tại Việt Nam
Quá trình USBF có thể áp dụng để:
-Loại bỏ chất hữu cơ dạng hydratcacbon (BOD). -Loại bỏ BOD.
-Loại bỏ BOD, nitrat hoá và khử nitrat.
-Loại bỏ BOD, nitrat hóa/khử nitrat và loại bỏ photpho.
1.5.4.1. Trên thế giới
Bể USBF được thiết kế dựa trên mô hình động học xử lý BOD, nitrat hóa (nitrification) và khử nitrat (denitrification) của Lawrence and McCarty, lần đầu tiên được giới thiệu ở Mỹ những năm 1990, sau đó được áp dụng ở châu Âu từ năm 1998 trở lại đây. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới mô hình của Lawrence và McCarty được áp dụng kết hợp trên nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm của mỗi quốc gia. Một số tập đoàn hoặc công ty đã cung cấp hệ thống USBF bản quyền trong vòng gần 30 năm qua như sau:
Tập đoàn ECOfluid System Inc cung cấp các giải pháp về xử lý nước thải cho ngành công nghiệp, thương mại và đô thị. Công ty đã đạt được giải thưởng công nghệ xử lý nước thải với hiệu suất xử lý cao Lọc sinh học dòng ngược (USBF®) kết hợp xử lý nitơ và photpho sinh học, với sự cạnh tranh tốt về vốn và chi phí vận hành.
Từ năm 1995, ECOfluid đã lắp đặt và cung cấp hơn một trăm hệ thống ở Canada, Mỹ và Caribbean. Công ty cũng liên tục cung cấp công nghệ thiết bị xử lý và dịch vụ vận hành quản lý cho cá nhân và cộng đồng với tiêu chí “Dựa vào dòng ra đạt chất lượng cao, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp và bề dày đáng tin cậy của USBF™”.
Ngày 22 tháng 7 năm 2009, tại thành phố Burnaby - British Columbia - Canada, COfluid Systems thông báo rằng tỉnh Volusia - Florida đã quyết định hệ thống USBF™ là một trong nhưng công nghệ xử lý nước thải mới được cung
47
cấp bởi Randazza Enterpries, Inc.
Sau khi đánh giá toàn bộ công nghệ và quá trình, bao gồm USBF™, SBR và MBR, tỉnh Volusia và các kỹ sư tư vấn đã quyết định rằng hệ thống USBF™ tăng giá trị mà không giảm bất cứ hiệu suất xử lý.
Công ty COVIDO W.L.L chuyên cung cấp hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ USBF, SBR và mương oxy hóa với bùn hoạt tính có dải công suất từ 1 đến 50 mgpd (tương ứng 3,8 đến 180 m3/ngày).
Ngày nay, công nghệ lọc sinh học dòng ngược (USBF) được xem như là công nghệ nổi bật trong xử lý nước thải đô thị. Bởi vì hệ thống USBF có các quá trình được tích hợp vào trong một thiết bị phản ứng, kích thước và chi phí thiết bị có thể giảm so với những dạng thay đổi bùn hoạt tính khác. Một ví dụ về kết quả vận hành trung bình hàng năm thiết bị USBF của nhà máy Pinzolo (Ý) với công suất 32.000 PE và khu thương mại Hatě-free (Cộng hòa Séc) với công suất 560 PE được thể hiện trong bảng 1.6 dưới đây. Sự khác biệt là, nguồn nước thải tại cửa hàng Hatě là trộn lẫn hai dòng nước thải từ nước thải sinh hoạt (khu vệ sinh) và nước thải nhà hàng, trong khi tại công trình nhà máy xử lý Pinzolo là sự kết hợp nước thải đô thị và dòng thải từ cơ sở công nghiệp chế biến thực phẩm (sữa, giết mổ). Điều đó chứng minh được dải phạm vi ứng dụng rộng của thiết bị USBF.
