Các phương pháp xử lý bùn

Các phương pháp xử lý bùn MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI .2 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 ĐẶC TÍNH CỦA BÙN THẢI 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Thành phần bùn thải Bảng Thành phần hóa học cặn nước thải (%) 1.3 NGUỒN GỐC PHÁT SINH CHƯƠNG .7 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN Hình 1.Các phương pháp xử lý bùn cặn .7 2.1.1 Lược bỏ tạp chất khô 2.1.2 Làm đặc 2.1.3 Tách nước 2.1.4 Tạo điều kiện thích hợp 2.1.5 Ổn định bùn cặn .8 Bảng Thành phần bùn thải kỵ khí 2.2 ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ ĐỂ XỬ LÝ BÙN 11 2.2.1 Các giai đoạn lên men kỵ khí 11 Hình Qúa trình phân hủy chất hữu điều kiện kỵ khí .11 2.2.2 Sản phẩm trình phân hủy sinh học kỵ khí 13 Bảng Thành phần biogas 13 2.2.3 Vi sinh vật trình lên men kỵ khí 13 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men kỵ khí 14 CHƯƠNG 17 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN 17 3.1 BỂ TỰ HOẠI 17 3.1.1 Cấu tạo 17 Hình Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại 17 3.1.2 Nguyên tắc hoạt động 17 3.2 BỂ LẮNG HAI VỎ .18 3.2.1 Cấu tạo 18 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 18 Hình Sơ đồ cấu tạo bể lắng vỏ 19 3 BỂ MÊTAN - BIOGAS .19 3.3.1 Cấu tạo 19 Hình Sơ đồ cấu tạo bể Mêtan 20 3.3.2 Nguyên tắc hoạt động 20 3.4 BỂ NÉN BÙN DÒNG CHẢY NGƯỢC (UASB) 21 3.4.1 Cấu tạo 21 3.4.2 Nguyên lý hoạt động 21 Hình Sơ đồ cấu tạo bể UASB 21 3.5 CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ KHÁC 21 3.5.1 Bể nén bùn 21 3.5.2 Thiết bị lọc ép bùn 22 Hình Thiết bị lọc ép bùn 22 3.5.3 Thiết bị lọc chân không 22 Hình Sân phơi bùn 23 Các phương pháp xử lý bùn 3.5.5 Thiết bị sấy khô bùn: có rất nhiều thiết bị làm khô được phát triển để làm khô nhiều loại sản phẩm/nguyên liệu khác bao gồm cả bùn thải thiết bị làm khô trống quay, thiết bị làm khô Flash (FD), thiết bị làm khô tầng sôi (FBD), thiết bị sấy khô băng chuyền… Các thiết bị này đều dùng không khí khô để làm bay hơi ẩm bùn thải Trong thiết bị làm khô trống quay, bùn thải di chuyển từ đầu đến cuối thiết bị sự kết hợp tác động của dòng khí, trọng lực, độ uốn bên thiết bị, tốc độ quay và độ dốc của thành thiết bị .23 Hình Thiết bị sấy khô bùn 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nước đã đẩy nhanh tốc độ phát triển kinh tế đưa nước ta từ nước kém phát triển lên nước phát triển Song mặt trái của nó đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường cụ thể làm suy giảm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, suy thoái và ô nhiễm môi trường Trong đó ô nhiễm nguồn tài nguyên nước vấn đề quan tâm hàng đầu nguyên nhân chủ yếu nước thải chưa xử lý xử lý không triệt để trước xả thải vào nguồn tiếp nhận gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, sức khỏe người Do đó, công nghệ xử lý nước thải đô thị công nghiệp ngày hoàn thiện áp dụng cách rộng rãi để đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế phải đôi với bảo vệ môi trường Cùng với trình xử lý lại tạo hai sản phẩm: nước chất huyền phù nước xem bùn thải Bùn thải phát sinh từ trình xử lý nước thải phải ưu tiên xử lý trước thải bỏ để giảm mùi hôi thối, giảm thiểu mầm bệnh giảm độ ẩm để thuận lợi cho việc vận chuyển sử dụng và thải bỏ bùn cặn Việc xử lý bùn thải mang lại lợi ích kinh tế môi trường bùn thải có chứa lượng đáng kể chất hữu nguyên tố vô có giá trị nguồn tài nguyên Nếu xử lý thích hợp sử dụng hiệu phân bón, chất bổ sung cho đất sản phẩm có ích khác… Tuy nhiên, trình xử lý bùn thải gặp không trở ngại lượng bùn