các phương pháp xử lí nước thải bằng cơ học, hóa lý, sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC LỚP DH11HH BÁO CÁO KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC, HĨA LÝ, SINH HỌC Mục lục Giới thiệu chung về tình hình mơi trường hiện Một vấn đề nóng bỏng, gây xúc dư luận xã hội nước tình trạng nhiễm mơi trường sinh thái hoạt động sản xuất sinh hoạt người gây Vấn đề ngày trầm trọng, đe doạ trực tiếp phát triển kinh tế - xã hội bền vững, tồn tại, phát triển hệ tương lai Giải vấn đề ô nhiễm môi trường thời kỳ đẩy mạnh CNH, HĐH khơng đòi hỏi cấp thiết cấp quản lí, doanh nghiệp mà trách nhiệm hệ thống trị tồn xã hội Trong năm đầu thực đường lối đổi mới, tập trung ưu tiên phát triển kinh tế phần nhận thức hạn chế nên việc gắn phát triển kinh tế với bảo vệ môi trường chưa trọng mức Tình trạng tách rời cơng tác bảo vệ môi trường với phát triển kinh tế - xã hội diễn phổ biến nhiều ngành, nhiều cấp, dẫn đến tình trạng gây nhiễm mơi trường diễn phổ biến ngày nghiêm trọng Đối tượng gây ô nhiễm môi trường chủ yếu hoạt động sản xuất nhà máy khu công nghiệp, hoạt động làng nghề sinh hoạt thị lớn Ơ nhiễm mơi trường bao gồm loại là: nhiễm đất, nhiễm nước nhiễm khơng khí Trong ba loại nhiễm nhiễm khơng khí thị lớn, khu công nghiệp làng nghề nghiêm trọng nhất, mức độ ô nhiễm vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép Vì bảo vệ mơi trường sinh thái trình CHN, HĐH yêu cầu cấp thiết đặt hệ thống trị, cấp, ngành, tổ chức, doanh nghiệp công dân Trong báo cáo này, chúng em muốn giới thiệu số biện pháp xử lí mơi trường học, hóa lý sinh học, hi vọng sẽ giúp ích cho thầy bạn hiểu phần biện pháp để chung tay bảo vệ môi trường sống chúng ta! Phần Các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp học 1.1 Lắng 1.1.1 Nguyên tắc Nguyên tắc chung: Vật thể có khối lượng riêng đủ lớn tác dụng trọng lực xảy trình lắng 1.1.2 Phân loại Q trình lắng Mơ tả Ứng dụng Lắng hạt riêng lẻ (discrete particle settling) - Đề cập đến trình lắng trọng lực dung dịch có hàm lượng chất rắn thấp với điều kiện trường gia tốc ổn định - Xử lý hạt cát môi trường lỏng (bể lắng cát) Lắng tạo (Flocculent settling) - Các hạt lắng theo thực thể riêng biệt khơng có tương tác đáng kể hạt bên cạnh - Đề cập đến trình lắng dung dịch mà trình lắng hạt rắn kết hợp đông tụ lại với - Thơng qua q trình đơng tụ này, hạt ln gia tăng khối lượng q trình lắng làm thay đổi vận tốc lắng - Quá trình có bổ sung chất trợ lắng (polymer) để thúc đẩy vận tốc lắng - Xử lý bụi mơi trường khơng khí (buồng lắng bụi) - Các trình lắng tuân thủ theo định luật Stokes - Loại bỏ phần TSS nước thải bể lắng sơ cấp - Loại bỏ cặn bể lắng - Giảm phần BOD P - Có thể diễn bể lắng sơ cấp - Một phần chất trợ lắng tuần hồn lại q trình lắng Lắng cản trở (Hindered settling) lắng vùng - Đề cập đến dung dịch có hàm lượng rắn trung bình lực tương tác hạt có ảnh hưởng cản trở đến trình lắng hạt xung quanh - Các hạt có xu hướng trì vị Diễn bể lắng thứ cấp sử dụng trình xử lý sinh học (bể lắng thứ cấp q trình sinh học hiếu khí Aerotank) trí cố định Khối