Xem hình chụp và sơ đồ các điã tiếp xúc sinh học (lưu ý: file lớn, bạn phải chờ lâu)
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ YẾM KHÍ
Một số dữ liệu về quá trình hoạt động của hệ thống yếm khí dùng để xử lý nước thải cơng nghiệp
Loại hầm ủ COD đầu vào
(mg/L) Thời gian lưu tồn nước (h) Lưu lượng nạp chất hữu cơ (lb COD/ft3.d) Hiệu suất khử COD (%)
Hầm ủ cĩ khuấy đảo
1.500 ¸ 5000 2 ¸ 10 0,03 ¸ 0,15 75 ¸ 90
Hầm ủ UASB
5.000 ¸ 15.000 4 ¸ 12 0,25 ¸ 0,75 75 ¸ 80
Thời gian tồn lưu (HRT) của hỗn hợp nạp tối ưu biến thiên từ 10 ÷ 60 ngày.
HRT Thể tích hầm ủ= --- Thể tích nguyên liệu nạp
Đối với hầm ủ khơng cĩ giá bám giá trị HRT = 1 ÷ 10 ngày cho cột lọc yếm khí và 0,5 ÷ 6 ngày cho loại hầm ủ UASB (Brown and Tata, 1985). Sở dĩ loại hầm ủ cĩ giá bám cĩ thể chịu được lượng chất hữu cơ nạp cao và thời gian lưu tồn ngắn là do mật độ vi khuẩn trong hầm cao do vi khuẩn bám vào các giá bám trong hầm ủ.
Các loại hầm ủ
Người ta cĩ thể chia các loại hầm ủ theo 3 cách vận hành chính
• Vận hành theo mẻ
Trong cách vận hành này, hầm ủ được nạp đầy nguyên liệu trong một lần, cho thêm chất mồi và đậy kín lại và quá trình sinh khí sẽ diễn ra trong một thời gian dài cho tới khi nào lượng khí sinh ra giảm thấp tới một mức độ nào đĩ. Sau đĩ tồn bộ các chất thải của hầm ủ được lấy ra chỉ chừa lại 10 ÷ 20 % để làm chất mồi, nguyên liệu mới lại được nạp đầy cho hầm ủ và quá trình cứ tiếp tục. Theo kiểu vận hành này thì lượng khí sinh ra hàng ngày khơng ổn định, nĩ thường cao vào lúc mới nạp và giảm dần đến cuối chu kỳ.
• Vận hành bán liên tục
Nguyên liệu được nạp vào cho hầm ủ 1 hoặc 2 lần/ngày và cùng một lượng chất thải của hầm ủ sẽ được lấy ra ngay các thời điểm đĩ. Kiểu vận hành này thích hợp khi ta cĩ một lượng chất thải thường xuyên. Thể tích của hầm ủ phải đủ lớn để làm 2 nhiệm vụ: ủ phân và chứa gas. Theo kiểu vận hành nầy thì tổng thể tích gas sản xuất được trên một đơn vị trọng lượng chất hữu cơ thường cao.
• Vận hành liên tục
Ở cách vận hành này việc nạp nguyên liệu và lấy chất thải của hầm ủ ra được tiến hành liên tục. Lượng nguyên liệu nạp được giữ ổn định bằng cách cho chảy tràn vào hầm ủ hoặc dùng bơm định lượng. Phương pháp này thường dùng để xử lý các loại nước thải cĩ hàm lượng chất rắn thấp.
Cũng nên nĩi thêm rằng nếu khơng cĩ chất thải hầm ủ để làm chất mồi, thì phân gia súc cũng cĩ thể sử dụng làm chất mồi (trong trường hợp nguyên liệu nạp khơng phải là phân người hay phân gia súc). Trong trường hợp này, hầm ủ sẽ hoạt động ổn định sau 20 ÷ 30 ngày kể từ lúc bắt đầu vận hành (phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích hầm ủ, nguyên liệu và lượng chất mồi).
• Hầm ủ nắp vịm cố định (Trung Quốc)
Loại hầm này cĩ phần chứa khí được xây dựng ngay trên phần ủ phân. Do đĩ, thể tích của hầm ủ bằng tổng thể tích của 2 phần này. Hầm ủ cĩ dạng bán cầu được chơn hồn tồn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ. Phần chứa khí được tơ bằng nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí. Ở phần trên cĩ một nắp đậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp nầy giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm.
