Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải kubota

Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải kubota

THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ

XỬ LÝ NƯỚC THẢI KUBOTA

Mục lục

THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KUBOTA 1

Mục lục 2

THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KUBOTA 3

Quy trình xử lý nước thải 3

Xử lí cấp 1 (Primary Treatment) 4

Xử lí cấp 2 (Secondary Treatment) 4

Phương pháp bùn hoạt tính – Công nghệ AAO (Anaerobic-Anoxic-aerObic Process) 4

Cơ sở lựa chọn công nghệ 6

Giải pháp công nghệ của Kubota 9

Johkasou 9

Cấu tạo và nguyên lý xử lý 10

Kết luận chung 13

THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KUBOTA

Quy trình xử lý nước thải

Qui trình xử lí nước thải trên thế giới hiện nay đang được tiến hành theo những bước như sau

• Xử lí cấp 1 (Primary Treatment): Dùng những biện pháp hóa lí loại bỏ bớt những chất thải rắn không hòa tan trong nước

• Xử lí cấp 2 (Secondary Treatment): Sử dụng vi sinh vật để loại bỏ những chất thải hữu

cơ háo khí hòa tan trong nước

• Xử lí cấp 3 (Tertiary Treatment): Kết hợp các biện pháp xử lí hóa học, vật lí, sinh học

để loại bỏ những tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước, thường áp dụng khi xử lí nước thải công nghiệp

Với đặc tính của nước thải y tế, hệ thống xử lí nước thải thường được thiết kế theo trình tự

xử lí dưới đây, hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam hiện nay:

Hình 1 Quy trình xử lý nước thải

Trong trình tự xử lí trên, bước xử lí cấp 1 (Primary Treatment) và khử trùng (Disinfection) đều đạt tiêu chuẩn, cần chú ý thiết kế lại khâu xử lí cấp 2 về công nghệ cũng như tính kinh tế, hiệu quả xử lí, chi phí vận hành duy tu và bảo dưỡng… đạt tiêu chuẩn nước thải Việt Nam và phù hợp tình hình kinh tế của bệnh viện

Nguyên lí của bước xử lí cấp 2 xoay quanh việc cung cấp không khí cho vi sinh vật, có thể chia thành những khâu xử lí hiếu khí (Aerobic Process) và yếm khí (Anaerobic Process) như sau:

• Khâu xử lí yếm khí (Anaerobic Process): Bể xử lí thể tích nhỏ, tiêu hao ít năng lượng Chất hữu cơ trong nước thải sau khi xử lí yếm khí sẽ chuyển hóa thành chất khí gây ô nhiễm như CO, CH4、NH3、H2S… Quá trình xử lí yếm khí (Anaerobic Process) có khả năng khử BOD nhưng khả năng khử COD không hiệu quả bằng khâu xử lí hiếu khí (Anaerobic Process) Công nghệ xử lí nước thải nói chung thường kết hợp xử lí yếm khí (Anaerobic Process) với xử lí hiếu khí (Aerobic Process), rất hiếm trường hợp chỉ

áp dụng xử lí yếm khí làm trọng tâm của hệ thống xử lí nước thải

• Khâu xử lí hiếu khí (Aerobic Process): bể xử lí cần thể tích lớn, tiêu hao nhiều năng lượng nhưng thao tác và vận hành bảo dưỡng đơn giản, khử BOD và COD tốt, nước thải qua xử lí hiếu khí ít gây nguy hại cho môi trường, thường được sử dụng trong qui trình xử lí các loại nước thải

Quá trình xử lí cấp 2 bằng vi sinh vật lại dựa vào đặc tính sinh trưởng của vi sinh vật, loại

lơ lửng trong nước (Suspended-Growth Process) và loại bám dính (Attached-Growth Process)

Đối với loại bám dính (Attached-Growth Process) phải cung cấp nhiều lưới bám (Porous

Material) làm môi trường cho vi sinh vật phát triển đồng thời tăng diện tích tiếp xúc trong bể

xử lí để đạt hiệu quả xử lí mong muốn Thiết kế môi trường sinh trưởng đối với loại vi sinh vật lơ lửng trong nước giống như những hạt cặn vẩn đục trong nước, diện tích tiếp xúc với nước thải sẽ nhiều hơn so với loại vi sinh vật bám dính, hiệu quả xử lí tốt hơn Nếu kết hợp xử

lí yếm khí bằng vi sinh vật lơ lửng có thể khử nitrat hóa, khử (Nitrification), khử phốt pho