lượng hạt ổn định giá trị cụ thể - Bề mặt rắn - lỏng hình thành phía khối lắng Lắng nén ép (Compressio n settling) - Đề cập đến trình lắng hạt rắn giá trị nồng độ tương đối lớn để tạo thành cấu trúc trình lắng diển nén ép lớp cấu trúc - Quá trình nén diễn nhờ khối lượng hạt rắn tạo ổn định cấu trúc thơng qua q trình lắng từ dung dịch bề mặt Bảng 1: Phân loại trình lắng Hình 1: Các trình lắng 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lắng Quá trình lắng phụ thuộc vào : ‒ Thể tích bể lắng Thường diễn lớp thiết bị lắng (bể lắng sơ cấp hay thiết bị làm đặc bùn) ‒ ‒ ‒ ‒ ‒ ‒ ‒ ‒ Lưu lượng nước thải Thời gian lắng Khối lượng riêng Tải lượng chất rắn lơ lửng Tải lượng thủy lực Sự keo tụ hạt rắn Vận tốc dòng chảy bể Sự nén bùn đặc Từ cơng thức tính vận tốc lắng: u= gd ( p p − p) pξ , m/s Vận tốc lắng phụ thuộc vào yếu tố sau: ‒ Đường kính hạt d: đường kính hạt lớn vận tốc lắng nhanh, trình lắng sẽ diễn nhanh ‒ Độ chênh lệch khối lượng riêng pha (liên tục phân tán): trình lắng hàm số chênh lệch khối lượng riêng pha liên tục phân tán ‒ Hệ số trở lực: hệ số trở lực tỷ lệ nghịch với vận tốc lắng Hệ số trở lực phụ thuộc vào khối lượng riêng pha liên tục, vận tốc chuyển động, đường kính hạt độ nhớt môi trường ‒ Hệ số lắng (thông qua thông số vận tốc lắng (u) độ nhớt mơi trường (µ) 1.1.4 Các thiết bị lắng  Thiết bị lắng nghiêng  Thiết bị lắng kiểu hố ga  Thiết bị lắng hình nón   Thiết bị lắng kiểu cào bã  1.1.5 Quy trình vận hành Quá trình lắng hạt rắn nước:  Lắng riêng rẽ (Lắng loại I): • Q trình lắng hạt lơ lửng nồng độ thấp • Các hạt lắng riêng rẽ trọng lực mà khơng có tương tác với • Loại sạn khỏi nước công đoạn lắng sơ cấp  Lắng keo tụ ( Lắng loại II) • Q trình lắng hạt lơ lửng keo tụ hình thành hạt kích thước lớn • Loại phần chất lơ lửng nước chưa xử lý trình lắng sơ cấp • Loại phần lắng thứ cấp • Loại bơng keo q trình keo tụ  Lắng vùng (Lắng loại III) • Các hạt tương tác với cản trở lắng riêng rẽ tạo thành khối có trọng lượng lớn lắng tạo thành hai lớp tách biệt • Xảy trình lắng thứ cấp tiếp sau trình xử lý sinh học  Lắng nén (Lắng loại IV) • Q trình lắng hạt nước có nồng độ cao • Các hạt liên kết tạo nên cấu trúc • Các hạt khác rơi vào cấu trúc làm tăng trọng lượng cấu trúc lắng xuống • Diễn phần thấp khối lượng bùn lắng, đáy bể lắng thứ cấp bể nén bùn 1.2 Lọc 1.2.1 Nguyên tắc Quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng cách cho hỗn hợp qua lớp vách ngăn: pha phân tán bị giữ lại pha liên tục sẽ qua vách ngăn Màng lọc loại bỏ hạt vật chất từ dòng nước thải mang hạt va chạm sau bắt giữ vật liệu lọc Thời gian lọc tăng lên độ dày hạt vật chất lắng đọng vật liệu lọc tăng lên chúng sẽ đóng vai trò phần vật liệu lọc hạt đến sau Khi lượng chất thải lắng đọng nhiều, làm tăng áp suất cần thiết để đẩy dòng qua vật liệu lọc màng lọc cần thay hay làm Quá trình loại bỏ hạt rắn màng lọc thông qua chế (hình sau): Hình 6: Các chế trình lọc * Thu bắt trực tiếp (direct interception): diễn dòng nước thải qua phạm vi ½ đường kính vật liệu lọc, khơng quan tâm đến đường kính hạt, khối lượng