Loại hầm ủ nầy rất phổ biến ở Trung Quốc, nhưng cĩ nhược điểm là phần chứa khí rất khĩ xây dựng và bảo đảm độ kín khí do đĩ hiệu suất của hầm ủ thấp. Gần đây các nhà khoa học của Đức và Thái Lan hợp tác trong việc phát triển hầm ủ Biogas ở Thái Lan đã dùng kỹ thuật CAD (Computer Aid Design) để tính tốn lại kết cấu của hầm ủ nầy và cho ra đời mẫu hầm TG - BP (Thai German - Biogas Program). Loại hầm ủ nầy đã được Trung Tâm Năng Lượng Mới, Đại Học Cần Thơ thử nghiệm và phát triển cĩ hiệu quả ở miền Nam Việt Nam trong việc xử lý phân người và gia súc.
• Hầm ủ nắp trơi nổi (Ấn Độ)
Loại hầm nầy rất phổ biến ở Ấn Độ, cịn gọi là hầm ủ kiểu KVIC (được thiết kế bởi Khadi and Village Industries Commission). Gồm cĩ một phần hầm hình trụ xây bằng gạch hoặûc bêtơng lưới thép và một chuơng chứa khí trơi nổi trên mặt của hầm ủ. Chuơng chứa khí thường được làm bằng thép tấm, bêtơng lưới thép, bêtơng cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh. Loại hầm ủ nầy bị ảnh hưởng nhiều bởi các nhân tố mơi trường như nhiệt độ. Nắp hầm ủ dễ bị ăn mịn (trong trường hợp làm bằng sắt tấm), hoặc bị lão hĩa (trong trường hợp làm bằng chất dẻo). Một nhược điểm khác là áp suất gas thấp do đĩ bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu... để khắc phục nhược điểm nầy người ta thường treo thêm vật nặng vào nắp hầm ủ.
• Một số loại hầm ủ ở Việt Nam a) Hầm ủ CT1
Ở Việt Nam ngồi việc áp dụng các mẫu hầm ủ nắp vịm cố định, nắp trơi nổi, TTNLM cịn thiết kế mẫu hầm ủ CT1. Loại hầm ủ nầy là biến dạng của hầm ủ nắp cố định, hầm ủ cĩ dạng hình trụ trịn, cĩ chuơng chứa khí làm bằng xi măng lưới thép, các cấu kiện của hầm ủ được đúc sẳn do đĩ thời gian thi cơng rút ngắn xuống cịn từ 2 ÷ 3 ngày. Loại hầm ủ nầy được phát triển trên 100 cái ở khu vực Cần Thơ và vài chục cái ở các tỉnh thuộc
ĐBSCL, tuổi thọ của hầm ủ trên 10 năm. Hiện nay loại hầm ủ nầy khơng cịn được ưa chuộng nữa do các cấu kiện đúc sẵn cồng kềnh gây khĩ khăn tốn kém trong quá trình vận chuyển, nguyên liệu nạp phải được thu gom và nạp bằng tay cho hầm ủ.
Ngồi ra các Trung Tâm Khuyến Nơng cịn đang phát triển loại túi ủ bằng nylon. Loại nầy cĩ ưu điểm là vốn đầu tư thấp phù hợp với mức thu nhập của bà con nơng dân hiện nay. Tuổi thọ của túi ủ tùy thuộc vào thời gian lão hĩa của nguyên liệu làm túi. Nhược điểm của loại túi ủ là rất dễ hư hỏng do sự phá hoại của chuột, gia súc, gia cầm.
b) Hầm ủ cĩ chuơng chứa khí riêng biệt
Loại hầm ủ nầy cĩ thể giống như bất kỳ một kiểu nào đã nêu ở trên chỉ khác là cĩ chuơng chứa khí nằm riêng, chuơng chứa khí nầy cĩ thể dùng chung cho một vài hầm ủ. Ưu điểm chính của loại hầm ủ nầy là khả năng cung cấp gas ổn định (ngay cả trường hợp ủ theo mẻ) với một áp suất ổn định. Tuy nhiên loại hầm ủ nầy khơng được phổ biến ở các nước đang phát triển.
• Các loại hầm ủ cĩ cung cấp giá bám cho vi khuẩn hoạt động a) Cột lọc yếm khí (Young and Mc. Carty, 1969)
Đây là một cột hình trụ chứa đá, sỏi, hoặc một số loại hạt nhựa nhằm cung cấp giá bám cho các vi sinh vật. Các loại nguyên liệu này cĩ tổng diện tích bề mặt càng rộng càng thích hợp cho việc bám và tạo một lớp màng vi sinh vật để phân hủy chất thải.
