+ Biodrof: beơ lĩc có luoăng khí và dòng nước đi từ tređn xuông.
+ Oxiafor: hòa tan khođng khí hoaịc oxy kỹ thuaơt vào nước thại trước khi đưa vào beơ.
2.1.3.2. Các cođng trình xử lý nước thại baỉng phương pháp sinh hĩc kị khí khí
Quá trình phađn hụy kị khí
Quá trình phađn hụy kị khí các chât hữu cơ là quá trình sinh hoá phức táp táo ra hàng traím sạn phaơm trung gian. Tuy nhieđn, phương trình phạn ứng sinh hoá trong đieău kieơn kị khí có theơ bieơu dieên đơn giạn như sau:
Chât hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tê bào mới
Phức chât hữu cơ Axit hữu cơ
H2 Acetic axit CH4 4% 76% 20% 24% 52% 28% 72% Vi sinh vaơt
Hình 2.2 Quá trình phađn hụy kị khí Quá trình phađn hụy kị khí xạy ra theo bôn giai đốn
+ Giai đốn 1: Thụy phađn, caĩt mách các hợp chât cao phađn tử; + Giai đốn 2: Acid hóa;
+ Giai đốn 3: Acetate hóa; + Giai đốn 4: Methane hóa;
Các chât thại hữu cơ chứa nhieău chât hữu cơ cao phađn tử như protein, chât béo, carbohydrates, celluloses, lignin,… trong giai đốn thụy phađn, sẽ được caĩt mách táo thành những phađn tử đơn giạn hơn, deê phađn hụy hơn. Các phạn ứng thụy phađn sẽ chuyeơn hoá protein thành amino acid, carbohydrates thành đường đơn, và chât béo thành acid béo.
Trong giai đốn acid hoá, các chât hữu cơ đơn giạn lái được tiêp túc chuyeơn hóa thành acetic acid, hỵro và khí cacbonit. Các acid béo deê bay hơi chụ yêu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Beđn cánh đó, khí cacbonit, hỵro, metan, và các rượu đơn giạn khác cũng được hình thành trong quá trình caĩt mách carbohỵrat. Vi sinh vaơt chuyeơn hoá metan chư có theơ phađn hụy moơt sô lối cơ chât nhât định như khí cacbonit, hỵro, formate, acetate, methanol, methylamines và CO.
Các phương trình phạn ứng xạy ra: 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O
4CHOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH CH4 + CH2
4CH3OH 3CH4 + CH2 + 2H2O
4(CH3)3N + H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H 2O + 4NH3
Tùy theo tráng thái cụa bùn, có theơ chia quá trình xử lý kị khí thành: + Quá trình xử lý kị khí với vi sinh vaơt ở dáng lơ lửng như: quá trình tiêp xúc kị khí, quá trình xử lý baỉng lớp bùn kị khí với dòng nước đi từ dưới leđn.
+ Quá trình xử lý kị khí với vi sinh vaơt ở dáng dính bám như: quá trình lĩc kị khí.
+ Quá trình tiêp xúc kị khí: Moơt sô lối nước thại có hàm lượng chât hữu cơ cao có theơ xử lý rât hieơu quạ baỉng quá trình tiêp xúc kị khí. Quá trình phađn hụy xạy ra trong beơ kín với bùn tuaăn hoàn. Sau khi phađn hụy, hoên hợp được đưa sang beơ laĩng hoaịc beơ tuyeơn noơi đeơ tách bùn và nước. Bùn được tuaăn hoàn trở lái beơ kị khí. Lượng bùn dư thại bỏ thường rât ít do tôc đoơ sinh trưởng cụa vi sinh vaơt khá chaơm.
Hình 2.3: Sơ đoă thiêt bị xử lý sinh hĩc tiêp xúc kị khí Moơt sô cođng trình
+ Beơ tự hối
Là cođng trình xử lý nước thại baơc moơt (xử lý sơ boơ), đoăng thời thực hieơn hai chức naíng: laĩng nước thại và leđn men caịn laĩng.