thải lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm cao, giá thành xử lý bùn thải công nghệ xử lý nước thải tốn không thực Trong chuyên đề nhóm thực hiện: “ Các phương pháp xử lý bùn” hệ thống lại cách chi tiết phương pháp dùng để xử lý bùn Trong đó, đặc biệt trọng đến phương pháp ổn định bùn cặn mặt phân hủy sinh học kỵ khí Và một số công trình chính xử lý bùn cặn đặc biệt là bể mê tan được xem là công trình xử lý bùn hiệu quả nhất hiện Chuyên đề trình bày qua mục sau: - Tổng quan về bùn cặn nước thải Các phương pháp xử lý bùn - Tổng quan về phương pháp xử lý bùn cặn: - Các công trình xử lý bùn cặn 1.2 ĐẶC TÍNH CỦA BÙN THẢI Đặc tính bùn thải sinh từ nguồn sơ cấp, thứ cấp cung cấp thông tin tính chất chúng thể qua thông số vật lý, hóa học sinh học làm tiền đề quan trọng cho việc lựa chọn phương pháp xử lý quản lý bùn thải 1.2.1 Khái niệm Bùn thải: loại bùn cặn sinh trình vận hành nhà máy xử lý nước thải 1.2.2 Thành phần bùn thải Thành phần bùn thải phụ thuộc chủ yếu vào công trình xử lý công nghệ xử lý tương ứng Thành phần bùn thải gồm: - Cặn tươi từ bể lắng đợt I - Màng vi sinh vật/Bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt II - Rác nghiền nhỏ: lượng rác nghiền nhỏ xử lý với cặn trở lại song chắn rác - Các loại cặn bể tiếp xúc, cặn không xử lý chung mà đem sân phơi bùn, nén cặn… - Các lắng từ quá trình keo tụ – khử màu,… - Các chất cặn hữu chiếm từ 60-80% chất hữu cặn tổng cộng Thành phần hóa học cặn nước thải trình bày qua bảng theo đơn vị tính % Bảng Thành phần hóa học cặn nước thải (%) Các phương pháp xử lý bùn Loại cặn Chất không tro N P2O5 K2 O Chất béo HC E.coli Cặn tươi 72-90 2-3 0,6-1,7 0,2 14-17 20-30 107 – 108 Bùn hoạt tính 65-75 3,4 2,3 0,4 2,6 4-7 4.106 – 3.107 Màng vi sinh 65-75 5,5 3,1 - - - 1.3 NGUỒN GỐC PHÁT SINH Qúa trình xử lý nước thải đô thị công nghiệp sản sinh loại bùn cặn khác nhau: - Bùn cặn vật lý: phát sinh từ bể lắng cát gồm chất vô chủ yếu cát, thủy tinh…và thường làm nước sân phơi cát thiết bị làm nước để đạt độ ẩm thích hợp trước vận chuyển đến nơi cần thiết - Bùn cặn hóa lý: phát sinh từ bể lắng sơ cấp loại bùn tạo thành từ bể lắng thứ cấp (bể lắng đợt 1) thường gọi cặn tươi (hay bùn tươi) gồm chủ yếu chất hữu Loại bùn chứa từ 3-8% chất rắn, có độ ẩm từ 9395% Cặn tươi dễ bị phân hủy sinh học, gây mùi hôi thối đặc trưng, cần thiết phải xử lý chúng - Bùn cặn sinh học: phát sinh từ bể lắng thứ cấp loại bùn tạo thành từ bể lắng thứ cấp (bể lắng đợt 2) Trong trường hợp bể lắng thứ cấp sau bể bùn hoạt tính (bể arotank) bùn cặn gọi bùn hoạt tính Loại bùn chứa từ 0,5-2% chất rắn, có độ ẩm cao đến 99,9% Trong trường hợp sau bể lọc sinh học bùn cặn gọi màng sinh học (hay màng vi sinh vật) có chứa đến 5% chất rắn độ ẩm vào khoảng 94-96% - Ngoài có loại bùn cặn khác như: bùn từ bể tiếp xúc khử trùng, bùn cặn từ trình xử lý bậc cao sau xử lý thứ cấp trình keo tụ tạo lắng Các phương pháp xử lý bùn CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN Các phương pháp xử lý bùn cặn trình bày tóm tắt qua sơ đồ minh họa hình Giảm thể tích Bùn Cô đặc bùn (Trọng lực, ly tâm, tuyển nổi) Tạo điều kiện thích hợp Loại bỏ nước Bãi chôn lấp hợp vệ sinh Ổn định (Phân hủy yếm khí, hiếu khí,compost) Tạo điều kiện thích hợp Loại bỏ nước Vùi vào đất Hình 1.Các phương pháp xử lý bùn cặn 2.1.1 Lược bỏ tạp chất khô Bùn cặn khô lược bỏ tạp chất thô để tránh gây tắc nghẽn đường ống máy bơm làm cản trở công tác quản lý vận hành 2.1.2 Làm đặc Làm cô đặc bùn hay nén bùn với mục đích tăng nồng độ chất rắn bùn (đối với bùn sơ cấp sau nén tăng nồng độ chất rắn lên đến 