Thiết kế bể UASB

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN MỤC TIÊU - Nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách thiết kế xây dựng bể UASB - Có hiểu biết bể UASB NỘI DUNG - Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động bể UASB - Cách thiết kế bể UASB - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thiết kế - Quá trình phân hủy kỵ khí yếu tố ảnh hưởng - Cách vận hành, thiết kế bể PHƯƠNG PHÁP - Nhóm tìm kiếm tài liệu mạng internet tham khảo sách thư viện - Dịch tài liệu nước ngồi - Có thảo luận nhằm đưa giải pháp phù hợp - Nhóm sâu vào trình thiết kế bể việc so sánh loại bể Trang MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ KỴ KHÍ NƯỚC THẢI 1.1 TỔNG QUAN 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KỴ KHÍ 2.1 CƠ CHẾ LÊN MEN KỴ KÝ 2.1.1 Thủy phân 2.1.2 Axit hóa 2.1.3 Axetat hóa 2.1.4 Metan hóa 2.2 LƯỢNG HÓA TRONG CÁC Q TRÌNH LÊN MEN KỴ KHÍ VÀ OXI HÓA 2.3 ĐỘNG LỰC CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ 10 2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ 16 2.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình phân hủy kỵ khí 16 2.4.2 Ảnh hưởng pH 19 2.4.3 Ảnh hưởng chất độc hại 19 2.5 ỨNG DỤNG VÀ HOẠT ĐỘNG 20 2.5.1 Ưu điểm q trình kỵ khí 20 2.5.2 Nhược điểm q trình kỵ khí 21 CHƯƠNG 3: CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ KỴ KHÍ NƯỚC THẢI 23 3.1 HỆ THỐNG XỬ LÝ KỴ KHÍ CỔ ĐIỂN 23 3.1.1 Những ứng dụng 23 3.1.2 Hồ sinh học kỵ khí 24 3.2 CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ TỐC ĐỘ CAO 26 3.2.1 Bể lọc kỵ khí 28 3.2.2 Các hệ thống có lớp bùn chuyển động giãn nỡ 29 3.2.3 Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí 31 3.2.4 Bể xử lý kỵ khí với tầng bùn hạt giãn nỡ 33 3.3 SO SÁNH HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KỴ KHÍ NƯỚC THẢI 34 Trang CHƯƠNG 4: BỂ UASB 36 4.1 THIẾT KẾ BỂ UASB 36 4.1.1 Các thông số cần quan tâm thiết kế bể UASB 38 4.1.2 Cấu tạo kích cỡ 39 4.1.3 Hệ thống tách pha 44 4.1.4 Thiết bị phân phối dòng chảy vào: 51 4.1.5 Hệ thống thu gom nước thải sau xử lý 56 4.1.5 Các thiết bị đặc biệt 59 4.1.6 Vật liệu xây dựng 61 4.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG 62 4.2.1 Cơ chế hoạt động 62 4.2.2 Phân bố bùn 63 4.2.3 Quá trình lắng 63 4.2.4 Chỉ tiêu đầu vào 64 4.2.5 Vận hành kiểm tra 64 4.2.6.Chi phí đầu tư 67 4.2.7 Nhân lực quản lý 69 4.2.8 Tác động đến môi trường 70 4.3 VÍ DỤ TÍNH TỐN 70 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hình 12 Hình 14 Hình 18 Hình 19 Hình 26 Hình 27 Hình 30 Hình 32 Hình 10 33 Hình 11 36 Hình 12 38 Hình 13 40 Hình 14 43 Hình 15 44 Hình 16 45 Hình 17 48 Hình 18 52 Hình 19 52 Hình 20 55 Hình 21 57 Hình 22 58 Hình 23 59 Hình 24 62 Hình 25 71 Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 15 Bảng 22 Bảng 25 Bảng 35 Bảng 64 Bảng 68 Bảng 69 Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ KỴ KHÍ NƯỚC THẢI 1.1 TỔNG QUAN Các trình kỵ khí xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cao Trong điều kiện oxy, vi khuẩn kỵ khí phân hủy chuyển hóa hợp chất hữu thành cacbon điơxyt mêtan (khí sinh học) Trước đây, q trình kỵ khí áp dụng cho xử lý bùn cặn, chất thải hữu cơ, nước thải có nồng độ chất hữu cao Trong trạm xử lý nước thải thị thường có cơng trình phân hủy ( bể metan ) để xử lý kỵ khí bùn cặn Vấn đề thiếu lượng năm 70 thúc đẩy việc phát triển áp dụng rộng