những vi sinh vật dính bám trên lớp màng biofilm ban đầu yếu thì hoạt động xáo trộn những giá thể đó sẽ bị rửa trôi lớp màng biofilm ra khỏi giá thể
Trang 24l Nồng độ chất nền lớp bùn hoạt tính bám dính trên giá thể
Hình 2.12 Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR
2.4.4.1 Giá thể
Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể xử lý dẫn
đến thể tích bể nhỏ Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 –
4000 gTSS/m3, tương tự với những giá trị có được trong quá trình bùn hoạt tính với
tuổi bùn cao Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp
vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR
cao hơn nhiều
Mật độ của các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong
bể, với 67% là giá trị đặc trưng Tuy nhiên mật độ của giá thể được yêu cầu dựa trên
đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể Thường được sử dụng giá trị thấp hơn
67%
2.4.4.2 Độ xáo trộn
Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn
trong bể xử lý Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ
thống Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ
chất và oxy đến bề mặt biofilm Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không được
mong đợi đối với hệ thống Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những sinh khối
dư và duy trì độ dày thích hợp cho biofilm Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet
đối với việc xử lý cơ chất luôn được ưu tiên Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trì vận
tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra
khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý Thêm vào đó,
sự va chạm và sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi
số lượng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate
Hình 2.13 Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể
2.4.4.3 Tải trọng thể tích
Vì sự không thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên
bề mặt của giá mang, người ta đưa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay
vì diện tích bề mặt giá thể Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ
Môi trường lớp gai bên ngoài
Môi trường lớp biofilm bên trong
Trang 25thống được so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng
để xử lý
Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tương đương 4 – 5 kgBOD7 /m3.ngày đến
12-15 kgBOD7 /m3.ngày ở mức 67% giá mang được lấp đầy (cung cấp 335 m2 diện
tích bề mặt giá thể trên m3 thể tích bể phản ứng)
2.3.5 Ứng dụng công nghệ MBBR [17]
2.3.5.1 Vị trí của hệ MBBR trong hệ thống
Hình 2.14 Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen
Hình 2.15 Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nước sau khi qua MBBR
Tùy thuộc vào yếu tố bên ngoài như loại nước thải, yêu cầu đầu ra mà ta có thể kết hợp hệ MBBR với các hệ xử lý khác để đạt yêu cầu mong muốn:
MBBR – settling: hệ MBBR kết hợp với một hệ lắng tiếp sau để tách bùn ra khỏi nước, bùn này có thể là dạng bùn lơ lửng hoặc lớp bong tróc từ màng trên giá thể Đây là quy trình truyền thống sử dụng MBBR
MBBR – coag./settling (also Actiflo): là hệ MBBR nối tiếp với hệ keo tụ và sau đó là hoặc lắng để tách bùn dạng lắng được hoặc tuyển nổi để tách bùn dạng tỉ trọng thấp So với quy trình truyền thống trên thì quy trình này đòi hỏi hóa chất