Beơ tự hối có dáng hình chữ nhaơt hoaịc hình tròn. Xađy dựng baỉng gách, bétođng côt thép, hoaịc chê táo baỉng vaơt lieơu composit. Beơ được chia thành 2 hoaịc 3 ngaín. Do phaăn lớn caịn laĩng taơp trung ở ngaín thứ nhât neđn dung tích ngaín này chiêm 50 - 75% dung tích toàn beơ. Các ngaín thứ hai hoaịc thứ ba cụa beơ có dung tích baỉng 25 - 35% dung tích toàn beơ. Beơ thường sađu 1,5 - 3 m, chieău sađu lớp nước trong beơ tự hối khođng bé hơn 0,75 m và khođng lớn hơn 1,8 m, chieău roơng tôi
Nước thại
Tuaăn hoàn bùn
Nước sau xử lý Tuyeơn noơi/ laĩng
thieơu cụa beơ là 0,9 m và chieău dài tôi thieơu cụa beơ là 1,5 m. Theơ tích cụa beơ tự hối khođng nhỏ hơn 2,8 m3 trong đó theơ tích phaăn laĩng khođng nhỏ hơn 2,0 m3.
+ Beơ laĩng hai vỏ (beơ laĩng IMHOFF)
Beơ laĩng hai vỏ do Imhoff đeă xuât từ naím 1906. Đó là beơ chứa hình tròn hoaịc hình chữ nhaơt.
Phaăn tređn cụa beơ là máng laĩng, phaăn dưới là ngaín leđn men bùn caịn. Nước chuyeơn đoơng qua máng laĩng theo nguyeđn taĩc giông beơ laĩng ngang. Với vaơn tôc nhỏ (5 - 10 mm/s) các hát caịn laĩng xuông, qua các khe roơng 0,12 – 0,15 m rơi vào ngaín leđn men. Đeơ tránh cho nước khođng baơn lái bởi váng bĩt noơi leđn, các gờ dưới cụa máng laĩng đượng đaịt cheđnh leơch moơt khoạng 0,15 m. Thời gian lưu nước lái trong máng laĩng thường là 1,5 giờ. Hieơu quạ trong máng laĩng thường là 55 - 60%.
+ Beơ laĩng trong kêt hợp ngaín leđn men
Beơ laĩng trong kêt hợp ngaín leđn men do giáo sư Siphơrin X.M đeă xuât naím 1968 [7,10,15]. Beơ goăm hai phaăn tách bieơt nhau: phaăn laĩng trong kêt hợp làm thoáng tự nhieđn và phaăn leđn men bùn caịn.
So với beơ laĩng hai vỏ, beơ laĩng trong kêt hợp ngaín leđn men caịn có những ưu đieơm đáng keơ sau:
- Ngaín leđn men và ngaín laĩng đoơc laơp với nhau veă phương dieơn câu táo, do đó sạn phaơm thôi rữa trong quá trình leđn men khođng làm baơn lái nước thại đã laĩng.
- Caịn được xáo troơn đeău ở ngaín tự hối và táo đieău kieơn tôt cho quá trình leđn men caịn, khođng bị nén như trong beơ laĩng hai vỏ.
- Hieơu suât laĩng trong cụa ngaín laĩng cao hơn nhieău so với máng laĩng cụa beơ laĩng hai vỏ.
Các lối beơ lĩc kị khí là lối beơ kín, phía trong chứa vaơt lieơu lĩc đóng vai trò như giá theơ cụa vi sinh vaơt dính bám. Khí CH4 và các lối khí sinh hĩc táo thành khác được thu hoăi ở phía tređn. Nước thại đưa vào beơ có theơ phađn phôi ở phía dưới hoaịc phía tređn.
Vaơt lieơu cụa beơ lĩc kị khí là các lối cuoơi sỏi, than đá, xư, ông nhựa, tâm nhựa hình dáng khác nhau. Kích thước và chụng lối vaơt lieơu lĩc được xác định dựa vào cođng suât cođng trình xử lý nước thại, hieơu quạ khử COD, toơn thât áp lực nước cho phép, đieău kieơn cung câp nguyeđn vaơt lieơu tái choê… Các lối vaơt lieơu lĩc caăn đạm bạo đoơ roêng lớn (từ 90 - 300 m3/m2 beă maịt beơ). Toơng beă maịt vaơt lieơu lĩc có vai trò quan trĩng trong vieơc hâp thú các chât hữu cơ.