rãi cơng nghệ xử lý kỵ khí phát sinh lượng Sau đó, có nhiều nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu ứng dụng tiến hành, kỹ thuật xử lý kỵ khí nước thải ngày cải tiến kết làm giảm đáng kể thời gian lưu bùn cơng trình xử lý kỵ khí Ngày nay, xử lý sinh học kỵ khí áp dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu trung bình thấp nước thải sinh hoạt 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Trước năm cuối kỷ 19, metan biết tới khí sản sinh từ q trình sinh-hóa Vào năm 1896 việc ứng dụng q trình phân hủy kỵ khí thực Anh để sản xuất khí metan thắp sáng cho đường phố Sau chiến tranh giới thứ hai, công nghệ xử lý kỵ khí phát triển nhanh, năm 1950, bể phản ứng tiếp xúc kỵ khí xuất Phát minh quan trọng xử lý kỵ khí cho phép kéo dài thời gian lưu bùn ( SRT) thời gian lưu nước ( HRT) bể phản ứng Cuối năm 1960, Yong McMarty phát minh bể lọc kỵ khí ( AF) Vào cuối năm 1970, Lettinga đồng nghiệp ông trường đại học nông nghiệp Hà Lan phát minh bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB), công nghệ xử lý nước thải ứng dụng rộng rải Công nghệ xử lý AF UASB thúc đẩy phát triển kỹ thuật xử lý kỵ khí tốc độ cao, xây dựng lý thuyết phát triển làm giàu vi sinh vật bùn nằm mục đích tăng cường hiệu hòa trộn tiếp xúc nước thải bùn Bể phản ứng kỵ khí tuần hoàn tầng bùn hạt giãn nở ( EGSB) ví dụ điển hình Trang CHƯƠNG 2: Q TRÌNH XỬ LÝ KỴ KHÍ 2.1 CƠ CHẾ LÊN MEN KỴ KÝ Sự chuyển hóa hợp chất cao phân tử thành khí sinh học đòi hỏi tác động vài nhóm vi sinh vật Quá trình phân hủy kỵ khí tiến hành qua bước khác phân hủy kỵ khí chất đạm, hydrat cacbon, chất béo Q trình chuyển hóa tồn phần bao gồm bốn giai đoạn Hình Q trình phát sinh metan từ hợp chất cao phân tử Các chữ số thể phần trăm (%) theo COD; lượng CO2 phát sinh không đề cập Nguồn: Gujer Zehnder (1983) 2.1.1 Thủy phân Quá trình chuyển hóa chất rắn phức tạp thành hợp chất hòa tan với trọng lượng phân tử nhẹ Q trình đòi hỏi tác động enzim ngoại bào tiết từ vi khuẩn gây men Các chất đạm phân hủy thông qua chuỗi thành axit amin, hydrat cacbon chuyển hóa thành chất đường hòa tan chất béo chuyển thành chuỗi axit béo glycerin Trên thực tế, tốc độ thủy phân gây ức chế tốc độ phân hủy kỵ khí Đặc biệt, tốc độ chuyển hóa chất béo xảy chậm điều kiện 20oC Trang 2.1.2 Axit hóa Trong q trình axit hóa, chất hòa tan tạo thành từ q trình thủy phân tác dụng vi khuẩn lên men chuyển hóa thành hợp chất hữu đơn giản ( axit béo dễ bay hơi, cồn, axit lactic ) chất khoáng ( carbon dioxit, hydro, amonia khí hydro sulfat) Q trình lên men axit thực nhiều loài vi khuẩn khác nhau, phần lớn chúng vi khuẩn kỵ khí bắt buộc Tuy nhiên, có số lồi vi khuẩn lưỡng tính chuyển hóa chất hữu qua đường oxy hóa Điều quan trọng xử lý nước thải kỵ khí, oxy hòa tan gây ảnh hưởng xấu cho vi khuẩn kỵ khí vi khuẩn metan hóa 2.1.3 Axetat hóa Các hợp chất tạo thành từ q trình axit hóa chuyển hóa thành sản phẩm cuối để sinh khí metan : axetat, hydro cacbon dioxit Như mơ tả hình 1, khoảng 70% COD nước thải đầu vào chuyển thành axit axetic phần lại tập trung làm nguồn cấp điện tử phản ứng tạo khí hydro Tùy thuộc vào oxy hóa chất hữu ban đầu, q trình axetat hóa diễn với tạo thành cacbon dioxit hydro 2.1.4 Metan hóa Metan hóa thường giai đoạn chiếm tỉ lệ hạn chế tồn q trình phân hủy, nhiệt độ thấp thủy phân Metan tạo thành từ trình phân hủy axetat phản ứng