Loại cột lọc yếm khí nầy chỉ dùng để xử lý các chất thải hịa tan hoặc nước thải cĩ hàm lượng vật chất rắn thấp, vì các chất rắn dễ gây hiện tượng nghẹt cột lọc.
b) Hầm ủ loại UASB
LKại hầm ủ nầy được thiết kế bởi Lettinga và các cộng sự viên vào 1983 ở Netherlands. Loại hầm ủ nầy thích hợp cho việc xử lý các chất thải cĩ hàm lượng chất hữu cơ cao và thành phần vật chất rắn thấp. Hầm ủ gồm 3 phần chính: (a) phần bùn đặc ở dưới đáy hầm ủ, (b) một lớp thảm bùn ở giửa hầm, (c) dung dịch lỏng ở phía trên. Nước thải được nạp vào hầm ủ từ đáy hầm, nĩ đi xuyên qua lớp thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngồi. Các chất rắn trong nước thải được tách ra bởi thiết bị tách chất khí và chất rắn trong hầm. Các chất rắn sẽ lắng xuống lớp thảm bùn do đĩ nĩ cĩ thời gian lưu trử trong hầm cao và hàm lượng chất rắn trong hầm tăng. Lúc hầm ủ mới bắt đầu hoạt động khả năng lắng của các chất rắn rất thấp nhưng khi nĩ đã được tích trữ nhiều và tạo thành các hạt bùn thì khả năng lắng tăng lên và sẽ gĩp phần giữ lại các VSV hoạt động. Khoảng 80 ÷ 90% quá trình phân hủy diễn ra ở thảm bùn này. Thảm bùn này chiếm 30% thể tích của hầm ủ UASB.
Sử dụng biogas
Dựa trên cơ sở nhiệt trị của Biogas (4500 ÷ 6300 Kcal/m3), Hesse (1982) ước tính rằng 1m3
Biogas đủ để:
• chạy một động cơ 1 ngựa trong 2 giờ
• cung cấp một điện năng khoảng 1.25 KWh
• cung cấp năng lượng để nấu ăn ngày 3 buổi cho gia đình 5 người
• thắp sáng trong vịng 6 giờ (độ sáng tương đương đèn 60 W)
• chạy 1 tủ lạnh 1 m3 trong 1 giờ
• chạy một lị úm 1 m3 trong nửa giờ
Sử dụng Biogas để chạy động cơ Diesel: trong các hệ thống xử lý kết hợp yếm khí và hiếu khí người ta cần sử dụng điện năng để chạy máy bơm, máy nén khí... do đĩ Biogas được sử dụng để chạy động cơ diesel, chúng ta nên loại bỏ CO2 và H2S để đạt hiệu quả cao và giảm độ ăn mịn máy do H2S.
• Cách lọc CO2
Vì CO2 cĩ thể hịa tan trong nước do đĩ việc sục Biogas qua nước được coi là phương pháp đơn giản nhất để loại CO2. Ngồi ra CO2 cịn cĩ thể bị hấp thu bởi những dung dịch kiềm, do đĩ ta cũng cĩ thể dùng dung dịch NaOH, Ca(OH)2 and KOH để loại CO2. Các phương trình phản ứng như sau:
2NaOH + CO2 ---> Na2CO3 + H2O (q) Na2CO3 + CO2 + H2O ---> 2NaHCO3
Ca(OH)2 + CO2 ----> CaCO3 + H2O
1 kg vơi nung hịa tan trong 1m3 nước đủ để loại 300 L CO2.
Khả năng hịa tan của CO2 trong nước (kg CO2 trong 100 kg H2O)
Áp suất Nhiệt độ (oC) atm kg/cm2 0 10 20 30 40 1 1,03 0,40 0,25 0,15 0,10 0,10 10 10,3 3,15 2,15 1,30 0,90 0,75 50 51,7 7,70 6,95 6,000 4,80 3,90 100 103 8,00 7,20 6,66 6,00 5,40 200 207 - 7,95 7,20 6,55 6,05
(Theo Nonhebel (1972), trích dẫn bởi Chongrak, 1989)
• Loại H2S
NaCO3 ở pt (q) cĩ thể dùng để loại H2S trong Biogas qua phản ứng sau: H2S + Na2CO3 ---> NaHS + NaHCO3
Một cách đơn giản khác là cho Biogas đi qua mạt sắt trộn lẫn với dăm bào. Phản ứng loại H2S như sau:
Fe2O3 + 3H2S ---> Fe2S3 + 3H2O
Sau khi sử dụng oxyt sắt được tái sinh bằng cách đem Fe2S3 phơi nắng, ta cĩ: 2Fe2S3 + 3O2 ---> 2Fe2O3 + 3S2.
Xem hình các hệ thống xử lý yếm khí (lưu ý: file lớn: bạn phải chờ lâu)