(Dephosphorization), ni tơ (Denitrification) Tuy nhiên, nếu sử dụng biện pháp xử lí bằng vi sinh vật lơ lửng cần đặc biệt chú ý nồng độ bùn (MLSS), nếu quá nhiều sẽ bị kết dính lại với

nhau, giảm hiệu quả xử lí

Hình 2 Sự sinh trưởng của vi sinh vật lơ lửng Hình 3 Sự sinh trưởng của vi sinh vật bám dính

Mỗi loại vi sinh vật có những môi trường sinh trưởng khác nhau, 2 biện pháp hay được

sử dụng để thiết kế môi trường sinh trưởng cho vi sinh vật nhất là biện pháp “Tiếp xúc khí” (Contact Aeration) và biện pháp “Bùn hoạt tính” (Active Sludge), mỗi biện pháp có năng lực

xử lí khác nhau nên được vận dụng xử lí những loại nước thải khác nhau, biện pháp tiếp xúc khí thường vận dụng trong xử lí nước thải sinh hoạt thông thường, biện pháp bùn hoạt tính thường được sử dụng cho nhà máy xử lí nước thải qui mô lớn

Xử lí cấp 1 (Primary Treatment)

Đường nước nhà vệ sinh và nước cọ rửa: Nối trực tiếp vào hệ thống xử lí nước thải Nước thải nhà bếp, nhà ăn: Đề xuất nên trang bị thiết bị lọc dầu mỡ trước khi cho chảy vào hệ thống xử lí, tránh ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình

Nước thải đặc biệt: Đối với nguồn nước thải phòng xét nghiệm và nước thải có phóng xạ

đề xuất nên trang bị bể điều tiết để điều tiết độ pH trước khi đưa vào hệ thống xử lí, tránh làm

ảnh hưởng đến hiệu quả xử lí và tuổi thọ công trình

Xử lí cấp 2 (Secondary Treatment)

Phương pháp bùn hoạt tính – Công nghệ AAO (Anaerobic-Anoxic-aerObic Process)

a) Nguyên lí: Sau khi xử lí cấp 1 nước thải sẽ được chảy vào bể bùn hoạt tính yếm khí (Anaerobic Tank), tiếp đến sẽ được chảy vào bể vi sinh vật thiếu khí (Anoxic Tank) rồi

tiếp tục chảy vào bể vi sinh vật hiếu khí (Aerobic) Vi sinh vật sống bám trên hạt bùn trong ở các bể sẽ ăn những chất bẩn trong nước thải, làm giảm các chất ô nhiễm trong nước Đặc biệt hiệu quả trong việc khử ni tơ tổng(Total-Nitrogen) và phốt pho tổng (Total-Phosphate)

b) Sơ đồ qui trình

Tách chất rắn thô Ngăn yếm khí Ngăn thiếu khí Ngăn hiếu khí

Ngăn lọc cặn Ngăn khử trùng

Đầu ra

Hình 4 Sơ đồ quy trình AAO

c) Sự phát triển của phương pháp bùn hoạt tính

d) Ưu điểm: Bể vi sinh vật hiếu khí (aerobic process) có tác dụng xử lí chất hữu cơ các bon

và ni tơ hóa (Nitrification), bể vi sinh vật yếm khí (anaerobic process) và bể vi sinh vật thiếu khí (anoxic process) có tác dụng khử ni tơ (Denitrification) và phốt phát (dephosphorization), công nghệ này thích hợp cho việc xử lí nhiều loại nước thải Quá trình xử lí như sau:

air escape to

⇒









⇒







+







−

−

−

−

−

− +

salt

3 4 ism

Microorgan 3

4

Reduction 3

2

3 2

Oxidation 4

) (PO PO

NO NO

Process Anaerobic

NO NO

NH

Process Aerobic

2 N

Cơ sở lựa chọn công nghệ

Để đạt các TCVN 7382-2004 (cột I) đối với nước thải bệnh viện và TCVN 5945-2005 (cột A) đối với nước thải công nghiệp, trong quy trình công nghệ XLNT phải có các công đoạn sau:

Bể điều hòa Ngăn

Anoxic

Module Oxic

Bể nén bùn

Cặn bùn

q

αq 0

Máy tiệt trùng

q 0

Nước thải

αq 0

B1

q 0

B3

Rác

BOD0

COD0

NH 4

NO 3

SS 0

B2 Bùn

BOD K

COD K

NH 4K

NO 3K

SSK

Hình 5: Sơ đồ công nghệ

Ký hiệu:

- q0: Công suất nước thải phải xử lý (m3/ng.đ)

- BOD0… SS0: Thông số đầu vào của nước thải (g/m3)