Khi màng vi sinh vaơt dày, hieơu quạ lĩc nước thại giạm (toơn thât áp lực lĩc taíng). Vaơt lieơu lĩc được rửa baỉng dòng nước thại chạy ngược. Vaơt lieơu lĩc cũng có theơ lây ra rửa sách baỉng nước thại sau đó náp lái vào beơ.
Hieơu quạ khử BOD cụa beơ lĩc kị khí có theơ đát tới 70 - 90%. Beơ lĩc kị khí thường được áp dúng đeơ xử lý các lối nước thại sinh hốt, nước thại cođng nghieơp có hàm lượng caịn lơ lửng nhỏ.
Ưu đieơm cụa beơ lĩc kị khí: khạ naíng tách các chât baơn (BOD) cao, thời gian lưu nước ngaĩn, vi sinh vaơt deê thích nghi với nước thại, quạn lý vaơn hành đơn giạn, vaơn hành đơn giạn …
+ Beơ lĩc ngược qua taăng bùn kị khí (beơ UASB)
Đađy là moơt trong những quá trình kị khí được áp dúng roơng rãi nhât tređn thê giới do hai đaịc đieơm chính sau:
- Cạ ba quá trình: phađn hụy – laĩng bùn – tách khí, được laĩp đaịt trong cùng moơt cođng trình;
- Táo thành các lối bùn hát có maơt đoơ vi sinh vaơt rât cao và tôc đoơ laĩng vượt xa so với quá bùn hốt tính hiêu khí như:
Ít tôn naíng lượng vaơn hành;
Ít bùn dư, neđn giạm chi phí xử lý bùn; Bùn sinh ra deê tách nước;
Nhu caău dinh dưỡng thâp neđn giạm chi phí boơ sung dinh dưỡng; Có khạ naíng thu hoăi naíng lượng từ khí međtan;
Có khạ naíng hốt đoơng theo mùa vì bùn kị khí có theơ hoăi phúc và hốt đoơng được sau moơt thời gian ngưng khođng náp lieơu.
* Nguyeđn taĩc hốt đoơng beơ UASB
Nước thại được náp lieơu từ phía đáy beơ, đi qua lớp bùn hát. Quá trình xử lý xạy ra khi các chât hữu cơ trong nước thại tiêp xúc với bùn hát. Khi sinh ra trong đieău kieơn kị khí (chụ yêu là khí međtan và khí cacbođnic) sẽ táo neđn dòng tuaăn hoàn cúc boơ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh hĩc dáng hát. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hát bùn và cùng với khí tự do noơi leđn phía maịt beơ. Tái đađy, quá trình tách pha lỏng – khí – raĩn xạy ra nhờ boơ phaơn tách pha. Khi theo ông dăn qua boăn hâp thu chứa dung dịch NaOH 5 - 10%. Bùn sau khi tách khỏi bĩt khí lái laĩng xuông. Nước thại theo máng tràn raíng cưa dăn đên cođng trình xử lý tiêp theo.
Vaơn tôc nước thại đưa vào beơ UASB được duy trì trong khoạng 0,6 – 0,9 m/h, pH thích hợp cho quá trình phađn hụy kị khí dao đoơng trong khoạng 6,6 – 6,7. Do đó caăn cung câp đụ đoơ kieăm (1000 - 5000 mg/l) đeơ đạm pH trong nước luođn luođn lớn hơn 6,2 vì pH nhỏ hơn 6,2 vi sinh vaơt chuyeơn hoá međtan khođng hốt đoơng được. Caăn chú ý raỉng chu trình sinh trưởng cụa vi sinh vaơt axít hoá ngaĩn hơn rât nhieău so với chu trình sinh trưởng cụa vi sinh vaơt acetat hóa (2 - 3 giờ ở 35oC, 2 -
3 ngày ở đieău kieơn tôi ưu). Do đó, trong quá trình vaơn hành ban đaău, tại trĩng chât hữu cơ khođng được quá cao vì vi sinh vaơt axít hóa sẽ táo thành axít béo deê bay hơi với tôc đoơ nhanh hơn rât nhieău laăn so với tôc đoơ chuyeơn hoá các axít này thành acetat dưới tác dúng cụa vi sinh vaơt acetat hóa.