Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc : các phần tử phân tán trong nước cĩ khả năng tự lắng kém , nhưng cĩ khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước. Sau đĩ người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Thực chất đây là quá trình tách bọt hoặc làm đặc bọt. Quá trình này cũng cĩ thể được dùng để tách các chất hồ tan như các chất hoạt động bề mặt.
Quá trình này được thực hiện nhờ thổi khơng khí thành các bọt nhỏ vào trong nước thải. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên mặt nước. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bơng hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều các hạt bẩn. Tuyển nổi bọt nhằm tách các chất lơ lửng khơng tan và một số chất keo hồ tan ra khỏi pha lỏng. Tuyển nổi cĩ thể đặt ở giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý cơ bản; bể tuyển nổi cĩ thể thay thế cho bể lắng, đứng trước hoặc sau bể lắng; đồng thời cũng cĩ thể ở giai đoạn xử lý bổ sung (xử lý bậc III).
• Cĩ hai hình thức tuyển nổi:
+ Sục khí ở áp suất khí quyển gọi là tuyển nổi bằng khơng khí.
+ Bão hồ khơng khí ở áp suất khí quyển sau đĩ thốt khí ra khỏi nước ở áp suất chân khơng gọi là tuyển nổi chân khơng.
Khả năng tạo thành tổ hợp tuyển nổi của các hạt - bọt khí, vận tốc của quá trình, độ bền vững của mối dính kết và thời gian tồn tại của tổ hợp trên phụ thuộc vào bản chất của hạt, tính chất tác dụng tương hỗ của các tác nhân với bề mặt hạt và khả năng thấm ướt của bề mặt hạt... Hiệu quả phân riêng bằng tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và số lượng bọt khí. Kích thước tối ưu của bọt khí là 15 - 30μm.
Trong tuyển nổi, vệc ổn định kích thước bọt khí cĩ ý nghĩa quan trọng. Để cĩ kích thước bọt ổn định, trong quá trình tuyển nổi cĩ thể dùng thêm các chất tạo bọt, như dầu thơng, phenol, ankyl, sunphat natri, cresol CH3C6H4OH... cĩ tác dụng làm giảm lưu lượng bề mặt phân chia pha. Trọng lượng của hạt khơng được lớn hơn lực kết dính với bọt khí và lực nâng của bọt khí. Kích thước hạt để tuyển nổi hiệu quả phụ thuộc vào trọng lượng riêng của hạt và khoảng 0,2 – 1,5mm.
• Ưu điểm
- Hoạt động liên tục; phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành khơng lớn. Thiết bị đơn giản, vận tốc nổi lớn hơn vận tốc lắng.
- Cĩ thể thu cặn với độ ẩm nhỏ (90 – 95%) với hiệu quả cao (95 – 98%) và thu hồi tạp chất. Tuyển nổi kèm theo sự thổi khí, làm giảm nồng độ các chất hoạt động bề mặt và các chất dễ bị oxy hố.
Quá trình tuyển nổi là quá trình tách các hạt rắn (cặn lơ lửng) hoặc hạt chất lỏng (dầu, mỡ) ra khỏi pha lỏng (nước thải). Quá trình này được thực hiện bằng cách đưa các hạt khí mịn vào pha lỏng. Bọt khí mịn dính bám vào các hạt, và lực đẩy nổi đủ lớn nay các hạt bám dính bọt khí lên trên bề mặt.
Quá trình tuyển nổi được sử dụng khi các hạt lơ lửng cĩ vận tốc lắng rất nhỏ, chúng khơng thể lắng được trong bể lắng.
Trong xử lý nước thải, người ta phân biệt các phương pháp tuyển nổi sau: • Tuyển nổi bằng cách tách khơng khí từ dung dịch.
• Tuyển nổi phân tán khơng khí bằng phương pháp cơ học.
• Tuyển nổi điện và tuyển nổi hĩa học.
Tác nhân thơng dụng nhất trong các phương pháp tuyển nổi xử lý nước thải là khơng khí. Khơng khí được cấp vào nước và tạo bọt theo các phương pháp sau:
• Sục khí vào nước ở áp suất cao, sau đĩ giảm áp – gọi là tuyển nổi bằng khơng khí hịa tan.
• Sục khí ở áp suất khí quyển gọi là tuyển nổi bằng khơng khí.
• Bão hịa khơng khí ở áp suất khí quyển sau đĩ thốt ra khỏi nước ở áp suất chân khơng gọi là tuyển nổi chân khơng.
• Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi so với phương pháp lắng: • Cĩ độ lựa chọn tách các tạp chất.
• Tốc độ quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng và cĩ khả năng cho bùn cặn cĩ độ ẩm thấp (90 – 95%).
• Cĩ khả năng tách được dầu mở.
• Loại được các tạp chất cĩ kích thước nhỏ khơng thể lắng được • Tăng độ oxi hồ tan trong nước
• Thời gian lưu nước ngắn • Diện tích xây dựng nhỏ
• Nhược điểm của bể tuyển nổi so với bể lắng: • Vốn đầu tư ban đầu cao
• Vận hành tốn kém.
2.4.7 Bể UASB
UASB – bể xử lý sinh học kị khí dịng chảy ngược qua lớp bùn ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket ), phát triển mạnh ở Hà Lan.
Chức năng của bể UASB là thực hiện các phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kị khí thành các dạng khí sinh học và các sản phẩm hữu cơ khác .
UASB hoạt động tốt khi các nguyên tắc sau đạt được : • Bùn kị khí cĩ tính lắng tốt;
• Cĩ bộ phận tách khí – rắn nhằm tránh bùn rữa trơi khỏi bể. Phần lắng phía trên cĩ thời gian lưu nước đủ lớn, phân phối và thu nước hợp lý sẽ hạn chế dịng chảy rối. Khi đĩ hạt bùn đã tách khí đến vùng lắng cĩ thể lắng xuống và trở lại ngăn phản ứng.
• Hệ thống phân phối đầu vào đảm bảo tạo tiếp xúc tốt giữa nước thải và lớp bùn sinh học. Mặc khác khi biogas sinh ra sẽ tăng cường sự xáo trộn giữa nước thải và bùn, vì vậy cĩ thể khơng cần thiết bị khuấy cơ khí. Trước khi vận hành bể UASB phải xem xét thành phần tính chất nước thải cần xử lý cụ thể như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, hàm lượng chầt dinh dưỡng, hàm lượng cặn lơ lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải,…
Quá trình chuyển hố chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh yếm khí xảy ra theo 3 bước :
Bước 1 : Một nhĩm vi sinh vật tự nhiên trong nước cĩ trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản cĩ trọng lượng nhẹ như : Monosacarit, amino axit để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động.
Bước 2 : Nhĩm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các axit hữu cơ thường là axit acetic, nhĩm vi sinh yếm khí tạo axit được gọi là nhĩm axit focmơ.
Bước 3 : Nhĩm vi khuẩn tạo mêtan chuyển hố hydro và axit acetic thành khí mêtan và cacbonic. Nhĩm vi khuẩn này được gọi là nhĩm mêtan focmơ, chúng cĩ rất nhiều trong dạ dày của động vật nhai lại (trâu, bị…). Vai trị quan trọng của nhĩm vi khuẩn mêtan focmơ là tiêu thụ hydro và axit acetic, chúng tăng trưởng rất chậm và quá trình xử lý yếm khí chất thải được thực hiện khi khí mêtan và cacbonic thốt ra khỏi hỗn hợp.
Để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí, phải duy trì được tình trạng cân bằng động của quá trình theo 3 bước đã nêu. Muốn vậy trong bể xử lý phải :
• Khơng cĩ oxi.
• Khơng cĩ hàm lượng quá mức của kim loại nặng. • Giá trị pH hỗn hợp từ 6,6 đến 7,6.
• Phải duy trì độ kiềm đủ khoảng 1.000 ÷1.500 mg/L để ngăn cản pH giảm xuống dưới 6,2.
• Nhiệt độ của hỗn hợp (nước thải) từ 27 ÷ 38OC.
• Phải cĩ đủ chất dinh dưỡng theo tỷ lệ COD : N : P = 350 : 5 :1 và nồng độ thấp của các kim loại sắt …
Bùn trong bể là sinh khối đĩng vai trị quyết định trong việc phân hủy và chuyển hố chất hữu cơ, bùn được hình thành hai vùng rõ rệt trong bể phản ứng. Ơ chiều cao khoảng 1/4 bể tính từ đáy lên, lớp bùn hình thành do các hạt cặn keo tụ nồng độ từ 5 ÷ 7%, trên lớp này là lớp bùn lơ lửng nồng độ 1000 ÷3000 mg/L gồm các bơng cặn chuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hồn từ ngăn lắng rơi xuống. Trên mặt tiếp
giáp với pha khí, nồng độ bùn trong nước bé nhất. Nồng độ cao của bùn hoạt tính trong bể cho phép bể làm việc vơí tải trọng chất hữu cơ cao. Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc cĩ hiệu quả địi hỏi thời gian vận hành khởi động từ 3 đến 4 tháng. Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi khuẩn tạo mêtan trước (phân trâu bị) với nồng độ thích hợp và vận hành với chế độ thuỷ lực ≤ 1/2 cơng suất thiết kế, thì thời gian khởi động cĩ thể rút xuống từ 2 đến 3 tuần.
Cặn dư thừa định kỳ xả ra ngồi. Lượng cặn dư chỉ bằng 0,15 ÷ 0,2 hàm lượng COD, tức bằng nữa cặn sinh ra so với khi xử lý hiếu khí. Cặn xả ra ổn định cĩ thể đưa trực tiếp đến thiết bị làm khơ.
• Ưu điểm của bể UASB:
• Khơng sử dụng hoặc tiêu thụ rất ít năng lượng. Trong trường hợp xử lý nước thải ở nhiệt độ thích hợp, năng lượng cần thiết khoảng 0,05 ÷ 0,1 KWh/m3nước thải
• Sinh ra năng lượng do sản sinh ra khí mêtan, tận dụng làm khí đốt
• Lượng bùn sinh ra ít, khả năng lắng và tách nườc tốt hơn bùn hiếu khí nên giảm chi phí xử lý bùn
• Bùn cĩ tính ổn định cao
• Tốc độ sinh bùn kị khí thấp do đĩ nhu cầu dinh dưỡng (N,P) cũng thấp
• Cĩ thể hoạt động ở tải trọng rất cao, khoảng 30kgCOD/m3ngày đêm, thậm chí cĩ thể lên đến 50kgCOD/m3ngày đêm ở nhiệt độ 40oC
• Bùn kị khí cĩ thể lưu trữ trong một thời gian dài ở nhiệt độ dưới 15oC khơng cung cấp thức ăn mà hoạt tính của bùn vẫn khơng giảm
• Khơng sinh ra mùi
• Giảm tính độc của clo hữu cơ. • Chi phí đầu tư, vận hành thấp • Mặt bằng xây dựng nhỏ.