và cả năng lượng nếu tuyển nổi nhưng bù lại có thể áp dụng cho dạng ô nhiễm cao và đòi hỏi chất lượng nước ra ngay sau hệ lắng tốt
MBBR – media filtration: đây là quy trình áp dụng cho nước sau MBBR có hàm lượng SS không quá cao và chất lượng nước đầu ra đạt tốt hơn hệ keo tụ - lắng/tuyển nổi Để đảm bảo hiệu quả lọc, ở đây có thể sử dụng thêm hóa chất trợ lọc Lọc ở đây có thể áp dụng lọc trọng lực, lọc áp lực, lọc nhanh
MBBR – microscreening (i.e Disc filtration): quy trình áp dụng lược tinh để tách SS ra khỏi nước sau hệ MBBR Hệ này muốn ổn định vẫn phải cung cấp hóa chất trợ lọc
Trang 2636
MBBR – Membrane filtration: sau hệ MBBR là hệ lọc màng để tách SS ra khỏi
nước, tương tụ như hai hệ trên, nó vẫn phải cung cấp hóa chất trợ lọc Hệ này ít
dược phổ biến ở Việt Nam do điều kiện vận hành còn nhiều khuyết điểm chưa
đáp ứng được
2.3.5.1 Hệ MBBR để khử BOD, P
Hình 2.16 Công nghệ MBBR xử lý hữu cơ
Trong dây chuyền a) là công nghệ truyền thống có thể đáp ứng mức nồng độ
trung bình Nước sau lắng 1 tiếp tục qua hai bể MBBR và qua lắng 2 Ở đây, bển
MBBR có thể là thiết kế ban đầu hoặc từ thiết kế Aerotank đổ thêm giá thể thành
MBBR để đáp ứng được công suất nâng cấp Thiết kế này không nhất thiết có dòng
tuần hoàn bùn do lượng bùn sinh ra thấp, chủ yếu phát triển bám dính thành màng trên
giá thể và bong tróc ra khi lớp màng quá dày hoặc vi sinh chết
Trong sơ đồ b), bể MBBR đóng vai trò tiền xử lý cho bể Aerotank, khi đó thiết
kế vẫn là dạng cổ điển nghĩa là vẫn phải tuần hoàn bùn cho Aerotank và MBBR là quá
trình giảm tải, hệ vi sinh bám dính sẽ là bước tiền xử lý sinh học cho hệ vi sinh lơ
lửng Công nghệ này có thể đáp ứng tải lượng cao
Hình 2.17 Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và phosphorus
Sơ đồ c) là kết hợp giữa công nghệ truyền thống và hệ keo tụ phía sau trước khi
lắng nhằm xử lý hóa lý lượng photpho tồn dư sau xử lý sinh học, lượng bùn sinh học
Pure MBBR-processes for BOD-removal
Bảng 2.7 Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước [13]
STT Chỉ tiêu (mg/l) Nồng độ đầu vào Hiệu suất (%)
và khi tăng dần liều lượng phèn châm vào từ thấp đến cao thì hiệu quả khử P tăng dần
mà không ảnh hưởng tới hiệu quả khử BOD và nito Hiệu quả khử P khi đó có thể đạt 90% [14]
Trang 27Hình 2.18 Quy trình xử lý BOD và chất dinh dưỡng
Đối với việc khử nitrogen, tất cả các công trình phổ biến và đạt hiệu quả kinh tế
khi hệ thống thiết kế qua hai bước nitrat hóa và khử nitrat Nitrat hóa là quá trình
chuyển hóa ammonia và nitrogen hữu cơ thành dạng hợp chất nittrogen với oxi như
nitrit, nitrat và quá trình khử nitrat xảy ra khi chuyển các dạng oxi hóa trên thành khí
nitơ thông qua các dạng khí NO, N2O, và biến thành N2 Cả ba dạng khí trên đều có
thể giải phóng vào không khí Quá trình nitrat hóa và khử nitrat thường xảy ra ở hai bể
phản ứng khác nhau do nitrat hóa xảy ra ở điều kiện hiếu khí do vi khuẩn nitrosomonas
còn quá trình khử nitrat thường xảy ra ở điều kiện thiếu oxi do vi khuẩn nitrobacter
2.3.5.3 Sơ đồ ứng dụng MBBR thương mại của Kaldnes:
Hình 2.19 AnoxKaldnes TM – bể MBBR độc lập
Công nghệ AnoxKaldnesTM chỉ với một hệ MBBR rất nhỏ gọn, dễ vận hành và