Bảng 1. 6. Kết quả vận hành một vài nhà máy với thiết bị USBF [13]
Nhà máy Năm TSS BOD5 COD NH4-N TP
Pinzolo 1997 Dòng vào (mg/l) 179 171 324 21,7 3,4 Dòng ra (mg/l) 14 6,8 21,4 0,8 1,1 Hiệu suất (%) 92,2 96 93,4 96,3 67,6 1998 Dòng vào (mg/l) 190 157 323 17,9 3,5 Dòng ra (mg/l) 15 8,5 20,8 1,2 1,1 Hiệu suất (%) 92 94,6 93,6 93,3 68,6
48 1999 Dòng vào (mg/l) 172 178 304 17 3,6 Dòng ra (mg/l) 12 7,4 18,1 1,4 1,3 Hiệu suất (%) 93 95,8 94 91,8 63,9 Hatě 1996 Dòng vào (mg/l) 1.132 1.265 2.080 77,3 - Dòng ra (mg/l) 6,6 5,6 70,7 0,25 - Hiệu suất (%) 99,4 99,6 96,6 99,7 -
Hình 1. 15. Hình ảnh thiết bị USBF trong nhà máy xử lý nước thải Pinzolo (Ý) sau khi nâng cấp thành dạng COMBI USBF [18]
1.5.4.2. Tại Việt Nam
Hiện tại, ở Việt Nam công nghệ xử lý nước thải công nghiệp khá đa dạng và đặc biệt có xuất xứ từ nhiều nơi trên thế giới. Trên thế giới, những hệ thống này đã được nghiên cứu, ứng dụng cho các cơ sở xử lý quy mô lớn với cơ sở hạ tầng tốt, đồng bộ. Trong khi đó, các cơ sở sản xuất trong nước có quy mô không lớn, trình độ công nghệ thấp, thiết bị lạc hậu, không đồng bộ nên lượng thải ra trên một đơn vị sản phẩm lớn, điều này đang tạo ra sức ép không nhỏ đối với môi trường do nước thải sản xuất gây ra. Mặt khác, các cơ sở này thường có vốn đầu tư nhỏ, bố trí đan xen trong các khu dân cư với mặt bằng rất hạn chế, nên việc thu gom, xử lý nước thải càng khó khăn. Hơn thế nữa, tình trạng đó còn gây
49
nhiều khó khăn cho việc sửa chữa, thay thế khi cần thiết.
Ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu xử lý nitơ và photpho trong nước thải được nghiên cứu, áp dụng gồm có các phương pháp hóa học, sinh học và vật lý. Công nghệ xử lý nước thải của các ngành công nghiệp thực phẩm chủ yếu là phương pháp sinh học yếm khí hoặc hiếu khí hoặc yếm - hiếu khí kết hợp.
Tuy nhiên hiện nay hầu hết các hệ thống xử lý hoạt động kém hoặc không hiệu quả do công nghệ xử lý lựa chọn chưa phù hợp, trình độ vận hành hạn chế của công nhân, vốn đầu tư thấp, diện tích cho hệ thống xử lý còn thiếu, ... Nhưng cho đến nay chúng ta chưa đưa ra được mô hình công nghệ xử lý nitơ, photpho chuẩn để có thể áp dụng rộng và trên quy mô lớn.
Một số nghiên cứu về công nghệ USBF như “Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ sinh học cải tiến USBF (Upflow Sludge Blanket Filter)”
cũng đã được báo cáo tại hội nghị khoa học tháng 12-2005, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đại học Quốc gia TP.HCM và đăng Tuyển tập các kết quả nghiên cứu khoa học 5 năm (2000-2005) khoa môi trường; Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ bùn hoạt tính cải tiến USBF (the Upflow Sludge Blanket Filter) đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ (trọng điểm Đại học quốc gia).
Nghiên cứu sử dụng mô hình công nghệ USBF để xử lý nước thải đô thị, là công nghệ cải tiến của của quá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp 3 modul chính: quá trình thiếu khí, hiếu khí và quá trình lọc bùn sinh học ngược trong cùng một thiết bị xử lý nước thải. Đây chính là công đoạn thể hiện ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học của chính khối bùn hoạt tính một cách rất hiệu quả. Hiệu quả xử lý COD, BOD5, nitơ và photpho tương ứng vào khoảng 85%, 90%, 94% và 75% [1]. Bùn hoạt tính thích nghi rất nhanh với đặc tính của nước thải và điều kiện vận hành của mô hình. Chất lượng nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép.
Nghiên cứu của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM về công nghệ USBF trong xử lý nước thải đô thị mới chỉ dừng ở bước khẳng định hiệu
50 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
quả xử lý của công nghệ cao. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu chưa đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý của công nghệ USBF và thông số của thiết bị tại điều kiện ở nước ta. Do đó, kết quả nghiên cứu chưa thực sự được áp dụng vào thực tế sản xuất tại Việt Nam.