hay tính chất, sẽ bị thu giữ dòng nước thải đủ gần vật liệu lọc * Thu bắt quán tính (inertial impaction): diễn nước thải qua vật liệu lọc khoảng cách xa hơn, nhiên lực quán tính hạt làm cho có xu hướng chuyển động thẳng tách khỏi dòng nước mang điều giúp va chạm với vật liệu lọc bị thu giữ * Thu bắt lực hút tĩnh điện (electrostatic attraction): diễn hạt bẩn vật liệu lọc trải qua trình tích điện, thắng lực qn tính sau giữ lại vật liệu lọc thay ngồi dòng nước Màng lọc lớp cố định sử dụng hạt vật liệu có đường kính từ 0,5 – 1mm với tải trọng lọc hay vận tốc lọc từ 4,9 – 12,2 m/h Khi nước chảy qua lớp vật liệu sạch, độ giảm áp suất xác định cơng thức sau (phương trình Kozeny): h kµ (1 − ε ) A = ( ) v L V gρε Trong đó: h: Độ giảm áp suất màng lọc có độ dày L, m k: Hệ số Kozeny, g: Gia tốc trọng trường, 9,81m/s2 µ: Độ nhớt tuyệt đối nước, N.s/m2 ρ ε : Khối lượng riêng nước, kg/m3 : Độ rỗng vật liệu lọc, vô thứ nguyên A V : Tỷ số diện tích bề mặt hạt lọc đơn vị thể tích, =6/d với hạt hình cầu, = ψd hạt ( ψ hệ số hình dạng hạt) v: vận tốc lọc, m/s 1.2.2 Phân loại ‒ Tạo chênh lệch áp suất không đổi (∆P = const):Quá trình lọc gián đoạn Vận tốc lọc thay đổi từ wmax→0 ‒ Lọc với áp suất thay đổi: Quá trình lọc liên tục Vận tốc lọc khơng đổi (w = const) 1.2.3 Các thiết bị lọc  Hệ thống lọc liên tục 1.2.4 Quy trình vận hành Lọc xem trình quan trọng trình xử lý nước thải nước cấp Đây trình loại bỏ hạt rắn lơ lửng có nước cách cho dòng nước qua loại vật liệu lọc Vật liệu lọc cát, than, diatomit, khoáng ilmenite loại vật liệu sợi dệt Lọc cát sử dụng từ lâu tỏ biện pháp xử lý có hiệu cao Đây biện pháp xử lý hiệu cặn chứa vi sinh vật tảo, vi khuẩn, virut Quá trình lọc thơng thường diễn sau q trình xử lý sơ đông tụ, keo tụ, lắng Tuy nhiên, q trình lọc sử dụng trực tiếp nguồn nước có độ định Q trình lọc hai lớp (cát, than hoạt tính) cho hiệu xử lý cao so với trình lọc lớp 10  Tính ưu việt công nghệ xử lý nước thải màng lọc sinh học MBR Sự ổn định chất lượng nước sau xử lý • Đáp ứng tiêu chuẩn khắc khe chất lượng nước đầu ra, coliform chẳng hạn • Nhờ vào hiệu suất khử chất lơ lửng vi sinh cấp độ cao, nước sau xử lý tái sử dụng cho tòa nhà hay nhà máy nước tuần hồn • Có thể thiết kế để ứng dụng cho nhiều lĩnh vực với đặc thù riêng đòi hỏi chất lượng nước sau xử lý ổn định  Làm màng lọc sinh học MBR Việc lọc, giữ lại chất bất qua màng sẽ dẫn tới tắc chít màng Sau trình lọc chất bẩn, chất bẩn sẽ lưu lại thành màng, trám lỗ màng, tạo thành lớp cặn bám thành màng, cản trở trình lọc tiếp theo, giảm hiệu xử lý Vì ta phải tiến hành rửa màng thường xuyên, đảm bảo hiệu suất làm việc, tăng tuổi thọ cho màng Trên thực tế, ta dựa vào việc đo áp lực thiết bị để xác định thời điểm rửa lọc Có cách rửa lọc rửa lọc khí rửa lọc cách ngâm hóa chất • Làm sạch thổi khí: Cách đơn giản dùng khí thổi từ lên cho bọt khí vào ruột màng chui theo lổ rỗng ngoài, đẩy cặn bám khỏi màng • Ngâm hóa chất: Nếu tổn thất áp qua màng tăng lên 25- 30 cmHg so với bình thường, dùng cách rửa màng thổi khí, cần làm màng cách ngâm vào thùng hóa chất