đạt hiệu suất cao trong việc xử lý BOD, ammonia và nito
Hình 2.20 Hybas TM – quy trình kết hợp
Quy trình kết hợp HybasTM kết hợp ưu điểm của cả quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học trong cùng một bể phản ứng Quá trình nitrat hóa xảy ra chủ yếu trong màng sinh học Quy trình này có hiệu quả tăng vượt trội so với hệ bùn hoạt tính thông thường, thích hợp để nâng cấp hệ thống nhằm tăng công suất, tăng cường quá trình nitrat hóa và xử lý nito trong cùng một thể tích xử lý Bên cạnh đó, quy trình này cũng đã bao gồm quá trình xử lý sinh học khử photpho
Hình 2.21 LagoonGuard TM – quy trình hồ sinh học
Quy trình sinh học LagoonGuardTM là bước xử lý sử dụng màng sinh học được
bổ sung vào sau các bước xử lý tại các hồ sinh học để nâng cao hiệu suất xử lý ammonia và COD Nâng cấp theo dạng này có lợi điểm là dễ dàng, kinh tế, nhỏ gọn và
Trang 2840
2.5 NHỮNG THUẬN LỢI VÀ HẠN CHẾ CỦA CÔNG NGHỆ MBBR 2.5.1 Thuận lợi
Giảm chi phí hoạt động, tự động, dễ vận hành và bảo trì
Đáp ứng nhiều mức độ công suất:
Công trình lớn từ 10000 m3/ngày – 150000 m3/ngày
Công trình nhỏ từ 40 m3/ngày – 600 m3/ngày
Có thể hoạt động ở nhiệt độ môi trường hạ thấp (gần 50C)
Vật liệu làm giá thể: bền, nhỏ gọn, dễ sử dụng
Cách vận hành đơn giản, gần giống như quá trình bùn hoạt tính thông thường
Dễ dàng nâng cấp, thích hợp cho việc cải tạo hệ thống cũ
Nâng cao hiệu quả xử lý dinh dưỡng (N, P)
Ổn định theo biến tải
Phát sinh bùn ít
Hiệu quả xử lý cao
Bảng 2.8 So sánh thông số thiết kế của MBBR với các công nghệ khác [16]
Thông số Thổi khí kéo dài Bùn hoạt tính SBR MBBR Tải trọng thể tích
2.5.2 Hạn chế
Còn khá mới mẻ tại Việt Nam, đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm
Có thể xảy ra quá trình nổi bùn phía sau hệ MBBR theo chu kỳ thay màng sinh học dẫn đến hiệu quả lắng giảm
2.4 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR 2.4.1 Hệ thống xử lý nước thải khu tự trị Sharjah [17]
Thông số thiết kế liên quan:
Dòng vào
41
Đối với thiết kế để khử chất hữu cơ
Tải trọng bề mặt: gBOD/m2 ngày
Cao tải: 10 – 12 gBOD/m2 ngày
Trung bình: 4 – 8 gBOD/m2 ngày
Thấp tải: < 4 gBOD/m2 ngày
Diện tích bề mặt riêng hữu dụng: 500 – 1200 m2/m3 tùy thuộc loại giá thể
Thể tích chiếm chỗ của giá thể trong bể phản ứng: 10 – 70 % (thông thường 50 – 65%)
Tải trọng bề mặt theo nhiệt độ [9]: SALRT = SALR10xK(T-10)
* 0.8 mm
* HRT: 15 – 45 phút
* 20-25 g CODfiltered/m2d (15-20 g BOD5 filtered/m2d)
* 65-85 g CODtot/m2d
* HRT: 5-10 phút
* 5 mg polym/g
SS + 35 mg Fe/g SS
* HRT: 20-25 phút
* vf = 5-15 m/h
Trang 29Chạy vận hành: 2008
Nội dung: Hệ thống xử lý nước thải của khu tự trị Sharjah cần nâng cấp công
suất và yêu cầu đầu ra nhưng không tăng diện tích, bên cạnh đó phải vận hành trong hệ
thống trong suốt quá trình xây dựng
Giải pháp: Tiếp hợp công nghệ của AnoxKaldnes Sử dụng quy trình KaldnesTM
MBBR làm quá trình xử lý sơ bộ làm giảm bớt tải lượng hữu cơ và dùng quy trình
HybasTM để tăng khả năng nitrat hóa, từ đó nâng công suất của công nghệ bùn hoạt
tính hiện tại từ 37,000m3/ngày thành 53,000m3/ngày
Thiết kế:
Công suất: 53000 m3/ngày
Công suất cực đại: 1000l/s
Tải lượng: 15900 kgBOD5/ngày, 3180 kgTN/ngày
Yêu cầu đầu ra:
BOD5: 10 mg/l
TSS: 10 mg/l
N-NH3: 1 mg/l
Bảng 2.10 Thông số thiết kế hệ thống xử lý nước thải Sharjah