- BODK…SSK: Thông số đầu ra của nước thải sau khi được xử lý (g/m3)

- α (α≥0): Hệ số hồi lưu nước thải đã được Oxy hóa và bùn hoạt tính từ sau ngăn oxic trở về ngăn Anoxic (một phần bùn trở về ngăn điều hòa)

- q: Công suất nước thải đi vào các ngăn điều hòa, anoxic, oxic: q=q0(1+α)

1 Sơ bộ tách rác và cặn cơ học để tổng cặn lơ lửng (SS) vào các quy trình xử lý sau đó đạt yêu cầu SS≤100-150ppm Để tách rác có thể dùng các sang chắn rác tự động hoặc thủ công Để giảm chi phí đầu tư và quản lý, đối với bệnh viện tuyến huyện có thể sử dụng chắn rác thủ công Nước thải khi đi qua chắn rác này với kích thước song chắn: Bậc1 (5cm); Bậc 2 (1cm), sẽ bị loại khỏi các vật rắn và rác có kích thước lớn hơn hoặc bằng 1cm

2 Khi đi vào bể điều hòa, Nước thải bệnh viện được “dàn đều” hay “điều hòa” cả về lưu lượng và nồng độ để ổn định hơn về tính chất Bể điều hòa sẽ có dung tích để lưu được nước thải trong 6 giờ theo công suất trung bình Thông thường tại bể điều hòa sẽ có sục khí, song trong trường hợp này chúng tôi đề nghị sẽ chỉ dùng máy khuấy chìm vì tại bể điều hòa sẽ tiến hành quá trình khử Nitơ sẽ nói ở phần dưới

3 Từ bể điều hòa, nước thải được qua bơm đặt chìm, bơm lên Module thiết bị AO của Nhật Bản do chúng tôi đề xuất ở bài thầu này Ở đây bắt đầu quá trình xử lý sinh học để làm giảm các thông số theo nguyên tắc sau:

a) Oxy hóa bằng vi sinh các hợp chất Hydrocacbon, Sunfua và phốt pho (làm giảm BOD, COD, chuyển hóa H2S, P-T), và thực hiện quá trình Nitrat hóa Amoni (NH4)

Sản phẩm của quá trình này sẽ là:

- Hydrocacbon chuyển thành CO2 + H2O làm giảm đáng kể BOD, COD

- NH4 →NO3

- H S2 →SO4−2

- P T− →PO4−

b) Khử Nitơ tổng thông qua quá trình thiếu khí (Anoxic), ở đây NO3 được chuyển hóa thành N2 khi không có mặt Oxy, hoặc khi không sục khí Đây là quá trình bắt buộc vì nếu không, ta không giảm được Nitơ trong nước thải Module AO thực hiện quá trình Oxy hóa (Oxic) để giảm BOD, chuyển hóa NH4→NO3 và tạo cơ chế hồi lưu NO3 lỏng (hòa tan trong nước thải) và một phần bùn hoạt tính về ngăn Anoxic (thiếu khí) để khử Nitơ Để giảm diện tích lắp đặt thiết bị và giảm chi phí đầu tư, chúng tôi đề nghị thực hiện quá trình Anoxic tại bể điều hòa

Như vậy, công nghệ vi sinh để xử lý nước thải Bệnh viện nhằm đạt các TCVN như đã nói, bắt buộc phải có quá trình Anarobic(yếm khí), Anoxic (thiếu khí) và Oxic (hiếu khí) – gọi tắt là AAO

Thực tế, quy chuẩn xây dựng tại VN đã có công đoạn Anarobic (yếm khí) thực hiện trong các bể phốt, các bể tự hoại và trong quá trình thu gom nước thải về trạm

Quá trình yếm khí kéo theo việc giảm đáng kể Hydrocacbon (BOD, COD giảm khoảng 50 – 55% so với nước thải đầu nguồn phát thải, Phốtpho tổng giảm 60-70%, Sunphua (H2S) giảm không đáng kể là khoảng 30%, Nitơ tổng gần như ít giảm và chuyển hóa thành Amoni (NH4)

Lượng Nitơ (Nitơ Amoni) cao sẽ làm mất cân đối thành phần dinh dưỡng ( BOD/N/P ) và gây ngộ độc hoặc kìm hãm đối với vi sinh Do vậy quá trình Ôxy hóa