khử dioxit cacbon hydro, tương ứng, vi khuẩn lên men giấm vi khuẩn hydro - Tổng hợp metan từ vi khuẩn lên men giấm CH3COOH → CH4 + CO2 - Tổng hợp metan từ vi khuẩn hydro 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O Các vi khuẩn tổng hợp metan từ hydro dioxit cacbon phát triển nhanh vi khuẩn sử dụng axetat (Henzen Harremoes 1983), trình tổng hợp metan vi khuẩn lên men giấm thường chiếm tỉ lệ giới hạn suốt q trình chuyển hóa hợp chất hữu cao phân tử có nước thải thành khí sinh học Trang Các nhóm vi khuẩn khác tham gia q trình chuyển hóa chất hữu có khả đồng hóa dị hóa Vì vậy, song song với q trình giải phòng sản phẩm lên men khác nhau, lượng sinh khối tạo thành bốn giai đoạn chuyển hóa mơ tả Để thuận tiện, ba q trình gộp lại với nhâu cà gọi trình lên men axit, trình thứ tư gọi q trình metan hóa Q trình lên men axit có khuynh hướng làm giảm pH làm phát sinh axit béo dễ bay chất trung gian dễ phân ly Vì q trình metan hóa tiến triển tốt điều kiện pH trung tính, nên lý đó, phản ứng trở nên khơng ổn định tốc độ khử axit q trình metan hóa giảm so với tốc độ phát sinh axit, tổng lượng axit lại làm giảm pH, gây ức chế khả phát tiển hoạt động vi khuẩn metan hóa Trên thực tế, tượng gọi “chua” bể phản ứng kỵ khí, cố thường gặp vận hành hệ thống xử lý kỵ khí Để tránh tượng “chua”, cần trì cân q trình lên men axit metan hóa 2.2 LƯỢNG HĨA TRONG CÁC Q TRÌNH LÊN MEN KỴ KHÍ VÀ OXI HÓA Một số giới hạn chất hữu sử dụng vi khuẩn metan hóa phản ứng tạo thành CO2, phản ứng loại nhóm methyl nêu (Madigan cs 2000), tương ứng, liên quan đến phản ứng oxy hóa hydro, axit formic, oxit cacbon, metan, metylamin axetat 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O 4HCOO- + 4H+ → CH4 + 3CO2 + 2H2O 4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O 4(CH3)3N + H2O → 9CH4+ 3CO2 + 6H2O + 4NH3 CH3COOH → CH4 + CO2 Trong phản ứng metan hóa CH3COOH, axetat tách thành metan cacbon dioxit COD bị loại bỏ bể phản ứng tính tốn theo sản phẩm Trang metan COD metan tổng lượng oxy cần thiết đề oxy hóa cacbon dioxit nước CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Từ phản ứng trên, lượng COD/mole metan 2x2x16= 64gO2/mole CH4 Thể tích mol metan điều kiện chuẩn ( 0OC 1atm ) 22,414 L, nên CH4 tương đương với COD chuyển đổi điều kiện kỵ khí 22,414/64 = 0,35 L CH4/ gCOD 2.3 ĐỘNG LỰC CỦA Q TRÌNH PHÂN HỦY KỴ KHÍ Các quy luật động lực học phát triển sinh học dựa hai mối quan hệ bản: tốc độ sinh trưởng vi khuẩn tốc độ tiêu thụ chất Ảnh hưởng nồng độ chất ( ví dụ chất dinh dưỡng) tới tốc độ sinh trưởng vi sinh vật mô mơ hình tốn học khác ( Monod, 1949; Moser, 1958; Contois, 1959; Grau cs.,1975) Hô hấp nội bào, thơng thường định nghĩa q trình tự phân hủy sinh khối, dùy trì tế bào, ăn, chết tế bào tiêu hủy trình dẫn đến suy giảm khối lượng tế bào Các trình quan trọng hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt hệ thống kỵ khí, chúng thường vận hành điều kiện tốc độ sinh trưởng thấp Để tính tốn ảnh hưởng hưởng trình tới tốc độ sinh trưởng, tốc độ tiêu hủy vi sinh vật sử dụng sử dụng để thay cho tốc độ sinh trưởng Động lực học trình trao đổi chất vi sinh vật biểu thị hai phương trình Monod đề xuất (1) Tốc độ sinh trưởng vi sinh vật tỉ lệ thuận với tốc độ tiêu thụ chất (đường) ( 𝑑𝑋 𝑑𝑆 𝑋𝜇𝑚 𝑆 ) = 𝑌 ( ) = 𝑋𝜇 = (𝑆 + 𝐾𝑠 ) 𝑑𝑡 𝑔 𝑑𝑡 𝑢 (2) Tốc độ tiêu hủy vi sinh vật, diễn giải theo phương trình bậc : 