12%), đồng thời làm giảm độ ẩm Bể nén bùn có hình dạng bể lắng, tuyển ly tâm Qúa trình làm cô đặc bùn giảm chi phí vận chuyển bùn đến công trình xử lý bùn cặn 2.1.3 Tách nước Tách nước hay loại bỏ nước bùn biện pháp như: lọc ép giới hay sử dụng sân phơi bùn Trong đó, phương pháp lọc ép phổ biến thiết bị lọc ép sử dụng màng lọc hay vải lọc Phương pháp lọc ép đưa hàm lượng chất rắn lên đến 20-40% tùy thuộc vào loại bùn thiết bị lọc ép Các phương pháp xử lý bùn Nước thu từ trình lọc ép có BOD cao phải hoàn lưu lại nhà máy xử lý nước thải để xử lý Bùn bơm lên sân phơi bùn để phơi hàm lượng chất rắn sau phơi đạt 40% thời gian 10-60 ngày Sân phơi bùn thường sử dụng cho nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ mặt rộng cho phép phơi bùn Bùn sau làm nước thu lại thiết bị giới hay thủ công 2.1.4 Tạo điều kiện thích hợp Đây công đoạn giúp cho trình tách chất rắn khỏi hỗn hợp tốt hơn, công đoạn nhiệt muối vô (nhôm, sắt, vôi) hay chất hữu cao phân tử (polyelectrolyte) sử dụng Đối với biện pháp gia nhiệt thực điều kiện áp suất 1000-2000 kPa với nhiệt độ 175-230 0C, phương pháp giúp làm giảm lực bùn với nước, hỗ trợ cho việc loại nước khỏi bùn cách dễ dảng 2.1.5 Ổn định bùn cặn Sự phân hủy bùn thải sinh từ trình xử lý nước thải thực nhiều năm cách thức ổn định, giảm thiểu thể tích giảm mầm bệnh Mục đích việc ổn định bùn cặn phân hủy thành phần hữu bùn cặn nhằm làm giảm khối lượng tạo sản phẩm có mùi, an toàn cộng đồng Các phương pháp ổn định bùn bao gồm: phân hủy kỵ khí, phân hủy hiếu khí, ủ phân compost, ổn định vôi xử lý nhiệt 2.1.5.1 Phân hủy kỵ khí Qúa trình phân hủy kỵ khí phải thực bể phản ứng bịt kín, cách ly với khí Các bể phân hủy kỵ khí thường hệ thống hai bậc với bể hình trụ bao phủ bê tông có đáy hình côn Bùn thải thường bơm vào bể bậc đầu tiên, nơi thành phần xáo trộn xảy phân hủy Bùn dịch chuyển tràn vào bể bậc thứ hai nơi bùn nén bể lắng sau lấy để thải bỏ Qúa trình phân hủy kỵ khí mô tả trình nhiều giai đoạn Các vi sinh vật phá vỡ nhiều loại chất hữu khác thành chất hữu đơn giản với khả chuyển hóa tốt loại vi sinh vật khác đến mức lại thành phần hữu đơn giản như: CO2, H2O, CH4 H2S Trong giai đoạn đầu tiên, bùn thải cấu tạo từ chất hữu phức tạp, chất béo, lignin, protein xenlulo bị phá vỡ thành axit hữu cơ, alcohol, amonia cacbon dioxit Các phương pháp xử lý bùn Những sản phẩm giai đoạn bị phá vỡ thành hydro, cacbon dioxit axit hữu khối lượng phân tử thấp suốt giai đoạn hai Những vi sinh vật đảm nhiệm chức chuyển hóa xem dạng có tính axit Cuối acetat, cacbon dioxit hydro chuyển hóa thành metan, cacbon dioxit nước Bảng Thành phần bùn thải kỵ khí Thành phần Khoảng giá trị Nitơ hữu 1%-5% Nitơ amoni 1%-3% Tổng Photpho 1,5%-5% Tổng Kali 0,2%-0,8% (Quản lý xử lý bùn thải- Nguyễn Tấn Phong) 2.1.5.2 Phân hủy hiếu khí Phân hủy hiếu khí việc sục không khí hay oxy vào bể chứa bùn, bể có độ sâu khoảng 3-6m Người ta phải trì nồng độ oxy hòa tan bể cao 1mg/l để tránh tạo thành mùi hôi Thời gian lưu tồn vi khuẩn bể 12-60 ngày tùy theo nhiệt độ Các điều kiện ưu bể thúc đẩy trình nitrat hóa Sự phân hủy hiếu khí bùn thải có nguồn gốc từ trình sinh học bùn hoạt tính chủ yếu trình vi sinh vật tiêu thụ chất nguyên sinh chúng Khi bùn thải từ bể lắng sơ cấp đưa vào, vật chất hữu oxy hóa tạo nên phát triển tế bào Các vi sinh vật bị oxy hóa thành H2O, CO2 NH3: C5H7NO2 (tế bào) + 5O2 = 5CO2 + 2H2O + NH3 Các vi sinh vật phân hủy hiếu khí chất hữu làm giảm lượng chất rắn bay bùn khoảng 40-50% Bùn sau ổn định cho lắng, phần nước mặt hoàn lưu đầu hệ thống xử lý nước thải để xử lý chúng chứa