riêng khoảng – (Dùng chlorine với liều lượng – 5(g/L), thực – 12 tháng lần) 3.2.2.4.Công nghệ lọc sinh học (Trickling Filter) Bể lọc sinh học xử lý nước thải thiết bị phản ứng sinh học vi sinh vật sinh trưởng cố định lớp vật liệu lọc Bể lọc đại 70 bao gồm lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết Nước thải qua lớp vật liệu sẽ thấm nhỏ giọt Vật liệu lọc thường đá dăm hoặc khối vật liệu lọc có hình thù khác Nếu vật liệu lọc đá sỏi kích thước hạt dao động khoảng 0,5 -2,5 m, trung bình 1,8 m Bể lọc với vật liệu đá dăm thường có dạng tròn Nước thải phân phối lớp vật liệu lọc nhờ phận phân phối Bể lọc với vật liệu lọc chất dẻo có dạng tròn, vng, nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ – 12 m Ba loại vật liệu chất dẻo thường dùng (1) vật liệu với dòng chảy thẳng đứng, (2) Vật liệu với dòng chảy ngang, (3) vật liệu đa dạng Chất hữu sẽ bị phân huỷ quần thể vi sinh vật dính kết lớp vật liệu lọc Các chất hữu có nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2 mm bị phân huỷ vi sinh vật hiếu khí Khi vi sinh vật sinh trưởng phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, đó, oxy bị tiêu thụ trước khuếch tán hết chiều dày lớp màng sinh vật Như vậy, mơi trường kị khí hình thành sát bề mặt vật liệu lọc Khi chiều dày lớp màng tăng lên, trình đồng hoá chất hữu xảy trước chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc Kết vi sinh vật bị phân huỷ nội bào, khơng khả dính bám lên bề mặt vật liệu lọc bị rửa trôi 71 3.2.2.5 Công nghệ sinh học MBBR MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) công nghệ kết hợp ưu điểm vượt trội hệ thống xử lý bùn hoạt tính bể lọc sinh học, sử dụng giá thể sinh học cho vi sinh vật bám vào tạo lớp màng để vi sinh vật phát triển thực phân hủy chất hữu cơ, hợp chất nito, phospho nước thải Bể hoạt động tốt điều kiện lưu lượng, tải lượng ô nhiễm cao 72 Một điểm cần lưu ý công nghệ MBBR không cần q trình tuần hồn bùn tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý nước thải bùn hoạt tính sinh khối bể ngày tăng  Lớp màng sinh học Lớp màng sinh học quần thể vi sinh vật phát triển bề mặt giá thể sinh học Chủng loại vi sinh vật màng sinh học tương tự lớp bùn hoạt tính Hầu hết thuộc loại dị dưỡng (sử dụng chất hữu để tạo sinh khối) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu Vi sinh vật tùy tiện sử dụng oxy hòa tan nước thải, khơng có sẵn chúng sẽ sử dụng nitrit/ nitrat chất nhận điện tử Chất dinh dưỡng (cơ chất) oxy từ nước thải khuếch tán vào màng sinh học, sản phẩm phân hủy sinh học khuếch tán ngược lại từ màng sinh học vào nước thải Yếu tố chiều dày màng giá thể động ảnh hưởng lớn đến khuếch tán chất dinh dưỡng ngồi màng, thường nhỏ 10 µm Chất lượng màng sinh học tốt khó rơi khỏi vật liệu, độ dày lớp màng khoảng 10 -200 m, lớp màng có độ dày thay đổi theo tải trọng Khi oxy hòa tan chất bề mặt khuếch tán vào lớp phía so với lớp màng sẽ vi sinh vật tiêu thụ nhiều Sự giảm oxy thông qua lớp màng sinh học tạo điều kiện tạo mơi trường hiếu khí, thiếu khí, kị khí màng sinh học Việc xáo trộn giá thể bể quan