𝑑𝑋 ( ) = −𝑋𝑏 𝑑𝑡 𝑑 Trang 10 4.1.5 Các thiết bị đặc biệt ❖ Điểm lấy mẫu bùn độ sâu khác nhau: Việc lấy mẫu dung dịch bể phản ứng để có thơng tin phân bố nồng độ bùn độ hoạt tính bùn theo chiều sâu bể thực cách dễ dàng sử dụng cửa lấy mẫu bố trí đỉnh thiết bị tách pha KLR mơ tả hình 21a Thiết bị lấy mẫu đưa qua cửa mẫu hút từ tất mức độ sâu cần thiết Thông thường cần phải dùng bơm lấy mẫu bùn đại diện trường hợp lấy mẫu vị trí có mật độ bùn cao Hoặc lấy mẫu phương pháp xả áp lực thuỷ tĩnh hình 21b Khơng cần dùng đến bơm có áp lực thuỷ tĩnh > m đường kính ống lấy mẫu ≥ 25 mm Thông thường mẫu bùn lấy để đánh giá phân bố nồng độ bùn theo chiều sâu đặc tính vật lý, hó học sinh học bùn ❖ Thiết bị xả bùn: Về nguyên lý, chất lượng nước sau xử lý tốt khối lượng bùn bể tăng Tuy nhiên, thấy độ cao định lớp bùn, khả lưu giữ hệ thống chất rắn lơ lửng giảm đáng kể Tất lượng bùn tạo bể sau đạt độ cao tối đa bị theo nước sau xử lý khỏi hệ thống Sự xuất lượng bùn dư làm giảm chất lượng nước sau xử lý Vì lý này, bùn cần tiến hành xả định kỳ lớp bùn bể vượt mức tối đa theo thiết kế Việc cần thực hiên nghiêm túc đặc biệt sau hệ thống xử lý kỵ khí khơng có bước xử lý bổ sung hồ sinh học bể lắng Hình 23 Các biện pháp lấy mẫu xả bùn từ độ sâu khác Trang thái bùn bể tiến hành đánh giá tốt thực nghiệm đặc tính bùn phụ thuộc vào thành phần nước thải Hơn Trang 59 khối lượng bùn tối đa xả sau lần hoạt động mà không gây ảnh hưởng tới chất lượng nước sau xử lý tần suất xả bùn xác định qua thí nghiệm.Nhìn chung việc xả bùn cần thực theo chu kỳ (ví dụ,hàng tuần) lượng bùn định xả đi, với lượng bùn hình thành khoảng thời gian Tần suất xả bùn bị ảnh hưởng công suất xử lý bùn cặn Về nguyên lý có hai phương pháp xả bùn: (1) Xả trực tiếp từ cao trình cố định(hình 21b); (2) Bơm bùn từ bể qua cửa lấy mẫu thiết bị tách pha KLR (hình 21a) Liên quan tới vị trí xả bùn, điều quan trọng phải “bỏ phí” phần bùn có hoạt tính thấp nhằm giữ lại phần bùn tốt bể phản ứng Đối với đối tượng xử lý nước thải sinh hoạt, nhìn chung bùn bể thường phân bố với lớp đáy dày lớp bùn kết tụ phía mỏng Bùn dư cần xả từ lớp bùn Nếu bùn “nặng” phần đáy bể có hoạt tính trở nên sơi cạn cát mịn tích tụ, nên xả bùn từ đáy bể Biện pháp xả tránh làm giảm tượng tích động cát đáy bể ❖ Thiết bị thu gom khí sinh học: Thiết bị thu gom khí sinh học cho phép xả khí tích tụ buồng khí an tồn giử mức ổn định mặt phân giới lỏng-khí Mặc dù khí sinh học phát sinh trình xử lý nước thải sinh hoạt thường thấp (dưới 100L/m3 nước thải),đường kính ống dẫn khí cần đủ lớn để tránh tượng tắc váng bùn đẩy theo bọt khí vào ống dẫn Điều quan phải lắp đặt thiết bị xả khí bổ sung cho phép khí trường hợp tắc nghẽn tránh áp lực dồn lên tách pha KLR Nếu mặt phân giới lỏng-khí thấp mặt nước bể UASB, khí sinh học thu qua thiết bị thuỷ lực với áp suất khí nén cố định chiều cao cột nước Kinh nghiệm vận hành cho thấy nước ngưng tụ tích lại hệ thống thuỷ lực nên cần có biện pháp xả nước ngưng tụ nhằm trì mức nước cần thiết thiết bị thuỷ lực Việc tránh khả tạo thành trạng thái chân khơng khơng hồn tồn thiết bị tách pha vơ quan trọng điều dẫn tới tượng nổ bên Hiện tượng xảy vận hành khơng đúng, ví dụ lưu Trang 60 lượng xả bùn vượt lưu lượng nước thải cấp vào hệ thống trình xả bùn dư Trong trường hợp mức nước bể UASB hạ thấp xuống vậy, áp suất buồng khí giảm Để tránh gây hư hỏng tới