KaldnesTM MBBR Bùn hoạt tính HybasTM
Thể tích chiếm chỗ của giá thể
Tải trọng thể tích 32 gBOD5/m3 ngày - -
Lưu lượng cấp khí 15400 m3/h 17100 m3/h 18300 m3/h
Hình 2.24 Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và photpho
Phần đầu của hệ thống xử lý được duy trì và đổ giá thể vào để trở thành bể phản ứng KaldnesTM MBBR và phần sau của hệ thống là quá trình bùn hoạt tính, nay được phân làm hai phần, phần đầu vẫn là bùn hoạt tính và phần sau trở thành hệ HybasTM để tăng cường quá trình nitrat hóa
Kết hợp trên làm tăng hiệu quả chi phí trong khi hệ lắng hiện hữu vẫn có thể đáp ứng công suất tăng cao nhờ cải thiện đặc tính của bùn
Bảng 2.11 Kết quả thí nghiệm của hệ thống xử lý nước thải khu tự trị Sharjah
Kết quả thí nghiệm từ tháng 11/2008 đến tháng 01/2009 Thông số Hiệu suất trung bình (%) Nồng độ trung bình đầu ra (mg/l)
Trang 3044
2.4.2 Hệ thống xử lý nước thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa
Địa điểm: đường Nguyễn Hữu Thọ, phường Phước Trung, thị xã Bà Rịa, tỉnh
Bà Rịa –Vũng Tàu
Công suất: 50 m3/ngày.đêm
Bắt đầu hoạt động: tháng 12/2010
Hình 2.25 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa
Nước thải sinh hoạt từ các khu vực trong hệ thống Co.op Mart Bà Rịa sau khi đi
qua lược rác thô để loại bỏ các chất bẩn có kích thước lớn, sẽ được tập trung vào trạm
bơm nước thải Từ đây, nước thải sẽ được bơm qua thiết bị lược rác tinh để loại bỏ các
cặn rác có kích thước nhỏ hơn 2mm trước khi vào bể tách dầu Tại bể tách dầu, dầu mỡ
sẽ nổi lên trên bề mặt và được tách ra do sự chênh lệch tỉ trọng Nước thải sau đó sẽ chảy qua bể điều hòa
Trong bể điều hòa, sau thời gian lưu, nước thải được điều hòa về lưu lượng và nồng độ đầu ra Không khí được cung cấp liên tục làm cho nước thải được xáo trộn đều và oxy hóa một phần các chất ô nhiễm Từ bể điều hòa, nước thải được bơm lên bể anoxic
Bể Anoxic ứng dụng quá trình sinh trưởng của vi sinh vật trong điều kiện thiếu khí bám dính (giá thể lơ lửng K3-AnoxKaldnes) để phân hủy và chuyển hóa các liên kết nitơ có trong nước thải bằng quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa Sau đó, nước thải tiếp tục đi qua bể xử lý sinh học MBBR hiếu khí với giá thể lơ lửng K3
Bể MBBR là công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính hiếu khí bám dính, dạng khuấy trộn liên tục để xử lý chất hữu cơ Nguyên tắc hoạt động của bể MBBR là ứng dụng quá trình sinh trưởng của màng vi sinh vật hiếu khí bám dính trên giá thể di động – dưới tác động của oxy được cấp từ máy thổi khí và được khuếch tán vào trong nước thải nhờ hệ thống đĩa phân phối khí dạng bọt mịn – sẽ giúp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy các chất hữu cơ, chuyển hóa chúng thành CO2, H2O, các sản phẩm vô cơ và các tế bào sinh vật mới
Tại bể này, do hàm lượng N-NH3 đầu vào cao sẽ làm giảm pH do quá trình Nitrat hóa Do đó hệ chỉnh pH bằng hóa chất được thiết kế châm vào bể này để đảm bảo hiệu quả xử lý đạt tiêu chuẩn thải
Từ bể Aerotank, một phần nước thải được bơm tuần hoàn về bể Anoxic để tăng cường hiệu quả xử lý nitơ, phần nước thải còn lại chảy vào bể lắng
Hàm lượng P cao trong hệ thống không thể xử lý triệt để bằng quá trình sinh học nên đầu vào bể lắng sẽ bố trí thiết bị trộn tĩnh châm PAC keo tụ lượng P này lắng cùng với bùn sinh học Bùn lắng được bơm tuần hoàn về bể Anoxic để bổ sung lượng