trọng nhằm giúp cho chất dinh dưỡng bám lên bề mặt màng, đảm bảo độ dày màng sinh học Tốc độ xáo trộn phải điều chỉnh hợp lý để tránh tình trạng bào mòn giá thể động chuyển động nhanh dẫn đến va chạm vào làm bong tróc giảm hiệu trình xử lý 73  Đặc điểm giá thể sinh học • Tính kị nước khả bám dính cao, chiếm khoảng khơng gian • Kích thước nhỏ cấu trúc bề mặt lớn đảm bảo mật độ vi sinh bám dính cao phương pháp bùn hoạt tính truyền thống • Khơng bị ảnh hưởng hình dạng bể, sử dụng cho tất bể kị khí, hiếu khí, thiếu khí • Thời gian sử dụng lâu dài • Vật liệu làm giá thể phải có tỉ trọng nhẹ nước, đảm bảo điều kiện lơ lửng môi trường, chuyển động bể nhờ hệ thống thổi khí cách khuấy, đặc điểm đảm bảo yêu cầu mật độ bám dính vi sinh vào giá thể cao đạt hiệu xử lý tốt toàn bể • Mật độ giá thể bể yếu tố quan trọng cần quan tâm, giá trị tối ưu khoảng 25-50%, không vượt qua 67% Dưới số loại giá thể sinh học thường sử dụng cơng nghệ MBBR: 74 Hình ảnh số loại giá thể sinh học thông dụng hệ thống MBBR Giá thể sinh học cầu nhựa có chứa sợi tổng hợp hệ thống MBBR với nhiều ưu điểm vượt trội so với loại giá thể khác Với cấu trúc hình cầu tạo bề mặt tiếp xúc lớn, đảm bảo yêu cầu bề mặt bám dính cho vi khuẩn, đồng thời giảm ma sát va chạm q trình khuấy trộn, giảm bong tróc lớp màng sinh học Hình ảnh giá thể cầu nhựa có chứa sợi tổng hợp 75  Phân loại Bể MBBR có loại: MBBR hiếu khí MBBR thiếu khí (Anoxic), đảm bảo cho q trình xử lý Nitơ nước thải  Ưu điểm • Tiết kiệm khơng gian (thể tích, diện tích) trạm xử lý so với cơng nghệ truyền thống khác • Hiệu suất xử lý BOD > 90% • Xử lí N, P nước thải.NH3 – N : 98 – 99%, TN : 80- 85%, TP : 70 75% • Đạt hiệu kể nước thải có tỉ lệ BOD, COD cao • Dễ vận hành, khơng đòi hỏi kỹ thuật cao • Giảm chi phí bảo trì hệ thống • Không bị nghẹt bùn thời gian sử dụng lâu dài • Tính tự động hóa cao • Thường lắp đặt dạng thiết bị hợp khối (dạng thiết bị hay moduls) nên dễ dàng cho công tác lắp đặt di dời cần 76  Phạm vi áp dụng : rộng rãi, hầu hết tất hệ thống xử lý nước thải như: công nghiệp dệt nhuộm, thủy sản, sinh hoạt, bệnh viện…  So sánh hệ thống MBBR hệ thống bể sinh học hiếu khí 3.2.3 Cơng nghệ sinh học thiếu khí Anoxic Bể sinh học có nhiệm vụ khử Nitrogen Các vi khuẩn diện nước thải tồn dạng lơ lửng tác động dòng chảy dạng dính bám vật liệu Vi sinh thiếu khí phát triển sinh khối vật liệu Plastic có bề mặt riêng lớn dạng lơ lửng Vật liệu tiếp xúc vật liệu dạng nhựa gợn sóng Vật liệu cho vào bể với thể tích 2/3 thể tích bể  Mơ tả q trình khử Nitrate (denitrification) Khử nitrate, bước thứ hai theo sau q trình nitrate hóa, q trình khử nitrate-nitrogen thành khí nitơ, nitrous oxide (N2O) nitrite oxide (NO) thực mơi trường thiếu khí ( Anoxic) đòi hỏi chất cho electron chất hữu vơ Hai đường khử nitrate xảy hệ thống sinh học là: - Đồng hóa: Con đường đồng hóa liên quan đến khử nitrate thành ammonium sử dụng cho tổng hợp tế bào Nó xảy ammonium khơng có sẵn, độc lập với ức chế oxy - Dị hóa ( hay khử nitrate): Khử nitrate đường dị hóa liên quan đến khử nitrate thành oxide nitrite, oxide