thiết bị tách pha KLR, hệ thống nên trang bị thiết bị xả áp suất chân không Các cửa lấy mẫu xả bùn dùng cho mục đích này, minh hoạ hình 4.59a 4.1.6 Vật liệu xây dựng Việc lựa chọn vật liệu xây dựng cách quan trọng, có liên quan tới độ bền bể UASB Vì trình phân huỷ kỵ khí tạo mơi trường có tính ăn mòn cao, cần hạn chế sử dụng vật liệu kim loại Ngay kim loại quý đồng thép khơng gỉ bị ăn mòn mạnh bể kỵ khí chí sơn lớp mạ bảo vệ phần Nhìn chung bê tông gạch bê tông cốt thép vật liệu xây dựng phù hợp để xây thành bể Với thiết bị cụ thể mà việc sử dụng bê tông không thực phù hợp, nên sử dụng vật liệu không han gỉ nhựa PVC cho ống dẫn đầu vào đầu ra, gỗ cứng fibro xi măng cho số phận hệ thống tách pha KLR vách ngăn giữ bọt váng composit cốt sợi thuỷ tin thùng phân phối vào Trang 61 4.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG 4.2.1 Cơ chế hoạt động Nước thải sau điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối bảo đảm phân phối nước diện tích đáy bể Nước thải từ lên với vận tốc 0,6 ÷ 0,9 m/h Hỗn hợp bùn kỵ khí bể hấp phụ chất hữu hòa tan nước thải, phân hủy chuyển hóa chúng thành khí ( khoảng 70 – 80% metan, 20 – 30% cacbonic) Bọt khí sinh bám vào hạt bùn cặn lên làm xáo trộn gây dòng tuần hồn cục lớp cặn lơ lửng, hạt cặn lên va phải chắn(7), hạt cặn bị vỡ, khí lên trên, cặn rơi xuống Hỗn hợp bùn nước tách hết khí qua cửa (8) vào ngăn lắng Nước thải ngăn lắng tách bùn lắng xuống đáy qua cửa (6) tuần hồn lại vùng phản ứng kỵ khí Nước dâng lên thu vào máng (10) theo ống (12) dẫn sang bể làm hiếu khí ( làm đợt 2) Khí Biogass dàn ống (11) thu bình chứa (13) theo ống dẫn khí đốt (14) ngồi Hình 24 Sơ đồ cấu tạo nguyên tắc hoạt động bể UASB 1- Bể điều hòa lưu lượng trạm bơm nước thải 2- Bộ phận đo điều chình pH 3- Định lượng chất dinh dưỡng N, P cần 4- Ống dẫn dàn ống phân phối nước thải bể 5- Thể tích phản ứng kỵ khí 6- Cửa tuần hồn lại cặn lắng 7- Tấm chắn khí 8- Cửa dẫn hỗn hợp bùn nước sau tách khí vào ngăn lắng Trang 62 9- Thể tích vùng lắng bùn 10- Máng thu nước 11- Ống dẫn hỗn hợp khí metan 12- Ống dẫn nước sang bể xử lý hiếu khí (đợt 2) 13- Thùng chứa khí 14- Ống dẫn khí đốt 15- Ống xả bùn dư thừa 4.2.2 Phân bố bùn Bùn bể sinh khối đóng vai trò định việc phân hủy chuyển hóa chất hưu cơ, bùn hình thành vùng rõ rệt bể phản ứng Ở chiều cao khoảng ¼ bể tính từ đáy lên, lớp bùn hình thành hạt cặn keo tụ nồng độ từ – 7%, lớp lớp bùn lơ lửng nồng độ 1000 – 3000 mg/l gồm cặn chuyển động lớp bùn đáy bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rớt xuống Trên mặt tiếp giáp với pha khí, nồng độ bùn nước bé Nồng độ cao bùn hoạt tính bể cho phép bể làm việc với tải lượng chất hữu cao, Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc có hiệu đòi hỏi thời gian vận hành khởi động từ đến tháng Nếu cấy vi khuẩn tạo axit vi khuẩn tạo metan trước với nồng độ thích hợp vận hành với chế độ thủy lực ≤ ½ cơng suất thiết kế, thời gian khởi động rút ngắn từ đến tuần Cặn dư thừa định kỳ xả Lượng dư 0,15 – 0,2 hàm lượng COD, tức nửa cặn sinh so với xử lý hiếu khí Cặn xả ổn định đưa trực tiếp đến thiết bị làm khơ 4.2.3 Q trình lắng Hỗn hợp vi sinh kỵ khí phân hủy chất hữu bể tình trạng trộn lẫn ba pha : khí, nước, bùn Để đưa nước khỏi bể trước hết phải tách khí khỏi hỗn hợp tách khí đặt nghiêng so với phương ngang ≥ 55O ( thiết bị tách pha) Sau tách khí, hỗn hợp bùn chảy