2.3.1.1. Bể Aerotank – Bể hiếu khí bùn hoạt tính [5]
Khi nƣớc thải vào bể thổi khí (Bể Aerotank), các bông bùn hoạt tính đƣợc hình thành mà các hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cƣ tr , phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ chất hữu cơ h a tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn và sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dƣỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành tế bào mới.
Số lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lƣu tại bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng 2 bằng cách tuần hoàn ngƣợc trở lại đầu bể Aerotank để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Bùn dƣ ở đáy lắng đƣợc xả ra ngoài khu xử lý bùn. Quá trình xử lý nƣớc thải bằng bể Aerotank gồm các giai đoạn:
- Khuấy trộn đều nƣớc thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng.
- Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nƣớc thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cung cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra.
- Làm trong nƣớc và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng 2.
- Tuần hoàn lại một lƣợng bùn cần thiết từ đáy bể lắng để h a trộn với nƣớc thải đi vào.
- Xả bùn dƣ và xử lý bùn.
Cấu tạo: Bể Aerotank là công trình là bằng bê tông, bê tông cốt thép, với mặt bằng thông dụng là hình chữ nhật, là công trình sử dụng bùn hoạt tính để xử lý các chất ô nhiễm trong nƣớc. Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nƣớc thải. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy dùng cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ thì phải luôn luôn đảm bảo việc làm thoáng gió. Bể đƣợc phân loại theo nhiều cách: Theo nguyên lý làm việc có bể thông thƣờng và bể có ngăn phục hồi; theo phƣơng pháp làm thoáng là bể làm thoáng bằng khí nén, máy khuấy cơ học, hay kết hợp…
Ƣu điểm:
- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90% .
- Vận hành đơn giản, an toàn.
- Thích hợp với nhiều loại nƣớc thải.
- Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích bể.
Nhƣợc điểm:
- Nhân viên vận hành cần đƣợc đào tạo kỹ càng về chuyên môn.
- Chi phí vận hành tốn kém.
- Cần có thêm bể lắng đợt 2.
- Diện tích thi công – xây dựng lớn.
- Nhƣợc điểm chính của xử lý hiếu khí là tổn thất năng lƣợng cung cấp cho khí với tốc độ đủ để duy trì nồng độ oxy hòa tan cần thiết để duy trì điều kiện hiếu khí trong nƣớc thải đƣợc xử lý cho sự tăng trƣởng hiếu khí.
2.3.1.2. Mương oxy hóa [13]
Mƣơng oxy hóa là mƣơng dẫn dạng vòng tròn có sục khí để tạo dòng chảy trong mƣơng, có thể tích đủ để xáo trộn bùn hoạt tính. Mƣơng oxy hóa dùng các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí khử các chất hữu cơ và có thể kết hợp với quá trình xử lý nitơ. Thƣờng đặt mƣơng oxy hóa sau các công trình hóa lý hay bể UASB và cần bể lắng 2, không cần bể Anoxic (nếu đƣợc). Điều kiện sử dụng mƣơng oxy hóa: SS < 400mg/l, tỷ lệ BOD/COD > 0,5.
Ƣu điểm: Mực nƣớc luôn ổn khi công trình gặp sự cố nhƣ lƣu lƣợng nƣớc thải tăng hay giảm đột ngột nhờ điều chỉnh máng tràn ở cuối mƣơng, thời gian lƣu nƣớc lớn nên có khả năng chịu sốc tải, lƣợng bùn sinh ra ít hơn so với công trình xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính, năng lƣợng cung cấp ít hơn so với công trình xử lý hiếu khí.
Nhƣợc điểm: Yêu cầu về diện tích xây dựng cao hơn các công trình xử lý sinh học hiếu khí khác.
2.3.1.3. Bể MBR [8]
Các quá trình lọc màng tuy mới chỉ đƣợc áp dụng vào thực tế trong vòng mấy chục năm trở lại đây, nhƣng ch ng đã nhanh chóng đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong sản xuất và đời sống của con ngƣời. Cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật vật liệu và chế tạo màng ngày càng phát triển, các quá trình màng ngày càng đƣợc áp dụng rộng rãi không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau ở nhiều nƣớc trên thế giới trong đó áp dụng công nghệ màng để xử lý nƣớc ngày càng đƣợc áp dụng phổ biến.
