− Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động g[r]
(1)CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Nước thải nói chung có chứa nhiều chất nhiễm khác nhau, địi hỏi phải xử lý phương pháp thích hợp khác Một cách tổng quát, phương pháp xử lý nước thải chia thành loại sau:
− Phương pháp xử lý lý học;
− Phương pháp xử lý hóa học hóa lý; − Phương pháp xử lý sinh học
I Phương pháp xử lý lý học
− Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định
- Trong nước thải thường chứa chất không tan dạng lơ lửng Để tách chất khỏi nước thải Thường sử dụng phương pháp học lọc qua song chắn rác lưới chắn rác, lắng tác dụng trọng lực lực li tâm lọc Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải mức độ cần làm mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp
a Song chắn rác
- Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại thành phần có kích thước lớn (rác) giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon… giữ lại Nhờ tránh làm tắc bơm, đường ống kênh dẫn
- Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác phân thành loại thơ, trung bình mịn Song chắn rác thơ có khoảng cách từ 60 – 100 mm song chắn rác mịn có khoảng cách từ 10 – 25 mm Theo hình dạng phân thành song chắn rác lưới chắn rác Song chắn rác đặt cố định di động Song chắn rác làm kim loại, đặt cửa vào kênh dẫn, nghiêng góc 45 – 600 làm thủ cơng nghiêng góc 75 – 850 làm máy Tiết diện song chắn trịn, vng hỗn hợp
b Lắng cát
- Bể lắng cát thiết kế để tách tạp chất vơ khơng tan có kích thước từ 0,2mm đến 2mm khỏi nước thải nhằm đảm bảo an tồn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mịn, tránh tắc đường ống dẫn tránh ảnh hưởng đến cơng trình sinh học phía sau Bể lắng cát phân thành loại: bể lắng ngang bể lắng đứng
(2)các hạt cát, hạt sỏ hạt vô khác lắng xuống đáy, hầu hết hạt hữu khác khơng lắng xử lý cơng trình tiếp theo,
c Lắng
- Bể lắng có nhiệm vụ lắng hạt cặn lơ lửng có sẵn nước thải (bể lắng đợt 1) cặn tạo từ q trình keo tụ tạo bơng hay trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2) Theo dòng chảy, bể lắng phân thành: bể lắng ngang bể lắng đứng
- Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn 0,01 m/s thời gian lưu nước thừ 1,5 – 2,5 h Các bể lắng ngang thường sử dụng lưu lượng nước thải lớn 15000 m3/ngày
- Đối với bể lắng đứng, thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ lên đến vách tràn với vận tốc từ 0,5 – 0,6 m/s thời gian lưu nước bể dao động khoảng 45 – 120 phút Hiệu suất lắng bể lắng đứng thường thấp bể lắng ngang từ 10 – 20 %
d Bể Tuyển nổi
- Phương pháp tuyển thường sử dụng để tách tạp chất (ở dạng rắn lỏng) phân tán không tan, tự lắng khỏi pha lỏng Trong số trường hợp, q trình cịn dùng để tách chất hòa tan chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải, trình tuyển thường sử dụng để khử chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học Ưu điểm phương pháp khử hoàn toàn hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm thời gian ngắn
- Quá trình tuyển thực cách sục bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí kết dính với hạt cặn Khi khối lượng riêng tập hợp bọt khí cặn nhỏ khối lượng riêng nước, cặn theo bọt lên bề mặt
- Hiệu suất trình tuyển phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượng chất rắn Kích thước tối ưu bọt khí nằm khoảng 15 – 30 µm (bình thường từ 50 – 120 µm) Khi hàm lượng hạt rắn cao, xác xuất va chạm kết dính hạt tăng lên, đó, lượng khí tiêu tốn giảm Trong q trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng
II Phương pháp xử lý hóa học hóa lý a Trung hịa
Nước thải chứa acid vô kiềm cần trung hòa đưa pH khoảng 6,5 – 8,5 trước thải vào nguồn nhận sử dụng cho công nghệ xử lý Trung hịa nước thải thực nhiều cách:
− Trộn lẫn nước thải acid nước thải kiềm; − Bổ sung tác nhân hóa học;
(3)− Hấp thụ khí acid nước kiềm hấp thụ ammoniac nước acid b Keo tụ - tạo