NH4 → NO3 và khử Nitơ NO3 → N2 là nguyên nhân tất yếu để chọn công nghệ AAO

nói trên

c) Sau quá trình Ôxy hóa (bằng sục không khí) tại ngăn Oxic (hiếu khí) với đệm vi sinh

di động, bùn hoạt tính (tức là lượng vi sinh phát triển và hoạt động tham gia quá trình

xử lý) được bám giữ trên các giá thể bám dính di động trong ngăn Oxic Các giá thể này cho phép tăng mật độ vi sinh lên đến 8000-9000g/m3 Với mật độ này các quá trình Ôxy hóa để khử BOD, COD và NH4 diễn ra nhanh hơn nhiều (Ở phương pháp bùn hoạt tính Aeroten thông thường nồng độ vi sinh chỉ đạt 1000 – 1500g/m3 Ở các thiết bị với đệm vi sinh bám cố định, chỉ đạt 2500 – 3000g/m3) Như vậy module AO của Nhật Bản sẽ có không gian Ôxy hóa gọn và khả năng xử lý nước thải với dải thông số BOD, NH4 khá rộng (BOD ≤ 400-500g/m3; NH4 ≤ 50-40g/m3) Các thiết bị khác (Aeroten, V69, CN 2000, thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt) không đạt được như vậy d) Bùn họat tính lơ lửng (nghĩa là không bám dính trên đệm vi sinh) sẽ được chuyển sang ngăn lọc Ở đây một phần lớn bùn được giữ lại để đưa về ngăn chứa và xử lý bùn thừa; Một phần nhỏ bùn được theo bơm hồi lưu đi về bể thiếu khí – tức là bể điều hòa không sục khí để thực hiện quá trình khử Nitơ Các thông số liên quan đến các công đoạn và các vấn đề nói trên đây sẽ được trình bày kỹ ở phần tính toán công nghệ và thiết bị

4 Như vậy từ bể điều hòa, nếu chúng ta lựa chọn phương án xử lý bằng vi sinh vật (xử lý

sinh học) thì các quá trình sẽ diễn ra như như đã miêu tả trên đây Đây là phương pháp xử lý AAO – Tổ hợp liên hoàn các quá trình yếm khí – thiếu khí – hiếu khí, cho phép giảm thiểu, để đạt các TCVN, các chất thải ô nhiễm trong nước thải một cách kinh tế nhất

5 Các phương pháp xử lý vi sinh khác như đã nói ở trên đây chủ yếu chỉ đề cập quá trình sục khí (tức là Ôxy hóa Hydrocacbon và Nitrat hóa NH4) không đề cập quá trình khử Nitơ Một số phương pháp ( Aeroten, lọc sinh học nhỏ giọt) không thực hiện được đầy đủ quá trình Nitrat hóa Amôni, vì quá trình này diễn ra chậm hơn và đòi hỏi có mật độ vi sinh cao hơn đối với đa số các chủng loại tham gia các quá trình Oxic

6 Ở một số bệnh viện chưa thực hiện được quá trình xử lý sinh học, nước thải sau khi tập kết ở bể điều hòa được khử trùng bằng Cloramin-B hoặc Hypocloride Natri hoặc Hypocloride Canxi rồi thải ra ngoài Như vậy nước thải mới được xử lý sơ bộ (tách rác, tách cặn và khử trùng )

7 Kết luận về chọn công nghệ:

a) Nước thải bệnh viện, khu giáo dưỡng, trại cải tạo chủ yếu là nước thải sinh hoạt có lẫn một phần nhỏ các chất gây kìm hãm quá trình vi sinh như kim loại nặng, Halogen hữu

cơ từ rửa tráng phim (nếu có), và hóa chất tiệt trùng (chủ yếu là Clo tự do hoặc Clo hóa trị dương…) sẽ được xử lý triệt để nếu sử dụng các quá trình liên hoàn AAO Trong đó:

+ Yếm khí: để khử Hydrocacbon, kết tủa kim loại nặng, kết tủa Photpho, khử Clo hoạt

động…

+ Thiếu khí: Để khử NO3 thành N2 và tiếp tục giảm BOD,COD

+ Hiếu khí: Để chuyển hóa NH4 → NO3, khử BOD,COD, Sunphua…

+ Tiệt trùng: Bằng lọc vi lọc hoặc bằng hóa chất - chủ yếu dung Hypocloride Canxi