nitrous nitrogen 77 Một số loài vi khuẩn khử nitrate biết như: Bacillus, Pseudomoná, Methanomoná, Paracoccus, Spirillum, Thiobacillus, Achromobacterium, Denitrobacillus, Micrococus, Xanthomomas (Painter 1970) Hầu hết vi khuẩn khử nitrate dị dưỡng, nghĩa chúng lấy carbon cho trình tổng hợp tế bào từ hợp chất hữu Bên cạnh đó, có số loài tự dưỡng, chúng nhận carbon cho tổng hợp tế bào từ hợp chất vơ Ví dụ lồi Thiobacillus denitrificans oxy hóa ngun tố S tạo lượng vầ nhận nguồn carbon tổng hợp tế bào từ CO2 tan nước hay HCO3-  Phương trình sinh hóa q trình khử nitrate sinh học: Tùy thuộc vào nước thải chứa carbon nguồn nitơ sử dụng • Phương trình lượng sử dụng methanol làm chất nhận electron: 6NO3- + 5CH3OH -> 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH• Tồn phản ứng gồm tổng hợp sinh khối: NO3- + 1,08CH3OH + 0,24H2CO3 -> 0,056C5H7O2N + 0,47N2 + 1,68H2O + HCO3- O2 + 0,93CH3OH + 0,056NO3- -> 0,056 C5H7O2N + 0,47N2+ 0,59H2CO3 +0,56 HCO3• Phương trình lượng sử dụng methanol, ammonium-N làm chất nhận electron: NO3- +2,5CH3OH +0,5NH4+ + 0,5 H2CO3 -> 0,5 C5H7O2N + 0,5N2 + 4,5 H2O + 0,5HCO3• Phương trình lượng sử dụng methane làm chất nhận electron: 5CH4 + 8NO3- -> 4N2 + 5CO2 + 6H2O + 8OH- • Toàn phản ứng gồm tổng hợp sinh khối sử dụng nước thải làm nguồn carbon, ammonium-N, làm chất nhận electron: 78 NO3- + 0,345C10H19O3N + H+ + 0,267 NH4+ + 0,267HCO3- -> 0,612 C5H7O2N +0,5N2 + 2,3H2O + 0,655CO2 -Phương trình sinh hóa sử dụng methanol làm nguồn carbon chuyển nitrate thành khí nitơ có ý nghĩa thiết kế: Nhu cầu oxy bị khử 2,86 g/g nitrate bị khử Độ kiềm sinh 3,57gCaCO3/g nitrate bị khử nitrate nguồn nitơ cho tổng hợp tế bào Còn ammonium-N có sẵn, độ kiềm sinh thấo từ 2,93g CaCO3/g nitrate bị khử 3.2.3.1 Công nghệ sinh học USBF Bể USBF thiết kế dựa mơ hình động học xử lý BOD, nitrat hóa ( nitrification) khử nitrat (denitrification) Lawrence McCarty, lần giới thiệu Mỹ năm 1990, sau áp dụng châu Âu từ năm 1998 trở lại Tuy nhiên, giới mơ hình Lawrence McCarty áp dụng kết hợp nhiều dạng khác tùy thuộc vào đặc điểm nước Ở nước ta có số nghiên cứu công nghệ như: “ nghiên cứu xử lý nước thải đô thị công nghệ sinh học cải tiến USBF ( the Upflow Slugde Blanket Filter)” báo cáo hội nghị khoa học tháng 12-2005, trường đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia TPHCM đăng Tuyển tập kết nghiên cứu khoa học năm (2000-2005) khoa môi trường: “ Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị cơng nghệ bùn hoạt tính cải tiến USBF ( The Upflow Slugde Blanket Filter)” đề tài nghiên cứu khoa học cấp (trọng điểm Đại Học Quốc Gia) Kết nghiên cứu báo cáo hiệu xử lý chất ô nhiễm cao, nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại A Hiệu xử lý cụ thể số tiêu sau: SS 96%, COD 95,5%, BOD 99,2%, N 96,6% P 95,24%  Nguyên tắc hoạt động mơ hình 79 Mơ hình thiết kế nhằm kết hợp trình loại bỏ C, q trình nitrat hóa/khử nitrat loại bỏ dinh dưỡng (N,P) Nước thải trước xử lý mô hình lấy từ bể điều hòa loại bỏ chất rắn, sau bơm định lượng vào ngăn thiếu khí trộn lẫn với dòng tuần hồn bùn, ngăn