theo cổng số (8) với vận tốc – 10 m/h vào ngăn lắng (9) Thể tích ngăn lắng tính theo thời gian lưu nước ≥ Cặn rơi xuống đáy hình ngăn lắng chảy qua khe (6) trở lại ngăn phân hủy kỵ khí (5) Trang 63 4.2.4 Chỉ tiêu đầu vào Bảng 5: Số liệu kỹ thuật vận hành bể UASB Nguồn nước thải Hàm lượng Thời gian Tải trọng COD đầu vào lưu nước COD (kg (mg/l) bể (giờ) COD/ m3 Hiệu khủ COD (%) ngày) Nước thải 500 – 800 - 10 – 10 70 – 75 20.000 - 10 14 – 15 60 4.500 – - 10 8–9 75 – 80 - 10 12 80 18.000 - 10 7–9 90 8.300 - 10 18 55 7.700 - 10 12 80 Chế biến 2.300 – 5- 10 – 10 75 - 80 hải sản 3000 sinh hoạt Nhà máy rượi, men rượi Chế biến bột khoai tây Chế biến sữa Nhà máy 000 3.000 – 3.400 hóa chất hữa tổng hợp Chế biến rau hoa Giấy loại 4.2.5 Vận hành kiểm tra Sau hoàn thành việc xây bể UASB, nên kiểm tra tình trạng hoạt động phận khác hệ thống thiết bị đầu vào đầu ra, có nghĩa kiểm tra khả phân phối nước vào đáy bể thu nước từ phía đỉnh bể Nếu nên tiến hành kiểm tra thuỷ lực nước sạch, không dùng nước thải Trang 64 Bước kiểm tra chất lượng thiết bị thu gom khí Việc thực cách nén khơng khí vào buồng khí bên thiết bị tách pha KLN Nếu buồng khí bố trí chìm hồn tồn, dễ dàng phát chỗ rò rỉ vị trí có bọt khí lên Với thiết bị tách pha bố trí chìm phần, việc phát chỗ rò rỉ khó khăn Trong trường hợp nên tăng áp suất buồng khí chờ khoảng thời gian đủ lâu để kiểm tra xong áp suất khơng khí có bị giảm khơng Khi áp suất khơng khí bị giảm, tìm thấy chỗ rò rỉ dung dịch xà phòng Việc kiểm tra khả vận hành ổn định hệ thống tách pha để phát chỗ tắc thiết bị thu gom khí quan trọng Việc thực cách đóng cửa khí thổi khơng khí vào vùng thiết bị tách pha đạt mức khí khẩn cấp Việc xây dựng hệ thống tách pha cần đảm bảo phận không bị hỏng gắn chặt vào thành bể UASB Trong thực tế , số nhà máy kỵ khí khơng hoạt động xác có số vấn đề họ thơng tin sai lạc người sử dụng liều lượng cao định kiến Ngày nay, hoạt động lò phản ứng kỵ khí coi đơn giản, số khái niệm hiểu rõ ràng Khái niệm liên quan đến ngun tắc tiêu hóa kỵ khí , hợp chất hữu phức tạp chia thành axit hữu ( " béo" ) sau axit biến đổi thành khí methane , CO2, nước tế bào vi khuẩn kỵ khí Điều đơn giản hóa sau ( phản ứng thực tế phức tạp bao gồm tiểu - phản ứng khác ) : Trang 65 Một hiểu khái niệm axit hóa / methanisation , trở nên dễ dàng để hiểu kiểm sốt q trình đơn giản dựa phân tích thơng số sau ngày : - COD : biểu thị cho nhiều chất hữu loại bỏ; COD ( hợp chất hữu ) loại bỏ chúng chuyển đổi thành CH4 ; chuyển đổi phần phức tạp hợp chất hữu chuyển đổi thành axit hữu cơ, kết việc Kiểm tra COD có giá trị cao tồn , độ pH giảm - Lò phản ứng kỵ khí : phải có 80% hoạt động phù hợp với điều kiện ; - Axit béo dễ bay tính kiềm tổng cộng phía phận lò phản ứng : thể cao hay thấp axit hữu cung cấp thông qua lò phản ứng ; số , kiểm tra pH , loại bỏ COD tạo khí methane, cung cấp cách tồn diện rõ ràng hữu / axit / methane cân ; cách dễ để xác định tình trạng hoạt động tốt ( axit béo dễ bay VFA / tổng tỷ lệ độ kiềm ) , biểu diễn : + 0,15 = > tình trạng ổn định : hầu hết hợp chất hữu chuyển đổi thành axit hữu sau thành CH4 + 0,15 0,20 = > hoạt động đòi hỏi chăm sóc ; bước làm cho lò phản ứng khỏi bị tải + 0,20 0,25 = > ý tối đa phải đượcthực hiện: lò phản ứng gần tải ( điều khoản tải, tải , có nghĩa tỷ lệ chất hữu số lượng vi khuẩn kỵ khí có lò phản ứng q cao mà vi sinh vật “ ăn” hợp chất hữu chuyển đổi hoàn toàn sau để thành CH4) + 0,25 = > lò phản ứng " axit hóa ", có nghĩa chuyển đổi chủ yếu acid hữu , khơng chuyển đổi sang CH4; q nhiều axit hóa cho q methanisation - pH : q trình axit hóa methanisation xác định sinh hóa phản ứng trạng thái cân lò phản ứng kỵ khí , theo dõi độ pH thiết yếu; " axit hóa " xảy hành động thường tăng pH đầu vào , hầu hết thời gian Trang 66 định sai lầm , khơng giải ngun nhân xảy q mức - Lưu lượng methane : cách kiểm tra hệ hữu với lượng tải metan ( hàng hàng ngày ) biết xác liệu lò phản ứng kỵ khí hoạt động tốt hay khơng ; chuyển đổi lý thuyết khoảng 0,45 CH4m3 / kg COD (7.2 ft³ / lb COD);thừa nhận thay đổi lưu lượng khí metan làm cho phát men vi sinh methanogenic hoạt động vi khuẩn kỵ khí , chí xác định độc hại tải ức chế - thành phần khí sinh học: đóng vai trò gần giống mục nêu trên; thành phần “ tốt “ nên khoảng 60-65 % CH4 4.2.6.Chi phí đầu tư Chi phí xử lý nước thải phụ thuộc vào: - Quy mô hệ thống xử lý nước thải; - Chi phí lao động vật liệu theo giá địa phương; - Độ phức tạp trình cần thiết, định chất lượng nước thải, tiêu chuẩn xả địa phương, yêu cầu bảo hộ lao động mức độ tự động hố; - Chi phí lượng; - Chi phí đất Trên bảng bảng nêu số liệu so sánh chi phí ba hệ thống xử lý nước thải Xét khía cạnh kỹ thuật đơn giản dung tích yêu cầu nhỏ, UASB hệ thống có chi phí thấp Trang 67 Bảng So sánh chi phí đầu tư ba hệ thống xử lý nước thải Chi phí Hồ hiếu khí UASB + hồ hiếu khí Chi phí Bùn hoạt tính ( bao gồm xử lý bùn) Z1 Z2 Z1 Z2 Z1 Z2 369 276 950 766 1026 951 25 21 48 45 585 506 Đất 2125 1300 625 175 525 500 Tổng 2519 1597 1623 986 2136 1957 Chi phí 50 32 32 20 43 39 211,8 135,6 154,1 98,8 233,8 212,4 74,8 67,6 82,3 74,1 220 203,8 286,6 203,1 236,4 172,8 453,8 416,2 0,098 0.070 0,081 0,059 0,155 0,143 đầu tư Xây dựng Kỹ thuật sở vật chất đầu tư USD/người Bảo dưỡng hàng năm Vận hành hàng năm Tổng chi phí hàng năm USD/m3 Giả sử: Quy mô thiết kế: 5000 dân Trang 68 Chuẩn xả thải: BOD5(Z1):20mg/L, BOD5(Z2):50mg/L Giá đất: $25/m2 Giá điện: $0,1/kWh Thời gian sử dụng: 20 năm Lãi suất: 8% Bảng So sánh chi phí đầu tư ba hệ thống xử lý nước thải có tính đến lượng phát sinh Chi phí Hồ hiếu khí UASB + hồ hiếu khí Bùn hoạt tính ( bao gồm xử lý bùn) Z1 Z2 Z1 Z2 Z1 Z2 211, 135, 154,1 98,8 233,8 212,4 74,8 67,6 82,3 74,1 220 203,8 0 -11 -11 -27 -23 Tổng chi phí 286, 203, 224,9 161,4 42 393,2 hàng năm 0,09 0,07 0,077 0,055 0,146 0,135 Chi phí đầu tư Chi phí xây dựng Năng lượng phát sinh (tiêu hao) USD/m3 4.2.7 Nhân lực quản lý Tùy thuộc quy mô, mức độ tự động hóa khả hoạt động, hệ thống xử lý kỵ khí cần từ ÷ 10 nhân viên, bao gồm cán quản lý có cử nhân chịu trách nhiệm quản lý điều khiển hệ thống xử lý nước thải Hai đến ba vị trí dành cho nhân viên kiểm tra chất lượng, người thực kiểm tra phân tích thường xuyên chất lượng nước thải nhằm đảm bảo hiệu suất xử lý Một vị trí dành cho thợ điện Trang 69 4.2.8 Tác động đến môi trường Xử lý kỵ khí có tác động tích cực môi trường : mức tiêu thụ lượng thấp, tạo lượng (metan) bùn dư Cần tiến hành xử lý bổ sung trước xả; vi khuẩn không xử lý triệt để cần tiến hành khủ trùng nước thải sau xử lý Xử lý kỵ khí tạo NH3 H2S, gây tác động xấu đến mơi trường làm việc 4.3 VÍ DỤ TÍNH TỐN Tính tốn thiết kế bể UASB để xử lý nước cho nhà máy chế biến hải sản – công suất xử lý: 200m3 / ngày COD đầu