UNITANK TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Hệ thống xử lý nước thải là hệ thống được tạo thành từ một số công nghệ xử lý nước đơn lẻ hợp thành, giúp giải quyết các yêu cầu xử lý nước thải cụ thể cho từng nhà máy. Mỗi loại nước thải tùy thuộc vào loại hình sản xuất mà sẽ có các công nghệ xử lý đơn lẻ khác nhau hợp thành, để tạo ra một hệ thống xử lý nước hoàn chỉnh. Một hệ thống xử lý nước thải hiệu quả và được thiết kế tốt sẽ giải quyết: 1. Xử lý được những thành phần gây ô nhiễm trong nước thải. Đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn yêu cầu

MỤC LỤC GIỚI THIỆU Giới thiệu Hệ thống unitank hiếu khí hai giai đoạn (hệ thống TSU) hệ thống unitank kỵ khíhiếu khí với loại bỏ nitơ sinh học giai đoạn ba (hệ thống 3SU-N) phát triển phịng thí nghiệm Nghiên cứu Phát triển cơng nghệ sinh học môi trường (Artois-Piedboeuf Interbrew), hợp tác với số phịng thí nghiệm Đại học Leuven Hệ thống 3SU-N kết hợp hệ thống unitank kỵ khí hai giai đoạn (hệ thống TSU-AN) hệ thống unitank hiếu khí giai đoạn với loại bỏ nitơ sinh học (hệ thống SSU-N) Phối hợp với STABO AVEVE ‘Agro en Industrie’, hai thành viên Boerenbond Bỉ, giải pháp chìa khóa trao tay cung cấp, bao gồm tất cơng trình dân dụng, khí điện HỆ THỐNG UNITANK HIẾU KHÍ HAI GIAI ĐOẠN (HỆ THỐNG TSU) Hệ thống TSU giải pháp thay chi phí hiệu cho hệ thống bùn hoạt tính thơng thường Mục đích giảm chi phí đầu tư, chi phí vận hành, bảo đảm vận hành linh hoạt, an toàn hiệu suất xử lý cao Hệ thống TSU cấp sáng chế Bỉ Một sáng chế châu Âu chờ đợi 1.1 Mơ tả q trình Ngun tắc chung thể hình sơ đồ dịng chảy thể hình Sau xử lý sơ (song chắn rác, loại bỏ cát, không lắng sơ bộ, sau bể đệm) nước thải xử lý giai đoạn tải trọng cao kết hợp hiếu khí - lắng BOD giảm khoảng 8085% Nước làm phần chảy trọng lực đến giai đoạn tải trọng thấp kết hợp hiếu khí-lắng thứ hai loại bỏ lượng BOD lại để nước thải đầu đạt chất lượng cao, BOD giảm 98% Mỗi giai đoạn kết hợp hiếu khí - lắng hệ thống TSU bao gồm bể hình chữ nhật có hai vách ngăn chia thành ba đơn nguyên hình vng, thơng nước với Tất đơn nguyên lắp đặt hệ thống khuếch tán không khí Những đơn ngun bên ngồi có máng tràn Đơn nguyên giai đoạn có chức ngăn thổi khí, đơn ngun bên ngồi đáp ứng hai chức ngăn thổi khí ngăn lắng Nước thải đưa vào đơn nguyên sục khí bên goài giai đoạn Bùn lơ lửng chảy đơn nguyên sục khí liên tục sau đến đơn ngun bên ngồi khác có chức bể lắng (vào thời điểm này) Bùn lơ lửng lắng xuống đáy nước thải chảy tràn qua máng đến giai đoạn kết hợp hiếu khí-lắng thứ hai Ở giai đoạn này, trình diễn giống giai đoạn Sau thời gian, hướng dịng chảy giai đoạn kết hợp hiếu khí-lắng thay đổi Hệ thống TSU yêu cầu không tách biệt bể lắng cơng trình thu hồi bùn Bùn dư hai giai đoạn liên tục thải bỏ khỏi