Mặc dù, hiệu quả xử lý đạt tốt của thiết bị USBF đã được khẳng định qua nhiều nghiên cứu ngoài nước trong suốt 30 năm trở lại đây. Nhưng tại Việt Nam, bằng thực tế tìm hiểu sơ bộ cho thấy, ở miền Bắc nước ta hiện chưa có cơ sở sản xuất nào áp dụng công nghệ này trong hệ thống xử lý nước thải của mình, công nghệ sử dụng phổ biến vẫn là công nghệ bùn hoạt tính. Một số công ty cũng đã bắt đầu giới thiệu sơ bộ về công nghệ USBF, nhưng mới chỉ dừng ở giới thiệu mô hình, chưa nghiên cứu sâu về thông số ảnh hưởng, thông số thiết kế, công nghệ nhập nguyên chiếc của nước ngoài. Tại miền Nam, cũng có một số công trình xử lý nước thải tại khách sạn và khu nghỉ dưỡng đã sử dụng thiết bị USBF (ví dụ: khách sạn Novotel - Phan Thiết, Bình Thuận; khu nghỉ dưỡng Aquaba - Mũi Né, Bình Thuận…). Tuy nhiên, những công trình thiết bị USBF này là được một số công ty tư vấn công nghệ môi trường cung cấp trên cơ sở nhập thiết bị của nước ngoài về lắp đặt
51
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Công nghệ thiết bị lọc sinh học dòng ngược (USBF) được lựa chọn là đối tượng nghiên cứu của đề tài. Công nghệ USBF bao gồm quá trình xử lý sinh học và cơ học nước bằng kết hợp ba giai đoạn thiếu khí, hiếu khí và lắng - lọc bùn dòng ngược trong cùng một thiết bị.
Nước thải áp dụng trong luận văn là nước thải giết mổ. Nước thải phục vụ nghiên cứu được lấy từ cơ sở giết mổ lợn Mễ Trì. Nước thải mang về sẽ được lọc sơ bộ để loại cặn lơ lửng (thịt vụn, mỡ vẩn, lông, da, rác...) và mang đi phân tích. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đặc trưng như trong bảng 2.1:
Bảng 2. 1 Tính chất đặc trưng của nước thải tại cơ sở giết mổ lợn
STT Thông số Giá trị Đơn vị QCVN40:2011/BTNMT
(cột B) 1 pH 6÷7,5 - 5,5 – 9 2 COD 1.100÷1.600 mg/l 150 3 BOD5 700÷910 mg/l 50 4 TSS 2.000÷2.500 mg/l 100 5 TN 165÷202 mg/l 40 6 TP 15÷26 mg/l 6
Tùy thuộc thời điểm lấy mẫu và công suất của cơ sở giết mổ mà các chỉ tiêu dao động như trong bảng 2.1.
2.1.2. Thiết bị nghiên cứu
a. Thiết bị USBF quy mô phòng thí nghiệm công suất 50 lít/ngày
Thiết bị thực nghiệm hoạt động theo nguyên lý công nghệ lọc sinh học dòng ngược USBF mà đề tài tập trung nghiên cứu. Công suất của thiết bị nghiên cứu tại phòng thí nghiệm là 50 lít/ngày.
52
Thiết bị nghiên cứu được chế tạo dạng mô đun hợp khối hình chữ nhật bao gồm 3 ngăn là ngăn thiếu khí, hiếu khí và ngăn lắng lọc ngược (USBF). Các ngăn được tính toán, thiết kế theo định hướng công nghệ USBF với việc xét đến các yếu tố như thời gian lưu, hiệu quả xử lý mỗi ngăn, tỷ lệ tuần hoàn,... Các ngăn trong thiết bị được phân chia bởi các vách ngăn, liên thông với nhau qua các khe. Kết cấu thiết bị cũng như là việc phân chia không gian giữa các ngăn được tính toán và xem xét đến các yếu tố về thủy lực dòng chảy.
Thiết bị USBF có kích thước chế tạo LxBxH =0,43x0,26x0,55m. Với thể tích các ngăn hiếu khí (Oxic), thiếu khí (Anoxic) và lắng ngược dòng (USBF) tương ứng là 16 lít, 21 lít và 8,2 lít. Cụ thể tính toán thiết bị được đề cập trong mục 3.1 của chương 3.
Thiết bị được chế tạo bằng vật liệu chủ đạo là Inox, trên các vách mặt và cạnh có bố trí các cửa quan sát để có thể quan sát được dòng chảy bên trong thiết bị từ các phía. Thiết bị có khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng vào, điều chỉnh lưu lượng bùn tuần hoàn theo yêu cầu và mục đích nghiên cứu, có hệ thống khuấy trộn tự động hẹn giờ tại ngăn thiếu khí.
Các thiết bị phụ trợ bao gồm:
+ Bơm nước thải dòng vào và bơm bùn tuần hoàn: sử dụng loại bơm định lượng với dải công suất có thể điều chỉnh nằm trong dải : 0-5 lít/giờ
+ Máy cấp khí cho ngăn hiếu khí: sử dụng loại máy cấp khí công suất nhỏ, công suất thiết bị là 30W với lưu lượng khí có thể cấp là 60-90 lít/phút, tức là khoảng 3.600 - 5.400 lít/giờ.
+ Bộ phận khuấy trộn cho ngăn thiếu khí sử dụng cánh khuấy kiểu chân vịt, với động cơ giảm tốc 50 vòng/phút.