nhiều hợp chất hữu Để trình phân hủy hiếu khí bùn đạt hiệu cao, người ta thường cung cấp nhiệt tự động Qúa trình giải phóng nhiệt lượng tự phóng thích Hầu hết nhiệt tạo trình oxy hóa bị thất thoát trình thông khí bùn, để đảm bảo chế độ tự cấp nhiệt cần cung cấp đủ chất hữu cho trình phân hủy, gắn lớp cách nhiệt cho bể phản ứng tăng hiệu chuyển hóa oxy Các phương pháp xử lý bùn Các ưu điểm trình phân hủy hiếu khí tạo bùn mùi hôi, giá đầu tư thấp, vận hành dễ dàng Nhưng nhược điểm chi phí vận hành cao, hiệu suất phụ thuộc vào thời tiết sản phẩm tạo loại bùn khó có khả loại nước 2.1.5.3 Ủ phân compost Ủ phân compost dùng để xử lý bùn thành phần hữu phân hủy sinh học chất thải rắn Mục tiêu ủ phân compost tạo nên chất hữu ổn định kèm theo việc giảm mùi hôi tiêu diệt mầm bệnh ký sinh trùng Qúa trình ủ phân compost trình phân hủy cố định chất hữu vi sinh vật, nhiệt sản sinh trình sinh học làm cho nhiệt độ mẻ ủ tăng lên đến mưc thích hợp cho phát triển vi sinh vật ưa nhiệt, trình ủ phân compost tạo sản phẩm ổn định, không mầm bệnh hạt cỏ dại, dùng để bón cho trồng (Theo định nghĩa Haug-1996) - Ủ phân compost hiếu khí trình phân giải chất hữu có diện oxy tạo sản phẩm CO2, NH3, nước lượng - Ủ phân compost kỵ khí trình phân giải chất hữu điều kiện oxy tạo sản phẩm CH 4, CO2 , NH3 số chất khí khác axit hữu phân tử thấp NH3 sau oxy hóa thành NO3- vi khuẩn Nitrosomonas Nitrobacter Qúa trình ủ hiếu khí sinh nhiệt, tốc độ phân hủy nhanh không sinh mùi hôi nên áp dụng phổ biến ủ phân compost kỵ khí Quy trình ủ phân compost: bao gồm việc trộn bùn với chất độn, ổn định hỗn hợp môi trường hiếu khí, ủ chín sàng để thu lại chất độn kích thước lớn Có loại ủ phân chính: - Ủ phân compost cách chất đống có thông khí bao gồm việc trộn bùn (đã tách nước) với vật liệu độn dăm bào, cây, vỏ cây, thân bắp, vỏ đậu phộng…Đống ủ bao lại lớp phân compost hoại để làm giảm mùi hôi trì nhiệt độ cao bên luống ủ Việc thông khí tiến hành quạt thổi khí thông qua hệ thống khuếch tán khí vòng 21 ngày, sau ủ chín 30 ngày, làm khô sau sàng để thu hồi vật liệu độn - Quy trình ủ theo luống: bao gồm việc trộn bùn với vật liệu độn sau làm thành luống có độ cao 1-2m gọi luống ủ Thời gian ủ luống kéo dài khoảng 30-60 ngày Qúa trình thông khí thực việc xới trộn luống ủ hay lần/tuần Ngoài ra, tăng trình thông khí quạt thổi khí - Ủ phân compost hệ thống kín: để đảm bảo cho việc tăng nhiệt độ, hàm lượng oxy mùi hôi Qúa trình cần diện tích, nhiên giá thành xử lý thường cao hệ thống hở 10 Các phương pháp xử lý bùn 2.1.5.4 Ổn định vôi Quy trình bao gồm việc đưa vôi vào bùn để đạt pH lớn 12 vòng 02 để đạt hiệu cao Ngoài ra, cho dung dịch vôi vào bùn cải thiện muối sắt, thêm vôi khô vào bùn rút bớt nước để tạo bánh bùn Nếu thời gian xử lý kéo dài 12 hoàn toàn không phát virut bùn, nhiên lại không hiệu cao ký sinh trùng Để loại bỏ trứng giun phải trì pH lớn 12 vòng 20- 60 ngày 2.1.5.5 Xử lý nhiệt Quy trình tiến hành cách gia nhiệt cho bùn nhiệt độ 260 C vòng 30 phút Xử lý theo phương pháp giúp ổn định bùn loại bớt nước bùn đạt hiệu cao việc loại bỏ vi sinh vật gây bệnh kể ký sinh trùng 2.2 ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ ĐỂ XỬ LÝ BÙN 2.2.1 Các giai đoạn lên men kỵ khí Qúa trình phân hủy kỵ khí trình diễn hàng loạt phản ứng sinh hóa phức tạp trình bày hình Hiện nay, người ta thường áp dụng hai trình là: trình lên men kỵ khí giai đoạn trình lên men kỵ khí hai giai đoạn Chất hữu phức tạp (Gluxit, Protein, Lipit) Chất hữu đơn giản (đường đơn, peptit, acid amin, glixerin, acid béo) Các acid dễ bay (Probionic, butiric, lactic ) etanol H2 + CO2 Acetat CH4 + CO2 Hình Qúa trình phân hủy chất hữu điều kiện kỵ khí Qúa trình lên men kỵ khí giai đoạn Qúa trình diễn bể lên men lớn (còn gọi hầm ủ) có phận giới khuấy trộn, phận gia nhiệt, phận thu hồi khí, phận cho thêm bùn rút bùn thải nơi nước thải khỏi hầm ủ Việc phân hủy bùn lắng bùn diễn đồng thời hầm ủ Tại diễn tượng phân 11 Các phương pháp xử lý bùn tầng, tạo thành tầng khác kể từ đáy đến phía mặt hầm ủ sau: bùn phân hủy, bùn phân hủy, lớp nước trong, lớp váng lớp chứa khí sinh trình phân hủy Đối với loại hầm ủ có phận khuấy gia nhiệt tốc độ phân hủy nhanh hơn, tăng tải trọng hầm ủ Qúa trình lên men kỵ khí hai giai đoạn Theo trình chất hữu phân hủy hai bể hoạt động nối tiếp Một bể khuấy trộn gia nhiệt để ổn định bùn, hầm lại để cô đặc trữ bùn nước tháo chúng để thải bỏ Cả hai quy trình cho hiệu suất loại chất hữu suất khí tương đương nhung quy trình hai giai đoạn nhận tải nạp cao hay vận hành thời gian lưu ngắn Các giai đoạn trình lên men kỵ khí gồm giai đoạn để tạo sản phẩm cuối là: Lên men Chất hữu CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S kỵ khí a Giai đoạn (giai đoạn thủy phân) Các chất hữu nước thải phần lớn chất hữu cao phân tử như: protein,chất béo, cacbonhydrat, cellulose, lignin Một vài loại dạng không hòa tan Ở giai đoạn chất hữu cao phân tử bị phân hủy enzym ngoại bào sản sinh vi khuẩn Sản phẩm giai đoạn chất hữu có phân tử nhỏ, hòa tan làm nguyên liệu cho vi khuẩn giai đoạn Các phản ứng thủy phân giai đoạn biến đổi protein thành axitamin, cacbonhydrat thành đường đơn, chất béo thành acid béo chuỗi dài Tuy nhiên, chất hữu cellulose, lignin khó phân hủy thành chất hữu đơn giản giới hạn trình phân hủy kỵ khí, lúc vi khuẩn giai đoạn hoạt động chậm vi khuẩn giai đoạn Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu nạp, mật độ vi khuẩn bể yếu tố môi trường như: pH nhiệt độ b Giai đoạn 2: giai đoạn lên men acid (còn gọi lên men hydro) Các chất hữu đơn giản sản xuất giai đoạn chuyển hoa 1thanh2 acid axetic, H2 CO2 vi khuẩn acetogenic Tỷ lệ sản phẩm phụ thuộc vào hệ vi sinh vật hầm ủ điều kiện môi trường pH giai đoạn nhỏ c Giai đoạn 3: giai đoạn lên men mêtan 12 Các phương pháp xử lý bùn Các sản phẩm giai đoạn chuyển đổi thành CH sản phẩm khác nhóm vi khuẩn mêtan (là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc có tốc độ sinh trưởng chậm vi khuẩn giai đoạn giai đoạn Các vi khuẩn mêtan sử dụng acid axetic, methanol, CO H2 để sản xuất mêtan acid axetic nguyên liệu để sản sinh khoảng 70% mêtan Phần mêtan lại sản xuất từ CO2 H2, từ acid formic phần không quan trọng sản phẩm chiếm số lượng trình lên men kỵ khí, pH giai đoạn lớn 2.2.2 Sản phẩm trình phân hủy sinh học kỵ khí Sản phẩm trình phân hủy sinh học kỵ khí gọi biogas hay khí sinh học Bảng Thành phần biogas Thành phần biogas Công thức hóa học Đơn vị tính (%) Mêtan CH4 55 - 65 Cacbonoxit CO2 35 - 45 Nitơ N2 0-3 Hydro H2 0-1 Hydro sunfua H2S 0-1 Mêtan có nhiệt trị cao (gần 9.000 kcal/m3) Do đó, nhiệt trị biogas khoảng 4.500 – 6.000 kcal/m3, tùy thuộc vào phần trăm mêtan diện biogas Qúa trình phân hủy kỵ khí chuỗi trình vi sinh để chuyển hóa hợp chất vô thành CH 4, CO2, trình loại bỏ khoảng 35 – 60% chất rắn bay tùy điều kiện vận hành 2.2.3 Vi sinh vật trình lên men kỵ khí Các vi khuẩn tham gia vào trình lên men kỵ khí chia thành nhóm chính; - Nhóm 1: vi khuẩn thủy phân lên men - Nhóm 2: nhóm vi khuẩn tạo acid axetic khí hydro - Nhóm 3: nhóm vi khuẩn sử dụng acid để tạo khí mêtan, phản ứng sinh hóa viết sau: CH3COOH CH4 + CO2 Các vi khuẩn thuộc giống Methanothrix Methanoseata