đơn nguyên đem đến thiết bị đặc bùn Phương pháp ổn định bùn (hiếu khí, kỵ khí, hóa chất) phụ thuộc vào quy mơ nhà máy vào lựa chọn cuối cho việc loại bỏ bùn Bùn ổn định hòa trộn cuối khử nước khỏi bùn phương pháp học 1.2 Hoạt động trình Chức hệ thống TSU chế độ hoạt động ln phiên mơ tả chu kỳ chuỗi hai giai đoạn chia làm hai giai đoạn trung gian (Hình 3) (a) Giai đoạn thứ nhất: nước thải bơm vào đơn nguyên A giai đoạn Đơn nguyên sục khí, vi sinh vật phân hủy tích lũy chất ngoại sinh (giai đoạn tích lũy) Hỗn hợp nước thải bùn chảy qua đường ống nối (a-b) vào đơn ngun B ln ln sục khí (giai đoạn tái sinh) Sau tái sinh, bùn chảy qua đường ống nối thứ hai (b-c) đến đơn nguyên C, đơn ngun C khơng diễn q trình sục khí (giai đoạn lắng) Nước thải giai đoạn chảy qua máng tràn đơn nguyên C đến đơn ngun F có sục khí giai đoạn thứ hai Hỗn hợp nước thải bùn chảy qua đường ống nối (e-f) đến đơn nguyên E có sục khí liên tục, sau đến đơn nguyên D có chức bể lắng Nước thải xả qua máng tràn đơn nguyên D Trong giai đoạn này, nồng độ bùn giảm đơn nguyên sục khí A, B, E F đơn nguyên lắng C D làm cho lượng bùn tăng lên Do đó, thời gian giai đoạn bị hạn chế tải trọng thủy lực thường 90 đến 180 phút (b) Giai đoạn trung gian đầu tiên: giai đoạn trung gian chức đơn ngun bên ngồi bị đảo ngược Q trình thổi khí khơng xảy đơn ngun A F đơn nguyên trở thành bể lắng Sục khí đơn ngun C bắt đầu hồn thành việc tái sinh bùn Trong đó, nước thải dẫn đến đơn nguyên E giai đoạn thứ hai (giai đoạn tích lũy) Q trình sục khí đơn nguyên D dừng hoạt động bùn lơ lửng chảy từ đơn nguyên E đến đơn nguyên bên D Tại đơn nguyên D, bùn lắng xuống đáy nước thải qua máng tràn xả Thời gian giai đoạn trung gian chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính lắng bùn thường khoảng 15 phút (c) Giai đoạn thứ hai: giai đoạn tương tự giai đoạn hướng dòng chảy theo chiều ngược lại Nước thải bơm vào đơn ngun C có sục khí đơn nguyên D bắt đầu thổi khí Bùn trưng bày lực tái sinh cho đồng hóa oxy hóa chất (giai đoạn tích lũy) chảy vào đơn nguyên B sục khí (giai đoạn tái sinh) cuối đến đơn nguyên A có chức bể lắng Nước thải giai đoạn chảy qua máng tràn đơn nguyên A đến đơn ngun D có sục khí giai đoạn thứ hai Dòng chảy bùn lơ lửng giai đoạn thứ hai theo chiều ngược lại giai đoạn Nước thải thải qua máng tràn đơn nguyên F Khoảng thời gian giai đoạn thứ hai dài giai đoạn (90 đến 180 phút) (d) Giai đoạn trung gian thứ hai: giai đoạn tương tự giai đoạn trung gian Chức đơn nguyên bên lần đảo ngược Đơn nguyên C D trở thành bể lắng Bùn đơn nguyên A tái sinh Nước thải lần chảy trực tiếp đến đơn nguyên E giai đoạn thứ hai (giai đoạn tích lũy) Đơn nguyên F ngăn lắng bùn lơ lửng chảy từ đơn nguyên E đến đơn nguyên bên F để lắng xuống đáy Nước thải chảy qua máng tràn đơn nguyên Thời gian giai đoạn khoảng 15 phút (e) Thải bỏ bùn dư: để kiểm soát tối ưu thời gian lưu chất rắn hai giai đoạn q trình oxy hóa, việc xả thải bùn thực liên tục từ đơn ngun (f) Kiểm sốt bùn khó lắng: trình tự hai giai đoạn khác hai giai đoạn q trình oxy hóa, ‘giai đoạn tích lũy’ bổ sung chất "giai đoạn tái sinh" bùn sục khí mà khơng cần thêm chất nền, chọn vi sinh vật hình thành bơng cặn có khả lắng tốt Sự gia tăng vi sinh vật dạng sợi nguyên nhân làm cho bùn khó lắng 1.3 So sánh với hệ thống bùn hoạt tính khác Các kỹ sư thiết kế muốn đạt mục tiêu tương tự q trình bùn hoạt tính tăng tốc độ loại bỏ chất cần thiết kế đơn nguyên xử lý nhỏ để đạt hiệu xử lý tương tự hệ thống bùn hoạt tính tải trọng thấp Động học mơ hình đạt kinh nghiệm kỹ thuật cho thấy mục tiêu đạt q trình có hai giai đoạn Giai đoạn hoạt động tải trọng hữu cao để tăng tốc độ loại bỏ chất thải Bởi vì, việc loại bỏ BOD khơng đạt u cầu xả thải, nên bắt buộc có giai đoạn thứ hai hoạt động tải trọng hữu thấp Mặc dù tổng thể tích hiếu khí tổng oxy yêu cầu trình hai giai đoạn thấp để đạt hiệu xử lý tương tự so với trình giai đoạn tải trọng thấp, hệ thống thứ hai có lợi cần bể lắng Mỗi giai đoạn trình hai giai đoạn thơng thường phải có hệ thống lắng thu hồi bùn làm cho chi phí xây dựng, chi phí thiết bị chi phí vận hành cao nhiều Hệ thống TSU khơng có bể lắng riêng biệt khơng có phương tiện thu hồi bùn, hệ thống loại bỏ nhược điểm mở rộng lợi hệ thống hai giai đoạn thơng thường (Hình 4) 1.4 Những q trình cải tiến (a) Loại bỏ carbon: hệ thống TSU-C Giai đoạn đầu tiên: oxy hóa tốc độ cao Giai đoạn thứ hai: oxy hóa tốc độ thấp Giai đoạn hệ thống TSU-C vận hành tải trọng hữu cao (thời gian lưu chất rắn ngắn) Giai đoạn tải trọng thấp thứ hai loại bỏ BOD dư để đảm bảo nước thải đạt hiệu xử lý cao (b) Loại bỏ nitơ: hệ thống TSU-N Giai đoạn đầu tiên: oxy hóa tốc độ cao Giai đoạn thứ hai: oxy hóa tốc độ thấp với nitrat hóa khử nitrat Hệ thống TSU-N oxy hóa cacbon nitơ tách đảm bảo vận hành an toàn Trong giai đoạn đầu tiên, vật liệu chất đống nhu cầu oxy carbonate lấy Trong giai đoạn thứ hai, thời gian lưu giữ chất rắn tương đối dài kiểm sốt phát triển sinh vật tự dưỡng nitrat Hệ thống thêm đơn nguyên có khuấy trộn để khử nitrat (c) Loại bỏ phốtpho: hệ thống TSU-P Giai đoạn đầu tiên: oxy hóa tốc độ cao, giai đoạn thứ hai: oxy hóa tốc độ thấp lắng lúc Xử lý sinh học giai đoạn hệ thống TSU-P hoàn thành với xử lý hóa chất giai đoạn thứ hai để đạt tốc độ khử phốtpho cao Điều thực cách thêm chất keo tụ; phốtpho hòa tan lắng xuống bùn Loại bỏ phốtpho sinh học nghiên cứu 1.5 Ưu điểm hệ thống TSU (a) Chi phí đầu tư thấp - Khơng lắng sơ - Tổng thể tích hiếu khí nhỏ tải trọng BOD cao đáng kể - Khơng có bể lắng riêng biệt - Khơng nạo bùn giới - Khơng có thiết bị tuần hồn bùn - Các bể hình chữ nhật: * Nhỏ gọn xây dựng * Tận dụng đất có sẵn * Xây dựng rẻ dễ dàng so với bể hình vng * Tiết kiệm chiều dài nối ống kênh - Hệ thống nhỏ gọn: diện tích đất yêu cầu nhỏ (b) Chi phí hoạt động thấp - Năng lượng sục khí - Khơng cần lượng để tuần hồn bùn - Chi phí bảo trì thấp (bộ phận chuyển động) (c) Hiệu suất trình tốt (Bảng 1) - Hiệu suất xử lý cao - Kiểm sốt bùn khó lắng - Quá trình đơn giản đáng tin cậy: giảm nhu cầu giám sát (d) Điều khiển dễ dàng vi xử lý: mục tiêu xử lý đơn giản hợp lý, đồng hồ định thời gian điều khiển đủ Nếu yên cầu hệ thống điều khiển phức tạp linh hoạt hơn, hệ thống điều khiển mạch vi xử lý có tiện ích đáng kể trường hợp (e) Hoạt động linh hoạt - Có thể hoạt động tạm thời nửa công suất (đối với nhà máy hoạt động theo mùa, trình làm việc bảo trì) Tổng cơng suất khơi phục nhanh chóng - Có thể hoạt động tạm thời hai hệ thống giai đoạn tải trọng cao (trong thời kỳ sản xuất cao điểm mưa lớn) đảm bảo hiệu xử lý BOD giảm 80-85% - Có thể ứng dụng: * Xử lý nước thải ủ (rượu,bia) lúa mạch * Xử lý nước thải đô thị * Xử lý nước thải chế biến thực phẩm * Xử lý nước thải cơng nghiệp * Hiếu khí sau xử lý kỵ khí 2.1 HỆ THỐNG UNITANK KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN (HỆ THỐNG TSU-AN) Nguyên tắc phân hủy kỵ khí Q trình phân hủy kỵ khí trình sinh học hai giai đoạn (hình 5) Trong giai đoạn chất polyme phức phân hủy thành phân tử hòa tan đơn giản với trợ giúp enzym ngoại bào Các sản phẩm thủy phân dị hóa vi sinh vật lên men để tạo sản phẩm chủ yếu axit béo dễ bay hơi, aldehyt, rượu, carbon dioxide hydrogen Trong giai đoạn đầu này, gọi “giai đoạn acidogenesis”, phần chất rắn lơ lửng loại bỏ lắng sơ Trong giai đoạn thứ hai, phần lớn sản phẩm lên men, trừ H 2, CO2, format acetate, phải trải qua phân cắt acetogens tạo thành acetate H2 trường hợp axit béo dư, tạo thêm CO Các acetogens phát triển liên kết chặt chẽ với methanogens Thật vậy, methanogens phải loại bỏ trực tiếp hydro sinh acetogens để điều kiện nhiệt động lực học thuận lợi cho phát triển acetogens Một methanogens đa dạng sử dụng H2, CO2, format acetate để hình thành mê-tan 2.2 Nguyên tắc hệ thống TSU-AN Hệ thống TSU-AN q trình phân hủy kỵ khí hai giai đoạn dạng biểu đồ hình Các acidogenesis methanogenesis diễn bể phản ứng riêng biệt cần ý đến việc xác định cung cấp điều kiện môi trường tối ưu nhóm vi sinh vật Trong giai đoạn đầu tiên, bể điều hòa sinh học, nước thải đưa vào cần có chất đệm, lắng sơ bộ, thủy phân lên men Bùn dư xả thải vào bể nén bùn tiếp tục xử lý Bể phản ứng cho phép loại bỏ phần khí thải H 2S Kết khí sinh học đạt chất lượng cao giai đoạn thứ hai Giai đoạn thứ hai bể phản ứng hydrua mê-tan, giai đoạn kết hợp q trình ngược dịng kỵ khí tiếp xúc Ở đáy bể phản ứng có lớp bùn hạt dày đặc phát triển với nồng độ sinh khối vượt 60 g/l sinh khối tạo phát triển Khí sinh học sinh sử dụng nguồn lượng Hệ thống TSU-AN vận hành chu kỳ lặp lặp lại liên tục bao gồm hai pha chia làm hai pha trung gian ngắn 2.3 Mơ tả q trình (hình 7) Hệ thống TSU-AN bao gồm hai bể hình chữ nhật kín, xây cạnh Bể điều hịa sinh học phân chia hai vách ngăn thành ba đơn ngun hình vng (A, B, C) thơng với Hai đơn ngun bên ngồi có đáy phẳng đơn ngun có đáy hình nón Ba đơn nguyên trang bị máy khuấy chìm để giữ chất rắn lơ lửng hàm lượng đồng Khi cần thiết, chất rắn lắng xuống đáy hình nón đơn nguyên Vào khoảng thời gian thường lệ, chất rắn lắng (sau ổn định hoàn toàn) thải bỏ khỏi đơn nguyên đến bể nén bùn tiếp tục xử lý Hai đơn nguyên bên trang bị máng tràn di động để mực nước bể điều hịa thay đổi, cung cấp thường xuyên nước thải cho bể phản ứng mê-tan Thông qua đường cung cấp trung tâm, nước thải thô đưa vào ba đơn nguyên (A, B, C) bể điều hòa sinh học (được điều khiển việc mở đóng van tự động) Khí thải thải qua ống đốt Bùn mặt khỏi bể điều hòa sinh học chảy trọng lực vào bể điều chỉnh pH, cần thiết, điều chỉnh Từ bể điều chỉnh pH, nước thải trung hòa bơm để kiểm soát lưu lượng đến bể phản ứng mê-tan Bể phản ứng mê-tan bể phản ứng tổ hợp q trình ngược dịng tiếp xúc kỵ khí kết hợp Do bể phản ứng ngăn cách chắn thành hai đơn nguyên thông với phần bể phản ứng Cả hai đơn nguyên trang bị hệ thống lắng ba pha (khí-lỏngrắn) với máng tràn xả nước thải Từ bể điều chỉnh, nước thải đưa vào đáy hai đơn nguyên Khí sinh học sinh lưu trữ bể chứa khí sử dụng nguồn lượng Nước thải thải qua máng tràn hai đơn nguyên 2.4 Hoạt động trình (hình 4) Nước thải bơm vào đơn nguyên (A) bể điều hòa sinh học khuấy để giữ cho chất rắn lơ lửng hàm lượng đồng Nước thải khuấy trộn sau chảy vào đơn nguyên (B) khuấy không khuấy (nếu lắng chất rắn cần thiết để kiểm soát thời gian lưu giữ chất rắn) Từ đơn nguyên giữa, nước thải chảy đơn nguyên bên khác, đơn nguyên không khuấy trộn để lắng chất rắn Chất rắn lắng gạn, lấy đi, chảy qua máng tràn di động chảy trọng lực vào bể điều chỉnh từ nước thải bơm để kiểm soát lưu lượng vào bể phản ứng mê-tan Một phần nước thải bể tầng sôi bể cân lớp bùn cao tải trọng thủy lực cao lượng khí sinh học cao cho mét khối bùn chất tiếp xúc với với cường độ lớn khuấy trộn khí thiết bị phụ không cần thiết Trong đơn nguyên này, phần đáng kể bùn hạt phân tán nước thải lớp bùn, tức lớp bùn pha riêng biệt chí biến cung cấp tốc độ tải trọng cao hơn, dịng chảy rối lớn bọt khí ngược dòng giảm mật độ hạt thực tế bọt khí dính bám bọt khí hút giữ Bể phản ứng trở thành bể phản ứng khuấy trộn gần hoàn toàn Sự sụt giảm áp lực lớp bùn đơn nguyên trở nên không đáng kể Trong hệ thống ngược dòng cổ điển, hỗn hợp khí lớp