Thuật ngữ MBR (Membrane Bioreactor) đƣợc hiểu là một sự kết hợp của quá trình xử lý nƣớc thải bằng bể sinh học bùn hoạt tính với quá trình lọc màng để tách sinh khối, cặn lơ lửng... (hay công nghệ màng lọc sinh học), có thể là màng vi lọc MF hoặc màng siêu lọc UF. MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính theo mẻ kiểu bể SBR trong đó việc tách cặn không cần dùng đến bể lắng bậc hai. MBR có thể kết hợp quá trình màng với bể vi sinh hiếu khí.
Trong bể duy trì hệ bùn sinh trƣởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra trong bể giống nhƣ các quá trình sinh học thông thƣờng khác, nƣớc sau xử lý qua màng có chất lƣợng rất tốt và không phải qua bể lắng 2 hoặc có thể bỏ qua khâu khử trùng. Quy trình MBR thƣờng hoạt động ở hai kiểu đặt màng sau: Dạng đặt màng chìm trong bể và màng đặt ngoài bể nhƣ hình 3.2:
Hình 2.10 Các dạng đặt màng trong hệ thống. [14]
Trong nghiên cứu quá trình thẩm thấu ngƣời ta chia 4 quá trình phân tách màng chủ yếu theo kích thƣớc của mao quản và cách thức nƣớc thấm qua là màng thẩm thấu ngƣợc RO, màng lọc nano NF (nanofiltration), màng siêu lọc UF (ultrafiltration) và màng vi lọc MF (microfiltration) nhƣ trong hình 2.10:
Hình 2.11 Quá trình phân tách bằng màng. [14]
- Thẩm thấu ngƣợc RO (Reverse osmosis): Là phƣơng pháp lọc tốt nhất trong tất cả các phƣơng pháp lọc màng. Quá trình lọc này chỉ cho nƣớc đi qua màng c n tất cả các chất hoà tan, các chất rắn lơ lửng đều bị giữ lại.
- Một loại lọc khác tƣơng đƣơng với lọc RO là màng Nano NF. Trong thực tế thì màng NF chỉ giữ lại các ion có hoá trị lớn hơn 1 (Ca2+, Mg2+, SO42-...), trong khi Nƣớc vào Khí Nƣớc ra Bùn xả Khí Nƣớc vào Màng Tuần hoàn Bùn xả Nƣớc ra a) b)
những ion hoá trị 1 vẫn có thể đi qua màng.
- Siêu lọc UF là quá trình lọc mà các hợp chất có phân tử lƣợng lớn nhƣ là protein và các chất keo, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn ... trong khi đó những hợp chất có phân tử lƣợng thấp có thể đi qua màng nhƣ axit hữu cơ, vô cơ, muối, kiềm...
- Vi lọc MF là quá trình lọc chỉ có thể loại bỏ đƣợc các chất rắn lơ lửng, vi khuẩn côn trùng, sinh khối ..
Nguyên lý hoạt động của bể MBR: Cơ sở của quá trình lọc màng sinh học bao gồm bể hiếu khí và bể anoxic. Các mô - đun màng sẽ đƣợc ngâm trong bể hiếu khí - nơi các chất hữu cơ (BOD) sẽ bị suy giảm về mặt sinh học bởi bùn than hoạt tính. Khi đó, nồng độ MLSS (Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng trong bùn) của hệ thống MBR là 10 - 20g/ L so với 3 - 4g/ L trong các hệ thống bùn than hoạt tính thông thƣờng. Vậy nên thời gian lữu giữ ở bể MBR chỉ bằng 30% so với các hệ thống thông thƣờng. Tiếp đó, các màng trong bể sẽ tách chất rắn lơ lửng khỏi chất lỏng qua quá trình lọc. Sau khi màng giữ lại hết các cáu cặn, vi khuẩn,... nƣớc sạch sẽ đƣợc bơm ra bên ngoài. C n các chất bẩn sẽ rơi xuống bể và đƣa ra bên ngoài.
Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động của bể MBR. [14] 2.3.2.Phƣơng pháp sinh học kỵ khí
2.3.2.1. Bể biogas
Đây là phƣơng pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, đƣợc áp dụng phổ biến ở các trang trại và hộ gia đình. Bể biogas có ƣu điểm là có thể sản xuất đƣợc nguồn năng lƣợng khí sinh học để thay thế đƣợc một phần các nguồn năng lƣợng khác. Tùy thuộc
vào thành phần và tính chất nƣớc thải, thời gian lƣu nƣớc, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ...mà lƣợng khí sinh ra là khác nhau. Nƣớc thải sau khi qua bể biogas, BOD giảm 79 – 87%, coliform giảm 98 - 99,7%, trứng giun sán 95,6 - 97%.
2.3.2.2. Bể UASB – Bể sinh học kỵ khí [9]
Điều kiện áp dụng
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc qua tầng bùn kỵ khí. UASB đƣợc thiết kế cho nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD đầu vào đƣợc giới hạn ở mức thấp nhất là 100 mg/l; nếu SS > 3000mg/l thì không thích hợp để xử lý bằng UASB. UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nƣớc thải sẽ đƣợc phân phối từ dƣới lên và đƣợc khống chế vận tốc phù hợp (0,6 - 0,9 m/h).
Nguyên lý hoạt động
Nƣớc thải đƣợc phân phối từ dƣới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật kỵ khí, hiệu quả xử lý của bể đƣợc quyết định bởi tầng vi sinh này. Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng – khí, các chất khí sẽ bay lên và đƣợc thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nƣớc sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo.
Trong bể phản ứng UASB có bộ phận tách 3 pha: Khí biogas, nƣớc thải và bùn kỵ khí. Khí biogas đƣợc thu gom và phát tán vào môi trƣờng qua ống khói. Bùn kỵ khí đƣợc tách ra và quay trở lại bể phản ứng, nƣớc thải sau khi đƣợc tách bùn và khí đƣợc dẫn sang bể xử lý hiếu khí (Aerotank). Hiệu suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD đạt khoảng 60 ÷ 72%.
Ƣu Điểm
- Chi phí đầu tƣ và vận hành thấp.
- Lƣợng hóa chất cần bổ sung ít.
- Không đ i hỏi cấp khí, đỡ tốn năng lƣợng, có thể thu hồi, tái sử dụng năng lƣợng từ biogas.
- Lƣợng bùn sinh ra ít.
- Cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích công trình
Khuyết Điểm
- Giai đoạn khởi động kéo dài.
- Dễ bị sốc tải khi chất lƣợng nƣớc vào biến động.
- Bị ảnh hƣởng bởi các chất độc hại.
2.3.3.Phƣơng pháp sinh học thiếu khí – Bể Anoxic
Bể anoxic là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học. Công nghệ khử nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học phổ biến nhất hiện nay là: Nitrat hóa và khử Nitrat, diễn biến của quá trình này nhƣ sau:
Nitrat hóa: Là một quá trình tự dƣỡng, năng lƣợng cho sự phát triển của vi khuẩn đƣợc lấy từ các hợp chất oxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amoni. Ngƣợc với các vi sinh vật dị dƣỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn cacbon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo thành trên một đơn vị của quá trình trao đổi chất nhỏ hơn nhiều lần so với sinh khối tạo thành của quá trình dị dƣỡng.
Khử nitrit và nitrat: Trong môi trƣờng thiếu oxy các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kỵ khí tuỳ tiện) sẽ tách oxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để oxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nƣớc. Nhƣ vậy để khử nitơ công trình xử lý nƣớc thải cần:
- Điều kiện yếm khí (Thiếu oxy tự do)
- Có nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-)
- Có vi khuẩn kỵ khí tùy tiện khử nitrat;
- Có nguồn cacbon hữu cơ
- Nhiệt độ nƣớc thải không thấp.
Hình 2.13 Bể Anoxic. [15]
2.4. PHƢƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG [9]
Dùng các chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán,… để làm sạch nƣớc, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn tiếp nhân hoặc tái sử dụng. Khử trùng có thể dùng các hóa chất hoặc tác nhân vật lý nhƣ ozon, tia tử
ngoại. Các chất khử trùng thƣờng dùng nhất là khí hoặc nƣớc clo, nƣớc Javen, vôi clorua, các hypoclorit, cloramin B,…
Trong quá trình xử lý nƣớc thải, công đoạn khử trùng thƣờng đƣợc đặt ở cuối quá trình. Sau khi qua các phƣơng pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý và sinh học thì hàm lƣợng các vi sinh vật gây bệnh đã giảm đáng kể nhƣng để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng thì cần phải qua bƣớc khử trùng cuối cùng.
2.5. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN CẶN [9]
Nhiệm vụ của xử lý bùn cặn là:
- Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn;
- Ổn định cặn;
- Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau: Bón ruộng, cải tạo đất, san lấp,…
Cặn tƣơi từ bể lắng đợt I sẽ đƣợc dẫn đến bể metan để xử lý. Một phần bùn hoạt tính (Vi sinh vật lơ lửng) từ bể lắng đợt II đƣợc dẫn trở lại Aeroten để tiếp tục tham gia quá trình xử lý (Gọi là bùn hoạt tính tuần hoàn), phần còn lại (gọi là bùn hoạt tính dƣ) đƣợc dẫn đến bể nén bùn để làm giảm độ ẩm và thể tích, sau đó đƣợc dẫn vào bể metan để tiếp tục xử lý. Cặn ra khỏi metan thƣờng có độ ẩm cao (96 ÷ 97%). Để giảm thể tích bùn cặn và làm ráo nƣớc, có thể ứng dụng các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên nhƣ: Sân phơi bùn, hồ chứa bùn, hoặc trong điều kiện nhân tạo: Thiết bị lọc chân không, thiết bị lọc ép dây đai, thiết bị lọc ép dây đai, thiết bị ly tâm cặn… Đối với các trạm xử lý nƣớc thải công suất nhỏ, việc xử lý bùn cặn có thể tiến hành đơn giản hơn: Nén và sau đó làm ráo nƣớc ở sân phơi bùn trên nền cát có hệ thống thu nƣớc bên dƣới.
CHƢƠNG 3.
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
3.1. CƠ SỞ LỰA CHỌN
- Loại nƣớc thải: Nƣớc thải sinh hoạt
- Lƣu lƣợng nƣớc thải Q = 530 m3/ngày.đêm
- Vì nguồn tiếp nhận nƣớc thải là suối Bà Đầm sau đó dẫn ra sông Thị Tính nên nƣớc thải đầu ra phải đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 14/2008 BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải sinh hoạt.
- Công nghệ xử lý có quy trình quản lý và vận hành đơn giản phù hợp với trình độ vận hành của công nhân tại địa phƣơng, tiết kiệm đƣợc chi phí đầu tƣ xây dựng và vận hành hệ thống, dễ dàng bảo trì và bảo dƣỡng các công trình, trang thiết bị dễ vận hành, dễ điều chỉnh và sửa chữa, có bán rộng rãi trên thị trƣờng.
3.2. THÔNG SỐ NƢỚC THẢI SINH HOẠT [1]
Bảng 3.1 Thành phần nƣớc thải sinh hoạt so với cột A, QCVN 14:2008/BTNTMT
STT Thông số Đơn vị Giá trị
Đầu vào Cột A,QCVN 14:2008/BTNMT (Giá trị C) Cmax = C. K (K = 1) 1 pH - 7 5 - 9 5 - 9 2 BOD5 (200C) mg/L 310 30 30 3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/L 220 50 50 4 Dầu mỡ động, thực vật mg/L 65 10 10 5 Tổng Nitơ mg/L 58 5 5 6 Phosphat(PO4 3-) (Tính theo P) mg/L 14 6 6 7 Tổng Coliforms MPN/100 ml 13000 3000 3000 Nhận xét:
Nguồn phát sinh nƣớc thải sinh hoạt nếu không đƣợc thu gom và xử lý sẽ ảnh hƣởng không chỉ dân cƣ xung quanh mà c n tăng mức độ ô nhiễm đối với nguồn tiếp nhận. Ngoài ra, trong nƣớc thải sinh hoạt còn có một lƣợng chất thải rắn lơ lửng có khả năng gây hiện tƣợng bồi lắng cho các nguồn tiếp nhận nó, khiến chất lƣợng nƣớc