(Ca(OCl)2) để khử vi trùng gây bệnh

b) Các quá trình chính AAO được thực hiện từ các bể phốt, bể tập kết nước thải (quá trình yếm khí), bể điều hòa (quá trình yếm khí và thiếu khí) và tại Modul AO-50 của Nhật Bản (một phần quá trình thiếu khí và toàn bộ quá trình hiếu khí – OXIC), Bùn được thu gom từ bể điều hòa và ngăn lọc của Modul AO-50 đưa về bể lưu và cô đặc bùn

c) Quá trình OXIC (hiếu khí) được thực hiện ở chế độ tối ưu (mật độ vi sinh cao và đa dạng, được bám dính và tham gia xử lý sinh học với chế độ mô phỏng sự lơ lửng của

vi sinh thông qua các đệm bám dính (giá thể bám dính) lơ lửng Điều này cho phép tạo tiếp xúc với bề mặt lớn giữa vi sinh – nước thải, thúc đẩy hiệu quả của quá trình xử lý d) Không khí là nguồn cung cấp Ôxy cho các quá trình sinh học được cấp vào với cột áp không cao (Hs ≤ 2m cột nước, so với các phương pháp khác Hs= 4-5m) và do vậy sẽ đòi hỏi ít năng lượng Không khí được phân bố qua hệ thống hoặc ống khuếch tán mịn, tạo điều kiện hòa tan Oxy vào nước với hiệu suất cao

e) Các máy công tác: Bơm chìm, quạt khuây chìm (ở bể điều hòa), máy thổi khí Bơm hồi lưu, bơm bùn thừa… được điều khiển tự động thông qua hệ thống điều khiển (tủ điều khiển) với các chế độ có thể điều chỉnh (tốc độ bơm, lưu lượng dòng hồi lưu, và thời gian thải bùn) Ở đây có các sensor đo đạc và hiển thị, các đồng hồ lưu lượng… đảm bảo cho việc đánh giá trạng thái các quá trình xử lý và giúp cho việc điều chỉnh các chế độ vận hành khi cần

f) Tất cả các thiết bị nói trên đều nhập từ Nhật Bản và được bảo hành 3 năm Phần xây các bể (bể điều hòa, bể bùn, các nong và rọ chắn rác…) và nhà điều hành, tường rào… thực hiện tại Việt Nam

Giải pháp công nghệ của Kubota

Các khái niệm

• Johkasou System: Hệ thống hợp khối

• Moving bed: Đệm vi sinh lưu động

Cấu tạo: Hợp khối FRP (Joukasou)

Phương thức xử lý: Đệm vi sinh lưu động kết hợp vật liệu lọc và khử trùng (nguyên lý AAO với mật độ vi sinh rất cao)

Johkasou

• Joukasou không đơn giản như một bể septic mà là một tổ hợp các khoảng xử lý khép kín

• Có thể tích hợp nhiều quá trình xử lý trong một hợp khối duy nhất (sedimentation, anaerobic, arerobic, disinfection)

• Joukasou có thể xử lý đạt chất lượng như các hệ thống xử lý tách biệt từng khâu

Cấu tạo và nguyên lý xử lý

Thiết bị XLNT Johkasou bao gồm các ngăn tách rác, cát, ngăn điều hòa, ngăn chứa giá vi sinh, Ngăn chứa vật liệu lọc, ngăn xử lý, ngăn tiệt trùng, Ngăn ép bùn và Ngăn lưu Thiết bị

sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt có thể đạt được chất lượng nước đầu ra với chỉ số BOD dưới 20mg/l với một hệ thống tuần hoàn, hệ thống lọc, Điều khiển dòng, vật liệu lọc (Áp dụng cho 51 đến 500 người)

Hình 5 Mặt cắt các khoang

1 Bể tách rác, chất rắn thô

Bể tách rác dùng để loại bỏ hầu hết chất rắn thô, một phần chất rắn lơ lửng (SS) trong nước thải đầu vào Thể tích hữu dụng của bể đảm bảo lưu được hơn 3.5h tổng thể tích nước thải vào Một lượng bùn bị lắng xuống dưới đáy, và lớp váng trên bề mặt được tạo ra do quá trình phát sinh khí gas Như vậy chất rắn lơ lửng được tách ra và nước thải sẽ chảy sang ngăn điều hòa Sau một thời gian lưu lượng bùn và váng trong bể này sẽ tăng lên có nguy có xâm nhập trở lại nước thải, và sẽ làm giảm thể tích của bể, do đó cần phải hút bùn hoặc chuyển bùn vào thiết bị nén, bể lưu định kỳ

2 Bể điều hòa

Bể điều hòa có tác dụng lưu nước thải, điều hòa dao động của lượng nước thải đầu vào đảm bảo sự ổn định cho việc xử lý vi sinh Thể tích hữu dụng của bể được tính theo công thức sau

T

V = Q T − K×Q ×

)

V: Thể tích hữu dụng của bể điều hòa