bùn khơng đáng kể nước thải nồng độ thấp, hỗn hợp khí gia tăng ống dẫn gây ảnh hưởng xấu bùn nước thải Nhưng mặt khác, tần sơi cường độ cao hệ thống ngược dịng thông thường tạo lớp bùn phát triển đỉnh bể phản ứng có tách biệt ba pha xác định điều gây thiệt hại đáng kể sinh khối thơng qua dịng thải khả lắng bùn tốt thiết bị tách bùn làm việc ổn định Trong bể phản ứng tổ hợp, hỗn hợp dung dịch (đặc biệt bùn nhẹ) chảy từ ngăn có lớp bùn phát triển đến ngăn khác nơi bể phản ứng thụ động khơng có nước thải đưa vào khí sinh thấp Trong đơn nguyên này, bùn lắng: bùn hạt thô và/hoặc nặng tích tụ phần (đáy bùn); nhẹ phần đỉnh (lớp bùn bề mặt) Nước thải chảy thông qua hệ thống tách ba pha Sau thời gian, nước thải chảy vào bể điều hòa sinh học bể phản ứng mê-tan bị đảo ngược Các đơn nguyên lắng trở thành đơn nguyên chảy rối hỗn loạn đơn nguyên chảy rối hỗn loạn trở thành bể lắng Chiều dài giai đoạn giới hạn tải trọng thủy lực thường 90 180 phút Cũng hoạt động đồng thời hai đơn nguyên bể phản ứng khí mê-tan 2.5 Ưu điểm hệ thống TSU-AN - Năng lượng yêu cầu thấp: không cần lượng để thổi khí - Giảm lượng bùn sinh - Khí sinh học sinh nguồn lượng bổ sung có giá trị (0,4 m khí sinh học tạo cho kg COD bị loại bỏ) - Quá trình đạt hiệu tải trọng cao - Yêu cầu dinh dưỡng thấp - Quá trình hồn tồn khép kín, loại bỏ vấn đề mùi sol khí vi khuẩn - Bùn hoạt tính khơng thay đổi sau thời gian dài ngừng hoạt động - Bùn rửa trôi giảm đến mức tối thiểu - Vận hành hai pha cho phép giảm tổng thể tích bể phản ứng tránh tải hữu tải thủy lực dao động gây giảm hiệu xử lý nghiêm trọng - Bể phản ứng cho phép loại bỏ phần khí thải H 2S Kết tạo khí sinh học có chất lượng cao bể phản ứng thứ hai - Lắng sơ làm giảm hàm lượng chất rắn trơ bể phản ứng mê-tan Điều có nghĩa hoạt tính sinh khối nhiều Lượng chất rắn lơ lửng nước thải đầu giảm nhiều - Bùn rửa trôi giảm đến mức tối thiểu - Chi phí đầu tư thấp * Bể hình chữ nhật: - Nhỏ gọn xây dựng - Tận dụng đất có sẵn - Dễ xây dựng Hệ thống dùng tường chung giảm chi phí ngăn cách * Hệ thống nhỏ gọn: diện tích đất sử dụng nhỏ 2.6 Đặc tính hệ thống TSU-AN Những đặc tính q trình xử lý kỵ khí nước thải nhà máy bia thể bảng  ... trọng cao (trong thời kỳ sản xuất cao điểm mưa lớn) đảm bảo hiệu xử lý BOD giảm 80-85% - Có thể ứng dụng: * Xử lý nước thải ủ (rượu,bia) lúa mạch * Xử lý nước thải đô thị * Xử lý nước thải chế... (Bảng 1) - Hiệu suất xử lý cao - Kiểm sốt bùn khó lắng - Q trình đơn giản đáng tin cậy: giảm nhu cầu giám sát (d) Điều khiển dễ dàng vi xử lý: mục tiêu xử lý đơn giản hợp lý, đồng hồ định thời... Xử lý nước thải đô thị * Xử lý nước thải chế biến thực phẩm * Xử lý nước thải công nghiệp * Hiếu khí sau xử lý kỵ khí 2.1 HỆ THỐNG UNITANK KỴ KHÍ HAI GIAI ĐOẠN (HỆ THỐNG TSU-AN) Nguyên tắc phân