vi sinh bị thiếu hụt còn lượng bùn dư được bơm sang bể chứa và nén bùn sinh học Nước thải sau khi qua bể lắng sẽ được cho qua bể khử trùng để khử trùng bằng dung dịch Javel 10% trước khi xả ra môi trường
Nước sau xử lý đạt quy chuẩn QCVN 14:2008, cột B
Trang 31a) Lưới chặn giá thể và thiết bị trộn tĩnh b) Máy thổi khí Anlet – Nhật
Hình 2.26 Lưới chặn giá thể, thiết bị trộn tĩnh và máy thổi khí trong hệ MBBR
Công tác xử lý bùn và dầu mỡ:
Phần bùn ở bể lắng – B06 được bơm về bể chứa bùn Tại bể này, bùn phân hủy
nhờ quá trình phân hủy kỵ khí Phần bùn đã ổn định ở đáy bể sẽ được thu gom định kỳ
bằng xe hút bùn và thải bỏ đúng nơi quy định (có thể dùng bùn này để bón cây)
Dầu mỡ tích tụ trên bề mặt bể tách dầu sẽ được hút định kỳ ra ngoài xử lý
Hình 2.27 Giá thể K3 – Anox Kaldnes trước khi cho vào bể MBBR
2.4.2 Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sapporo Việt Nam
Công ty TNHH Sapporo Việt Nam – Nhà máy bia Long An
Địa điểm: Khu công nghiệp Việt Hóa – Đức Hòa 3, Đức Hòa, Long An
Công suất thiết kế hệ thống xử lý nước thải giai đoạn 1 – 2: 1800m3/ngày.đêm
Bồn lọc cát
Bể khử trùng
Thiết bị trao đổi nhiệt
& Tháp giải nhiệt
Cấp khí
Chôn lấp hoặc sử dụng làm phân bón
NaOCl
Bể chứa nước cấp lọc
Bể chứa nước rửa ngược
Cấp khí
Cấp khí
Trang 3248
Trạm bơm:
Nước thải sau khi qua lược rác thô loại bỏ cặn rác có kích thước lớn hơn 10mm
sẽ tập trung trong trạm bơm và được bơm lên thiết bị lược rác tinh loại bỏ cặn rác có
kích thước lớn hơn 2mm để vào bể cân bằng
Bể cân bằng
Nước thải trong bể được khuấy trộn và sục khí để tránh tình trạng lắng cặn và
phản úng sinh mùi, bên cạnh đó, cũng làm khử một phần hợp chất hữu cơ Sau đó,
nước thải được bơm tiếp lên thiết bị tuyển nổi siêu nông
Trong trường hợp nhiệt độ của nước thải lớn hơn giá trị thiết kế thì nước thải sẽ
được bơm qua tháp giải nhiệt truosc khi đi vào bể tuyển nổi siêu nông
Bể tuyển nổi siêu nông - DAF (Dissolving-air floating)
Hệ được thiết kế để loại bỏ các chất lơ lửng trước khi vào các hệ xử lý sinh học
tiếp theo, đặc biệt sẽ là một thành phần hữu hiệu loại bỏ các cặn rác vào và tích trữ bên
trong bể UASB Chất rắn lơ lửng đi qua thiết bị sẽ được loại bỏ bằng khí hòa tan và
những chất rắn nặng sẽ được lắng và xả qua đường xả đáy của thiết bị vào bể chứa bùn
Nước thải sau tiếp theo sẽ vào bồn cân bằng pH
Bồn cân bằng pH
HCl/NaOH sẽ được châm và bồn để cân bằng giá trị pH ổn định trước khi vào
bể UASB
Bể UASB (Upflow anaerobic sludge-blanket)
Bể được thiết kế để khử 80 – 85% COD/BOD Nước thải được phân phối vào
đáy bể đi ngược lên trên thông qua lớp bùn sinh học kị khí Trong điều kiện kỵ khí, các
chất hữu cơ sẽ bị phân hủy sinh học thành khí CH4, CO2 và nước Sau đó, nước thải
tiếp tục đi qua bể MBBR
Bể MBBR (Moving bed biofilm reactor)
Bể MBBR có chức năng khử COD/BOD và TN Thiết kế ở giai đoạn hiện tại
chỉ đáp ứng cho mục đích khử COD/BOD Khí được phân phối qua hệ thống ống đục
lỗ vào bể, vừa cung cấp DO cho quá trình phân hủy sinh học, vừa làm xáo trộn các giá
thể K3 –AnoxKaldnes giúp cho việc tiếp xúc giữa cơ chất và màng vi sinh được tốt
Phản ứng xảy ra theo phương trình sau: