a. Quá trình kỵ khí
Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc
Đối với nước thải cĩ BOD cao, xử lý bằng phương pháp kỵ khí tiếp xúc rất hiệu quả. Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với bùn tuần hồn và sau đĩ được phân hủy trong bể phản ứng kín khơng cho khơng khí vào. Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng hoặc tuyển nổi: nước trong đi ra, nếu chưa đạt yêu cầu xả vào các nguồn nước thì phải xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí với Aroten hoặc lọc sinh học. Bùn kỵ khí sau khi lắng được hồi lưu để nuơi cấy trong nước thải mới. Lượng sinh khối vi sinh vật kỵ khí thấp nên bùn dư thừa là rất ít.
Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dịng nước đi từ dưới lên (UASB)
Chương 2 Tổng quan ngành sản xuất bia
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_ SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 20
- Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một cơng trình.
- Tạo thành các loại bùn hạt cĩ mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.
- Ít tiêu tốn năng lượng vận hành.
- Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn và lượng bùn sinh ra dễ tách nước.
- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng.
- Cĩ khả năng thu hồi năng lượng từ khí Methane.
Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
Đây là phương pháp xử lý kỵ khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kỵ khí trên các giá mang. Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kỵ khí và lọc với lớp vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ. Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử Nitrat.
Bể lọc kỵ khí
Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đĩ cĩ vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và khơng bị rửa trơi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày).
Bể phản ứng cĩ dịng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu
lọc cố định
Đây là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám.
b. Quá trình hiếu khí
Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hịa tan và khơng hịa tan chuyển hĩa thành bơng bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – cĩ khả năng lắng
Chương 2 Tổng quan ngành sản xuất bia
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_ SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 21
dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy liên tục vào bể Aeroten, trong đĩ khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính nhằm cung cấp ơxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bơng bùn. Hỗn hợp bùn và nước thải chảy đến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuống đáy. Lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hồn về bể Aeroten để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ. Lượng sinh khối dư mỗi ngày cùng với lượng bùn tươi từ bể lắng 1 được dẫn tiếp tục đến cơng trình xử lý bùn.
Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trị quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ cĩ trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hĩa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị ơxy hĩa hồn tồn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, …Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm: Pseudomonas, Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium,… và hai loại vi khuẩn nitrate hĩa Nitrosomonas, Nitrobacter. Một số dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như sau:
Bể aeroten thơng thường
Địi hỏi chế độ dịng chảy nút (plug – flow), khi đĩ chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể này nước thải vào cĩ thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hồn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dịng chảy nút, bơng bùn cĩ đặc tính tốt hơn, dễ lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể.
Chương 2 Tổng quan ngành sản xuất bia
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_ SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 22
Bùn tuần hồn Bể aerotank Nước chưa xử lý Bể lắng 1 Bùn Nước thải sau xử lý Bể lắng 2 Bùn thải
Hình 2.1: Bể aeroten thơng thường
Bể Aeroten mở rộng
Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đĩ tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 – 30 ngày). Hàm lượng bùn thích hợp trong khoảng 3.000 – 6.000 mg/L.
Bể Aeroten xáo trộn hồn tồn
Bể này thường cĩ dạng trịn hoặc vuơng, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu ơxy đồng nhất trong tồn bộ thể tích bể. Địi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này cĩ ưu điểm chịu được quá tải rất tốt.
Bể lắng
Bể lắng
Bùn thải Nước thải
trước xử lý Nước thải sau xử lý
Bùn tuần hồn Máy thổi khí
Hình 2.2: Bể aeroten khuấy trộn hồn tồn
Chương 2 Tổng quan ngành sản xuất bia
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_ SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 23
Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ cĩ điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: làm đầy, phản ứng, lắng, xả cạn, ngưng.
Mương ơxy hĩa
Là mương dẫn dạng vịng cĩ sục khí để tạo dịng chảy trong mương cĩ vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3 m/s để tránh cặn lắng. Mương ơxy hĩa cĩ thể kết hợp quá trình xử lý Nitơ.
Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
Bể lọc sinh học
Bể lọc sinh học là cơng trình trong đĩ nước thải được lọc qua lớp vật liệu cĩ kích thước hạt lớn. Bề mặt các hạt vật liệu đĩ được bao bọc bởi một màng sinh vật do loại vi sinh vật hiếu khí tạo thành.
Sau khi lắng trong các bể lắng đợt 1 nước thải được cho qua bể lọc sinh vật. Ở đĩ màng sinh học sẽ hấp phụ các chất phân tán nhỏ, chưa kịp lắng, cả các chất ở dạng keo và hồ tan. Các chất hữu cơ bị màng sinh vật giữ lại sẽ bị oxy hố bởi các vi sinh vật hiếu khí. Chúng sử dụng các chất hữu cơ, một phần để sinh ra năng lượng cần thiết cho sự sống và hoạt động, một phầøn để xây dựng tế bào (nguyên sinh chất) và tăng kối lượng cơ thể. Như vậy một phần các chất bẩn hữu cơ bị loại khỏi nước thải, mặt khác khối lượng màng sinh vật hoạt tính trong vật liệu lọc đồng thời cũng tăng lên. Màng đĩ sau một thời gian già cỗi, chết đi và bị dịng nước mới và xĩi cuốn đi khỏi bể lọc.
Thực chất quá trình oxy hố diễn ra trong bể lọc sinh vật cũng tương tự như các quá trình diễn ra ở cánh đồng tưới, cánh đồng lọc. Song nhờ những điều kiện nhân tạo thuận lợi đối với sự sống hoạt động của vi sinh vật hiếu khí nên các quá trình oxy hố sinh hố trong các bể sinh vật diễn ra mạnh hơn nhiều do đĩ kích thước cơng trình cũng nhỏ hơn nhiều.
Chương 2 Tổng quan ngành sản xuất bia
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_ SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 24
Theo chế độ làm việc các bể lọc chia ra làm 2 loại: bể lọc hoạt động theo chu kỳ và bể lọc hoạt động liên tục. Bể lọc hoạt động theo chu kỳ do cơng suất nhỏ, giá thành lại cao nên hiện nay hầu như được sử dụng. Theo cơng suất và cấu tạo, những bể lọc hoạt động liên tục được chia ra làm các loại: bể lọc sinh vật nhỏ giọt (lớp vật liệu lọc khơng ngập trong nước), bể lọc sinh học cĩ lớp vật liệu ngập trong nước, bể lọc sinh vật cao tải (hay Aerophin), bể lọc sinh vật cĩ chiều cao lớn (tháp lọc sinh vật). Theo phương thức cung cấp khơng người ta chia ra các bể lọc với thơng giĩ tự nhiên và nhân tạo.
Bể lọc sinh học hiện đại gồm những lớp vật liệu tiếp xúc cĩ khả năng thấm cao cho phép vi sinh vật bám dính và nước thải cĩ thể đi qua. Mơi trường lọc cĩ thể là đá, kích thước thay đổi từ 25 – 100 mm đường kính, chiều sâu lớp đá tùy theo thiết kế nhưng thơng thường từ 0.9 – 2.0 m trung bình là 1.8 m. Lọc sinh học cĩ thể dùng vật liệu lọc cải tiến là plastic, cĩ thể hình vuơng hoặc hình khác với chiều sâu thay đổi từ 9 –12 m. Bể lọc hình trịn nước được phân phối trên bằng thiết bị phân phối quay.
Chất hữu cơ trong nước thải được phân hủy bởi quần thể sinh vật bám dính và chất liệu lọc. Chất hữu cơ trong nước thải được hấp phụ lên màng sinh học hoặc lớp nhầy. Ở lớp ngồi của lớp màng nhầy sinh học (0.1 – 0.2 mm), chất hữu cơ sẽ được phân huỷ hiếu khí. Khi sinh vật tăng trưởng thì lớp màng nhầy tăng lên, và oxy khuếch tán được tiêu thụ trước khi nĩ cĩ thể thấm và chiều sâu lớp màng nhầy. Do đĩ mơi trường kị khí sẽ nằm gần bề mặt lớp vật liệu lọc.
Khi độ dày màng nhầy tăng, các chất hữu cơ hấp phụ được chuyển hố trước khi nĩ tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu. Kết quả vi sinh vật gần bề mặt vật liệu phải hơ hấp nội bào do khơng cĩ nguồn chất dinh dưỡng thích hợp của chất hữu cơ nước thải, và do đĩ mất khả năng bám dính. Sau đĩ màng nhầy này bị rửa trơi, màng nhầy mới được hình thành.
Chương 2 Tổng quan ngành sản xuất bia
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_ SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 25
RBC bao gồm các đĩa trịn Polystyren hoặc Polyvinyl chloride đặt gần sát nhau. Đĩa nhúng chìm một phần trong nước thải và quay ở tốc độ chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, màng vi sinh hình thành và bám trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay, mang sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đĩ tiếp xúc với ơxy. Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hĩa ơxy và luơn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Đồng thời, khi đĩa quay tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh khơng cịn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa sang bể lắng đợt hai. Trục RBC phải tính tốn đủ đỡ vật liệu nhựa và lực quay.
Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 26
Chương 3
TỔNG QUAN VỀ NHAØ MÁY SẢN XUẤT BIA BẠCH ĐẰNG