ngày có vai trò ngăn chọn lọc thiếu khí (Anoxic selector) thực hai chế chọn lọc động học (Kinetic selection) chọn lọc trao đổi chất (Metabosilism selection) để làm tang cường hoạt động vi sinh vật tạo bơng nhằm tăng cường hoạt tính bơng bùn kìm hãm phát triển vi sinh vạt hình sợi gây vón bùn bọt Quá trình loại bỏ C, khử nitrat loại bỏ P diễn ngăn Sau nước thải chảy tự động từ ngăn thiếu khí qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở đáy ngăn USBF Ở oxy cung cấp nhờ ống cung cấp khí qua máy bơm khí Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn USBF di chuyển từ lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng Đây giai đoạn thể ưu điểm hệ thống kết hợp lọc xử lý sinh học dùng khối bùn hoạt tính Phần nước xử lý phía chảy tràn vào mương thu khí đầu tự động chảy Một phần hỗn hợp nước thải bùn ngăn tuần hoàn trở lại ngăn thiếu khí  Các q trình diễn hệ thống - Qúa trình khử C Đây q trình thiết kế cho mơ hình USBF Q trình đóng vai trò quan trọng q trình xử lý nước thải ảnh hưởng đến trình khác Các vi sinh vật sử dụng nguồn C từ chất hữu nước thải để tổng hợp chất cần thiết cung cấp cho sinh trưởng phát triển, sinh sản tế bào mới… Trong mơ hình USBF, q trình khử C diễn ngăn thiếu khí, hiếu khí ngăn USBF - Q trình Nitrat hóa (Nitrification) khử nitrat hóa (Detrinification) Trong tất phương pháp sử dụng để loại bỏ nitơ, kết hợp hai q trình nitrat hóa khử nitrat phương pháp có hiệu suất cao, ổn định giảm giá thành xử lý đơn giản hệ thống, tiết kiệm diện tích cho việc thiết lập hệ 80 thống Trong mơ hình nghiên cứu này, hai q trình nitrat hóa khử nitrat kết hợp hệ thống diễn hai ngăn khác ngăn thiếu khí ngăn hiếu khí Q trình nitrat hóa diễn chủ yếu ngăn hiếu khí hệ thống Đây trình tự dưỡng, vi khuẩn oxy hóa hợp chất chứa nitơ nước ( trước hết Amonia, NH4+) để lấy lượng cung cấp cho phát triển sinh sản chúng NH4+ + 2O2 NO3- + -> 2H+ + H2 O Quá trình diễn qua hai giai đoạn nối tiếp nhau: giai đoạn nitrit hóa giai đoạn nitrat hóa + Giai đoạn nitrat hóa: NH4+ sẽ oxy hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn nitrit hóa (Nitrosomomas Nitrosospira) theo phương trình phản ứng sau: NH4+ + 1,5O2 NO2- + -> 2H+ + H2 O + Giai đoạn nitrat hóa: NO2- sẽ chuyển thành NO3- nhờ vi khuẩn nitrat hóa (Nitrobacteria) theo phương trình phản ứng sau: NO2- + 0,5 O2 NO3- -> Quá trình khử nitrat diễn chủ yếu ngăn thiếu khí, q trình khử nitrat tạo sản phẩm cuối nitơ phân tử NO3- -> N2 Trong q trình dòng tuần hồn bùn từ ngăn hiếu khí đến ngăn thiếu khí đóng vai trò lớn mặt cung cấp nguyên liệu cho vi sinh vật hoạt động kể NO3- (sản phẩm q trình nitrat hóa diễn ngăn hiếu khí) Đồng thời dòng tuần hồn bùn sẽ mang theo vi sinh vật, nguồn C tham gia vào trình Đây ưu điểm mơ hình liên kết module thực chức khác hệ thống đơn giản - Quá trình khử Phospho 81 Phospho có nước thải dạng hợp chất vô hữu Các vi sinh vật sử dụng P dạng orthophosphate, polyphosphate để trì hoạt động, dự trữ vận chuyển lượng phát triển tế bào mới… Trong mơ hình USBF, việc kết hợp module thiếu khí, hiếu khí lọc sinh