vào : 2000 mg/l BOD = 1200 mg/l Yêu cầu sau bể UASB: COD lại ≤ 500 mg/l để đưa sang xử lý quy trình hiếu khí Giải : Hiệu làm : E = 2000 − 500 2000 = 75% Lượng COD cần khử ngày : G = 200 m3 × (2000 − 500) × 103 = 300 kg/ngày Tải trọng khử COD bể lấy theo bảng : a = kg COD/ m3 ngày Dung tích xử lý yếm khí cần thiết: V= G 300 = = 37,5 m3 a Tốc độ nước lên bể: v = 0,9 m/h Diện tích bể cần thiết: F= Q 200 = = 9,25 m2 v 24giờ × 0,9 Chiều cao khoang phân hủy: H1 = V 37,5 = = 4,1 m F 9,25 Trang 70 Tổng chiều cao bể : H = H1 + H2 +H3 H1 : Chiều cao khoang phân hủy H2 : Chiều cao khoang lắng ( H2 = 1,2m) H3 : Chiều cao dự trữ ( H3 = 0,3m) Chiều cao bể : H = 5,6 m Kiểm tra thời gian lưu nước : V = H × F = 5,3 × 9,25 = 49,025 m3 T= V Q ngày × 24 = 49,025 × 24 = 5,88 200 Hình 25 Bể UASB có chiều rộng 2,6m , dài 3,6m Trang 71 KẾT LUẬN Xử lý nước thải kỵ khí q trình chi phí thấp , coi đơn giản đáng tin cậy Các ưu điểm q trình hiếu khí thơng thường giảm diện tích u cầu, lượng tiêu thụ thấp ,yêu cầu chất dinh dưỡng thấp hơn, khả tràn đầy lượng ứng dụng khí sinh học Tuy nhiên diện tích xây dựng mặt bể tương đối lớn trình khởi động bể nhiều thời gian nhảy cảm với yếu tố ngoại tác PH, nhiệt độ , chất độc …nên việc vận hành gặp số khó khăn Bể UASB ứng dụng cho hầu hết tất loại nước thải có nồng độ COD từ mức trung bình đến cao: thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột… Điều cho thấy bể UASB có khả ứng dụng rộng rãi để giảm thiểu chất hữu dễ phân hủy sinh học nhiều nước thải cơng nghiệp nhiều loại hình sản xuất Trang 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xử lý nước thải chi phí thấp D Xanthoulis người khác 2010 [2] Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải Tác giả: TS Trịnh Xuân Lai 2009 [3] Gujer, W., and Zehnder, A.J.B Conversion processes in anaerobic digestion 1983 [4] Henzen, M., and Harremoes, P Anaerobic treatment of wastewater in fixed film reactors – a literature review 1983 [5] O’rourke jt , Kinetics of Anaerobic Treatment at Reduced Temperature PhD Thesis, Stanfort Univ., Stanford, Cal., USA 1968 [6] Goncalves, R.F., and de Avaujo, V.L Combining Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactors and Submerged Aerated Biofilters for Secondary 1999 [7] Speece, R.E Anarobic Biotechnology for Industrial Wastewaters, Archae Press, Nashville, TN 1996 [8] Van De Last, A.R.M Anaerobic treatment of settled sewage with the EGSB and the FB processes Report Agricultural University of Wageningen, Department of Water Pollution Control 1991 [9] Lettingga, G., and Hulshoff Pol, L.W UASB – Process Designs for Various Types of wastewaters Wat Sc and Tech 1991 [10] Malina, M.T, Martinko, J.M., and Panker, J Brock Biology of Microoganisms , 9th ed., Prentice – Hall, Upper Saddle River, NJ 2000 Trang 73 ... 4: BỂ UASB 36 4.1 THIẾT KẾ BỂ UASB 36 4.1.1 Các thông số cần quan tâm thiết kế bể UASB 38 4.1.2 Cấu tạo kích cỡ 39 4.1.3 Hệ thống tách pha 44 4.1.4 Thiết. .. rộng rãi xử lý kỵ khí chất thải Sơ đồ cấu tạo bể UASB mô tả hình Thiết bị đặt thù bể UASB phận tách pha rắn-lỏng-khí Thiết bị bố trí phần bể chia bể thành phần: phần phần phần hủy, phần vùng lắng... dụng cơng trình: bể lọc kỵ khí, bể kỵ khí với lớp bùn chuyển động giãn nở, bể UASB có khơng có thiết bị tách pha lỏng - rắn Do vậy, phần tập trung thảo luận phần 3.2.1 Bể lọc kỵ khí Bể lọc kỵ khí