Trong nguồn nước, phần hạt thường tồn dạng hạt keo mịn phân tán, kích thước hạt thường dao động từ 0,1 – 10 µm Các hạt khơng khơng lắng, tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt thể tích chúng lớn nên tượng hóa học bề mặt trở nên quan trọng Theo nguyên tắc, hạt nhỏ nước có khuynh hướng keo tụ lực hút Vander Waals hạt Lực dẫn đến kết dính hạt khoảng cách chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy nhờ chuyển động Brown tác động xáo trộn Tuy nhiên trường hợp phân tán cao, hạt trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện bề mặt hạt mang tích điện, điện tích âm điện tích dương nhờ hấp thụ có chọn lọc ion dung dịch ion hóa nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng hạt keo bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó, để phá tính bền hạt keo cần trung hịa điện tích bề mặt chúng, trình gọi trình keo tụ Các hạt keo bị trung hòa điện tích liên kết với hạt keo khác tạo thành bơng cặn có kích thước lớn hơn, nặng lắng xuống, trình gọi q trình tạo bơng
III Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học ứng dụng để xử lý chất hữu hịa tan có nước thải số chất vô H2S, Sunfit, ammonia, Nito… dựa sở hoạt động vi sinh vật để phân hủy chất hữu gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu số khoáng chất để làm thức ăn Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học phân thành loại:
− Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động điều kiện khơng có oxy
− Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân hủy chất hữu nhờ vi sinh vật gọi trình oxy hóa sinh hóa Để thực q trình này, chất hữu hòa tan, chất keo chất phân tán nhỏ nước thải cần di chuyển vào bên tế bào vi sinh vật theo giai đoạn sau:
- Chuyển chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật
− Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm chênh lệch nồng độ bên bên tế bào
(4)a Phương pháp sinh học kỵ khí
Q trình phân hủy kỵ khí chất hữu q trình sinh hóa phức tạp tạo hàng trăm sản phẩm trung gian phản ứng trung gian Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa điều kiện kỵ khí biểu diễn đơn giản sau:
Vi sinh vật
Vi sinh vật → CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào
Một cách tổng qt q trình phân hủy kỵ khí xảy theo giai đoạn: − Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch hợp chất cao phân tử; − Giai đoạn 2: acid hóa;
− Giai đoạn 3: acetate hóa; − Giai doạn 4: methan hóa
Các chất thải hữu chứa nhiều chất hữu cao phân tử proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,…trong giai đoạn thủy phân, cắt mạch tạo phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy Các phản ứng thủy phân chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, chất béo thành acid béo Trong giai đoạn acid hóa, chất hữu đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 CO2 Các acid béo dễ bay chủ yếu acetic acid, propionic acid lactic acid Bên cạnh đó, CO2 H2, methanol, rượu đơn giản khác hình thành trình cắt mạch carbohydrate Vi sinh vật chuyển hóa methan phân hủy số loại chất định CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines, CO
Tùy theo trạng thái bùn, chia trình xử lý kỵ khí thành:
− Q trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng q trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), trình xử lý lớp bùn kỵ khí với dịng nước từ lên (UASB);
− Q trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám q trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process)
b Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí
Q trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn: − Oxy hóa chất hữu cơ;
(5)Các trình xử lý sinh học phương pháp hiếu khí xảy điều kiện tự nhiên nhân tạo Trong cơng trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho q trình oxy hóa sinh hóa nên q trình xử lý có tốc độ hiệu suất cao nhiều Tùy theo trạng thái tồn vi sinh vật, trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo chia thành:
− Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu sử dụng để khử chất hữu chứa carbon trình bùn hoạt tính, hồ làm thống, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, q trình lên men phân hủy hiếu khí Trong số trình này, trình bùn hoạt tính q trình phổ biến
− Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám q trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định