Trong điều kiện nhiệt độ cao 580C chất lignocellulose Methanosarcina chiếm ưu trội Sau tháng phân hủy Methanosarcina bị thay Methanothrix 13 Các phương pháp xử lý bùn - Nhóm 4: vi khuẩn sử dụng khí H2 để tạo khí CH4, phản ứng sinh hóa viết sau: CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Các vi khuẩn thuộc nhóm Methanococcales Methanobacteriales Các vi khuẩn mêtan thuộc giới riêng biệt giới cổ vi khuẩn Các phản ứng sinh hóa hầm ủ biểu diễn qua phương trình sau: Nguyên liệu CO2 + H2 + Acetat Phương trình chiếm ưu hầm ủ có áp suất riêng phần hydro thấp Nguyên liệu probionate + butyrate + ethanol Phương trinh chiếm ưu hầm ủ có áp suất riêng phần hydro cao tạo acid béo bay có mạch cacbon dài (propionate butyrate) ethanol CH3COO- + H2O CH4 + HCO3- + lượng 4H2 + HCO3- + H2 CH4 + 3H2O + lượng Các sản phẩm sau tiếp tục chuyển hóa thành nguyên liệu cho trình lên men sinh khí mêtan H 2, acid axetat CO2 nhóm vi khuẩn acetogenic, vi khuẩn nhạy cảm với áp suất riêng phần H Vì vậy, kiểm soát áp suất riêng phần H có lợi việc vận hành hầm ủ 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men kỵ khí 2.2.4.1 Quần thể vi sinh vật ban đầu Trong trình vận hành hầm ủ, vào khoảng ngày đầu lượng khí sinh thành phần khí lúc củ yếu CO Để trình lên mem kỵ khí ổn định nhanh chóng ta đưa vi khuẩn hoạt động hầm ủ khác vào hầm ủ sử dụng phân heo ủ kín lại, điều kiện oxy, vi khuẩn kỵ khí xuất phát triển Sau ta chuyển lượng phân vào hầm ủ để tạo quần thể vi sinh vật ban đầu 2.2.4.2 Nhiệt độ Nhiệt độ biến đổi nhiệt độ ngày, mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy kỵ khí Thông thường biên độ nhiệt sau quan tâm trình sản xuất biogas: - 25 – 400C: thích hợp cho vi sinh vật ưa ấm - 50 – 650C: thích hợp cho vi sinh vật ưa nhiệt 14 Các phương pháp xử lý bùn 2.2.4.3 pH độ kiềm pH hầm ủ nên điều chỉnh mức 6,6 – 7,6, tối ưu khoảng – 7,2 Đối với độ kiềm nên giữ 2.500 – 5.000 mg/l để tạo khả đệm tốt cho nguyên liệu nạp 2.2.4.4 Độ mặn Khả sản sinh biogas hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối nước Với nồng độ nhỏ 0,3% khả sinh khí không bị giảm đáng kể 2.2.4.5 Dinh dưỡng Để đảm bảo suất sinh khí hầm ủ, nguyên liệu nạp phải cân dưỡng chất cụ thể: nên phối trộn để nguyên liệu nạp đạt tỉ số cacbon/nitơ từ 25/1 đến 30/1 Các nguyên tố khác photpho, natri, kali canxi quan trọng trình sinh khí 2.2.4.6 Khối lượng nguyên liệu nạp Hàm lượng cho chất rắn nguyên liệu nạp cho hầm ủ nên điều chỉnh mức 5-10%, 90 – 95% lại nước Nếu lượng chất hữu nạp cao làm tích tụ axit béo vi khuẩn giai đoạn không sử dụng kịp làm giảm pH hầm ủ gây bất lợi cho vi khuẩn mêtan Ngược lại, chất hữu nạp vào thấp lượng khí sinh không đáp ứng nhu cầu sử dụng làm giảm hiệu kinh tế 2.2.4.7 Chất khoáng số độc tố nguyên liệu nạp Các chất khoáng nguyên liệu nạp có tác động tích cực hay tiêu cực đến trình sinh khí mêtan Các chất khoáng gây tượng cộng hưởng đối kháng - Hiện tượng cộng hưởng tượng tăng độc tính nguyên tố có mặt nguyên tố khác - Hiện tượng đối kháng tượng giảm độc tính nguyên tố có mặt nguyên tố khác Xếp loại khả gây độc cho trình phân hủy kỵ khí kim loại nặng theo thứ tự từ cao đến thấp sau: Ni>Cd>Cr2+>Pb 2.2.4.8 Khuấy trộn Đối với nguyên liệu ủ chứa nhiều chất xơ như: phân bò, phế phẩm trồng việc khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải, làm tăng nhanh trình sinh khí, giảm thiểu lắng đọng chất rắn xuống đáy hầm, tạo bọt váng mặt hầm ủ Ngược lại chất dễ tan rã phân heo việc khuấy trộn không làm tăng hiệu suất sản phẩm 15 Các phương pháp xử lý bùn 2.2.4.9 Sự cạnh tranh vi khuẩn lưu huỳnh mêtan