+ Tủ điện điều khiển có khả năng điều khiển hệ thống thiết bị theo chế độ tự động hoặc bằng tay.
+ Các thiết bị phụ trợ khác: hệ giá đỡ hệ thống thiết bị, các thùng chứa nước thải đầu vào, nước thải đầu ra, bùn thải, ...
53
Hình ảnh minh họa thiết bị thể hiện trên hình 2.1 dưới đây
Hình 2. 1. Hình ảnh thiết bị USBF quy mô phòng thí nghiệm công suất 50lít/ngày
2.1.3. Phương pháp nghiên cứu
2.1.3.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu môi trường
Các thống sô theo dõi bao gồm BOD5, COD, tổng N, Tổng P được đo đạc theo các phương pháp với các thiết bị đo được liệt kê trong bảng dưới đây: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 2. 2. Các phương pháp phân tích mẫu nước
Thông số Phương pháp Thiết bị đo
pH Điện cực pH kế
DO Điện cực Máy đo oxy hòa tan
COD Đun hoàn lưu kín K2Cr2O7, chuẩn độ
BOD5 Oxytop Chai Oxytop
Tổng N Kjeldahl Thiết bị phân tích TKN, HACH
54
2.1.3.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình 50 lít/ngày.
Trong phần nghiên cứu mô hình 50 lít/ngày, tác giả đã tiến hành nghiên cứu đồng thời 2 mô hình: mô hình không bổ sung chế phẩm và mô hình có bổ sung chế phẩm BIO USBF.
Chế phẩm BIO USBF là 1 dạng chế phẩm vi sinh vật đặc chủng được sử dụng cho công nghệ xử lý USBF đối với nước thải giàu nitơ & photpho. Đây là một dạng sản phẩm thuộc đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý nước thải giàu dinh dưỡng (N,P) ngành công nghiệp chế biến thực phẩm” của Công ty TNHH MTV Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp thực hiện. Do vậy, tác giả sử dụng chế phẩm BIO USBF để phục vụ cho nghiên cứu này.
55
Hình 2. 2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình 50 lít/ngày
Đánh giá hiệu quả xử lý nitơ
Đánh giá tính khả thi về việc sử dụng công nghệ USBF để XLNT CNTP giàu N,P
Nước thải thực từ
cơ sở giết mổ Đặc tính nước thải
Mô hình có chế phầm Mô hình không có chế phẩm Mô hình USBF PTN Bổ sung chế phẩm Thiết kế mô hình Tỷ lệ tuần hoàn Điều chỉnh Đánh giá HRT
Đánh giá hiệu quả xử lý BOD
56
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Khởi động hệ thống bùn áp dụng cho mô hình USBF
Hoạt hóa bùn:
Lấy 20 gam chế phẩm vi sinh thực hiện hoạt hóa và nuôi trong thùng tái hoạt hóa. Ổn định nhiệt độ trong quá trình tái hoạt hóa ở nhiệt độ 28oC ÷ 30oC trong 18÷24 giờ, hoạt hóa trong khoảng 2 tuần. Khi thể tích đạt khoảng 60L, hàm lượng MLVSS đạt 3.000 ÷ 4.000 mg/l và SVI từ 80 ÷ 120 mg/l, bùn lắng tốt, có màu vàng nâu, thì bùn được đem vào mô hình USBF để vận hành trên mô hình này. Để đạt được mục tiêu xử lý nước thải tốt hơn và tiết kiệm chi phí vận hành, chế phẩm vi sinh sau khi hoạt hóa được đề xuất đưa 100% vào ngăn hiếu khí. Bổ sung chế phẩm vào mô hình theo sơ đồ nguyên lý hoạt động theo hình 2.3 sau:
Hình 2. 3. Sơ đồ bổ sung ché phẩm vi sinh vào mô hình thiết bị
Chế phẩm sau khi hoạt hóa thành bùn hoạt tính sẽ được đưa vào ngăn hiếu khí của thiết bị. Tại đây, bùn hoạt tính sẽ dần thích nghi, tăng lên về sinh khối và chuyển dịch về lắng bùn ngược (USBF) theo dòng chảy thủy lực từ ngăn thiếu khí sang ngăn lắng. Sau đó, được bơm tuần hoàn bùn tại ngăn lắng để tuần hoàn
100%
57
bùn về ngăn thiếu khí, cung cấp sinh khối cho ngăn này hoạt động. Quá trình liên tục sẽ đảm bảo duy trì nồng độ sinh khối trong hệ thống thiết bị.
• Vận hành hệ thống: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quá trình khởi động hệ thống được thực hiện theo phương pháp cấp nước thải liên tục và hồi lưu một phần bùn từ ngăn lắng - lọc ngược về ngăn thiếu khí.