học với dòng tuần hồn bùn hoạt tính tạo nên dòng liên tục Q trình khử P kết hợp với trình khử C, q trình nitrat hóa khử nitrat Việc kết hợp module trình hỗ trợ vi sinh vật luân phiên điều kiện thiếu khí yếm khí, từ thúc đẩy trình xử lý diễn vượt trội mức bình thường Nước thải vào ngăn thiếu khí đầu tiên, mơi trường thiếu khí, vi khuẩn sẽ tác động phân giải hợp chất chứa P nước thải để giải phóng P Dòng P hòa tan (Soluble phosphorus) từ ngăn thiếu khí theo dòng nước qua ngăn hiếu khí vi khuẩn ưa P hấp phụ tích lũy Các vi khuẩn hấp phụ P cao mức bình thường ngồi việc phục vụ cho việc tơng hợp trì tế bào, vận chuyển lượn, chúng tích lũy lượng dư vào tế bào để sử dụng cho giai đoạn hoạt động sau Trong ngăn USBF, nhờ q trình lắng bùn hoạt tính nên P sẽ loại bỏ Ngồi ra, nhờ dòng bùn hoạt tính tuần hồn trở lại nên số vi khuẩn ưa P sẽ tuần hoàn trở lại ngăn thiếu khí sẽ tiếp tục phát triển hấp phụ P hòa tan có ngăn hiếu khí - Q trình lọc sinh học lắng ngăn USBF Ngăn USBF module đóng vai trò quan trọng, ưu điểm mơ hình thể module Q trình lọc dòng ngược với q trình lắng diễn Ngăn USBF có dạng hình trụ chóp ngũ diện úp ngược, đáy hình chữ nhật hướng lên, đỉnh hướng xuống, mặt bên hình tam giác Vì việc thu hồi bùn lắng tuần hoàn bùn thuận lợi dễ dàng Từ xuống dưới, ngăn USBF chia thành vùng: vùng nước cùng, vùng có lớp bùng lơ lững chưa lắng đống vai trò lớp lọc sinh học cuối đáy vùng nén bùn lắng Dòng hỗn hợp nước thải bùn vào ngăn USBF từ di chuyển lên nên dòng hợp nước thải chứa bùn 82 hoạt tính sẽ có vận tốc giảm dần, nghĩa bùn hoạt tính sẽ di chuyển chậm dần lơ lững vùng bùng lơ lững lâu lý sau: + Do hình dạng ngăn USBF tích tăng dần từ lên tạo nên gradient vận tốc di chuyển dòng nước bùn hoạt tính giảm dần từ đáy lên theo phương thẳng đứng + Do hạt bùn gắn kết lại với tạo bùn, chúng tạo lớp cản làm giảm vận tốc dòng vào đóng vai trò lớp lọc Khi bùn đủ nặng chúng sẽ lắng xuống đáy tạo nên gradient vận tốc di chuyển dòng bùn lắn từ xuống ngược với dòng dịch chuyển nước + Sự tuần hồn bùn hoạt tính đáy ngăn USBF tạo gradient vận tốc hướng xuống ĐIều ngày thật có ý nghĩa hiệu suất lọc tiếp tục xử lý sinh học sẽ nâng cao so với bể lọc truyền thống 83 Tài liệu tham khảo − − − − Xử lý nước thải - PGS-TS Hoàng Văn Huệ Trần Đức Hạ Nghị định 80/2014/NĐ-CP thoát nước xử lý nước thải BÀI GIẢNG MÔN XỬ LÝ NƯỚC THẢI - Giảng viên: TS.Nguyễn Thị Hường http://giaiphapmoitruong.vn/cong-nghe-xu-ly/cong-nghe-xu-ly-nuoc-thai-congnghiep.html 84 ... tan chất hoạt động bề mặt  Trong xử lý nước thải: ‒ Tách chất lơ lửng ‒ Làm đặc bùn sinh học  Ứng dụng: • Xử lý nước thải sinh hoạt • Xử lý nước thải công nghiệp: ‒ Nhiễm dầu ‒ Thuộc da... ngày cao cơng nghệ sản xuất mới, sử dụng hóa chất có hiệu cao, làm nồng độ ô nhiễm nước thải phức tạp thêm, gia tăng chất bẩn khó xử lý đặc biệt chất hữu khó phân hủy sinh học Các phương pháp. .. thể) 2.2.3 2.2.3.1 Quá trình Fenton xử lý nước thải Định nghĩa trình Fenton xử lý nươc thải Quá trình sản xuất ngày phát triển, kèm theo lượng nước thải sinh ngày nhiều, nồng độ chất ô nhiễm