Tùy thuộc vào tỷ lệ COD/SO4 từ 1,7 – 2,7 tạo cạnh tranh hai vi khuẩn nói cụ thể: tỷ lệ tăng vi khuẩn mêtan thắng, tỷ lệ thấp vi khuẩn lưu huỳnh thắng 16 Các phương pháp xử lý bùn CHƯƠNG MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN Gắn liền với quá trình xử lý cặn bùn là các công trình xử lý bùn thải Với mỗi loại bùn thải, đặc tính và phương pháp xử lý sẽ có công trình xử lý tương ứng Với phương pháp phân huỷ sinh học kỵ khí (lên men cặn) bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể mêtan, bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB), hồ sinh vật kỵ khí, túi ủ khí sinh học là những công trình xem xét ứng dụng, đó bể metan được biết là đem lại hiệu quả cao xử lý bùn thải Nhưng với phương pháp xử lý học hay nhiệt thì thường dùng các loại thiết bị bể nén bùn trọng lực, bể tuyển nổi, thiết bị ly tâm, thiết bị lọc ép, thiết bị lọc chân không, sân phơi bùn, thiết bị sấy khô bùn hay thiêu đốt bùn Vì phạm vi nghiên cứu nhỏ, chuyên đề chỉ mô tả sơ loại công trình tìm hiểu rõ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động bể mêtan 3.1 BỂ TỰ HOẠI Bể tự hoại công nghệ xử lý sơ nước thải sinh hoạt phổ biến Việt Nam nhiều nước khác 3.1.1 Cấu tạo Bể tự hoại có thể được chế tạo sẳn với mẫu mã và kích thước khác bằng các vật liệu thông thường (plastic, composite) hay được xây dựng bằng các loại vật liệu xây dựng (bê tông cốt thép; bê tông – gạch; gạch – xi măng,…) Bể tự hoại có thể được thiết kế dạng hai ngăn hay ba ngăn tuỳ thuộc vào mức độ xử lý nước thải, nước thải sinh hoạt có lưu lượng lớn 10m3/ngày cần phải sử dựng bể tự hoại ba ngăn (TCXD 7957:2008) Các bể tự hoại đều được thiết kế có cửa thăm để có thể kiểm tra, hút cặn cần thiết Hình Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại Đối với bể tự hoại hai ngăn, ngăn đầu tiên là ngăn chứa cặn và phân huỷ kỵ khí cặn lắng (chiếm khoảng 2/3 đến ¾ thể tích bể) và ngăn thứ hai là ngăn lắng để loại bỏ tối đa hàm lượng cặn nước thải ở đầu của bể tự hoại 3.1.2 Nguyên tắc hoạt động Trong bể tự hoại diễn trình lắng cặn lên men, phân huỷ sinh học kỵ khí cặn lắng Các loại cặn lắng nước thải đầu vào sẽ được lắng và tạo 17 Các phương pháp xử lý bùn thành lớp bùn lắng ở đáy bể Dầu mỡ, chất béo và các thành phần nhẹ nước thải sẽ nỗi lên bề mặt bể tạo thành lớp váng Các chất hữu có cặn lắng sẽ bị phân huỷ kỵ khí tạo thành các chất bền vững (bùn tự hoại) và các chất khí ( CO2, CH4, H2S,…) Nước sau khỏi bể tự hoại thường được đấu nối vào hệ thống thoát nước đô thị hay dẫn đến các công trình xử lý tiếp theo như: cánh đồng thải, cánh đồng lọc, bải lọc ngầm, bải lọc cát sỏi và hào lọc, giếng thấm,… Để tăng hiệu quả xử lý các chất lơ lững cũng các chất hữu hoà tan nước thải, người ta áp dụng bể tự hoại ba ngăn, bể tự hoại cải tiến với vách ngăn mỏng (baffled septic tank - BAST),và bể tự hoại cải tiến có vách ngăn ngăn lọc kỵ khí (BASTAF) Bể tự hoại ba ngăn về bản vẫn giống bể hai ngăn có bổ sung thêm ngăn lọc sau lắng Bể tự hoại cải tiến với vách ngăn mỏng (BAST) cấu tạo tương tự bể tự hoại ba ngăn và tăng thêm số ngăn lắng, tăng thời gian lưu bể điều này làm dòng chảy bể hướng lên, và tăng hiệu suất xử lý của bể Bể tự hoại cải tiến có vách ngăn - ngăn lọc kỵ khí (BASTAF) cấu tạo tương tự bể BAST và thêm ngăn lọc kỵ khí và ngăn cuối này đã giảm đáng kể cặn lắng rửa trôi khỏi bể 3.2 BỂ LẮNG HAI VỎ Bể lắng hai vỏ dùng cho các công trình xử lý có công suất nhỏ và trung bình (Q[...]... tăng được hiệu suất sản phẩm 15 Các phương pháp xử lý bùn 2.2.4.9 Sự cạnh tranh giữa vi khuẩn lưu huỳnh và mêtan Tùy thuộc vào tỷ lệ COD/SO4 từ 1,7 – 2,7 tạo sự cạnh tranh giữa hai vi khuẩn nói trên cụ thể: khi tỷ lệ này tăng thì vi khuẩn mêtan sẽ thắng, khi tỷ lệ này thấp thì vi khuẩn lưu huỳnh sẽ thắng 16 Các phương pháp xử lý bùn CHƯƠNG 3 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN Gắn liền với quá trình xử... men, phân huỷ và ổn định bùn cặn 18 Các phương pháp xử lý bùn Hình 4 Sơ đồ cấu tạo của bể lắng 2 vỏ 3 3 BỂ MÊTAN - BIOGAS Bể metan là công trình được ứng dụng để lên men (ổn định yếm khí) các loại bùn cặn trong nước thải (cặn tươi từ bể lắng đợt 1, bùn hoạt tính dư sau khi đã nén, rác đã nghiền nhỏ…) 3.3.1 Cấu tạo Bể mêtan dùng trong xử lý bùn thải của nước thải đô thị và công nghiệp.. .Các phương pháp xử lý bùn Các sản phẩm của giai đoạn 2 sẽ được chuyển đổi thành CH 4 và các sản phẩm khác bởi nhóm vi khuẩn mêtan (là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc có tốc độ sinh trưởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 Các vi khuẩn mêtan sử dụng acid axetic, methanol, CO 2 và H2 để sản xuất mêtan trong... đều, dung tích bể bé, hầu hết trứng giun sán trong bùn cặn bị tiêu diệt, để đảm bảo nhiệt độ cần thiết, bùn cặn được sấy nóng bằng hệ thống cấp nhiệt, bể được lắp đặt dưới đất để ổn định nhiệt độ và cân bằng áp suất Các yếu tố kìm hãm quá trình lên men trong bể metan là các chất hoạt tính bề mặt, kim loại nặng, sự thay đổi pH 20 Các phương pháp xử lý bùn 3.4 BỂ NÉN BÙN DÒNG CHẢY NGƯỢC (UASB) 3.4.1... CH3COOH CH4 + CO2 Các vi khuẩn này thuộc các giống chính là Methanothrix và Methanoseata Trong điều kiện nhiệt độ cao 580C và chất nền là lignocellulose Methanosarcina sẽ chiếm ưu thế trội Sau 4 tháng phân hủy Methanosarcina sẽ bị thay thế bởi Methanothrix 13 Các phương pháp xử lý bùn - Nhóm 4: vi khuẩn sử dụng khí H2 để tạo khí CH4, phản ứng sinh hóa có thể viết như sau: CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Các vi khuẩn... được nạp từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào Hình 6 Sơ đồ cấu tạo của bể UASB các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía... nhằm làm giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn bằng việc tách nước Sau quá trình phơi, do tác động của tia tử ngoại, vi khuẩn gây bệnh còn lại trong bùn cặn cũng như mùi hôi thối giảm đi Tuy nhiên sân phơi bùn đòi hỏi diện tích đất lớn, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và việc kiểm soát mùi rất khó khăn 22 Các phương pháp xử lý bùn Hình 8 Sân phơi bùn 3.5.5 Thiết bị sấy khô bùn:... mêtan dùng trong xử lý bùn thải của nước thải đô thị và công nghiệp thường có vật thép, bê tông cốt thép, dạng hình tròn trên mặt bằng Có sơ đồ : 19 Các phương pháp xử lý bùn 1- Ống dẫn hỗn hợp cặn 2- Ống xã vặn lên men 3- Ống tháo cặn bể 4- Ống xã nước bùn ở các độ sâu khác nhau 5- Thiết bị hâm nống cặn 6- Ống dẫn hơi nóng 7- Mấy trộn kiểu chân vịt 8- Ống dẫn khí đốt 9- Xả khí đốt vào khí quyển 10- Nút... phân huỷ sinh học kỵ khí cặn lắng Các loại cặn lắng trong nước thải đầu vào sẽ được lắng và tạo 17 Các phương pháp xử lý bùn thành lớp bùn lắng ở đáy bể Dầu mỡ, chất béo và các thành phần nhẹ trong nước thải sẽ nỗi lên trên bề mặt bể tạo thành lớp váng Các chất hữu cơ có trong cặn lắng sẽ bị phân huỷ kỵ khí tạo thành các chất bền vững hơn (bùn tự... quá trình tách pha khí-lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10% Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo 3.5 CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ KHÁC 3.5.1 Bể nén bùn Bùn hoạt tính từ bể lắng đợt II có độ ẩm cao 99,4% - 99,7% Một phần lớn loại bùn này được dẫn trở lại