Ưu điểm Nhược điểm
Xử lý các loại nước thải có nồng độ ơ nhiễm hữu cơ rất cao, COD = 15.000mg/l
Cần diện tích và khơng gian lớn để xử lý chất thải
Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80% Q trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm sốt
u cầu về dinh dưỡng (N, P) của hệ thống của công nghệ sinh học kỵ khí thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí
Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống
Hệ thống xử lý kỵ khí tiêu thụ rất ít năng lượng trong quá trình vận hành.
Bể UASB
Bể sinh học kị khí UASB là bể kỵ khí lớp bùn chảy ngược dòng. Nước thải sau khi
điều chỉnh pH theo ống dẫn nước thải vào hệ thống phân phối đảm bảo phân phối đều nước trên diện tích đáy bể. Nước thải đi từ dứới lên với vận tốc v = 0,6 - 0,9 m/s, hỗn hơp bùn yếm khí hấp thụ các chất hữu cơ hịa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70 - 80% là mêtan và 20 - 30% là cacbonic). Bọt khí sinh ra bám chặt vào hạt bùn cặn nổi lên làm xáo trộn và va phải tấm chắn hạt cặn bị vỡ, khí thốt lên trên, cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí qua cửa vào ngăn lắng. Nước thải trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống dưới đáy qua cửa tuần hoàn lại sang vùng phản ứng yếm khí. Nước trong dâng lên và được thu vào máng theo ống dẫn sang bể làm sạch yếm khí. Khí biogas được dàn ống thu về bình chứa rồi theo ống dẫn khí đốt ra ngồi.
Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc
Q trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hồn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy hỗn hợp đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hồn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm.
Bể lọc kỵ khí
Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa cacbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày).
2.5 Khử trùng [4]
Khử trùng nhằm mục đích loại bỏ các vi sinh vật và vi trùng gây bệnh có trong nước thải. Các phương pháp khử trùng thông dụng:
- Khử trùng bằng hóa chất (chlorine): bể tiếp xúc - Khử trùng bằng nhiệt
- Khử trùng bằng tia bức xạ - Khử trùng bằng ozon
2.6 Xử lý bùn/ cặn [4]
Trong quá trình xử lý nước thải nói chung thường tạo ra một lượng lớn bùn hay cặn lắng đáng kể:
- Cặn tươi từ bể lắng đợt I.
- Màng vi sinh vật/ bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt II. - Rác đã được nghiền nhỏ ở song chắn rác.
- Cặn lắng ở bể tiếp xúc.
- Cặn lắng từ quá trình keo tụ - khử màu. Các quá trình căn bản để xử lý bùn/cặn gồm có:
- Nén bùn: được thực hiện nhằm giảm độ ẩm của bùn bằng quá trình tách trọng lực. các cơng trình xử lý tương ứng gồm có: bể nén bùn tuyển nổi, bể nén bùn trọng lực.
Nén bùn bằng tuyển nổi:
Khơng khí nén được dẫn vào lớp bùn dưới áp suất lớn (275 – 550 kPa). Dưới áp suất này, một lượng lớn của khơng khí bị hịa tan vào trong bùn. Bùn sau đó chảy vào một bể hở (vùng tách khí) ở áp suất khí quyển, khi đó
phần lớn khơng khí thốt ra khỏi dung dịch dưới dạng bong bóng khí.
Các bong bóng này lơi kéo các hạt bùn rắn và làm chúng nổi lên bề mặt. Bùn tạo thành một lớp dày đặc trên bề mặt bể và được thiết bị gạt bùn cơ học
tập trung vào hộc chứa bùn nén để từ đó đưa đi xử lý tiếp theo.
Q trình tuyển nổi thơng thường làm tăng hàm lượng chất rắn của bùn hoạt
tính từ 0,5 – 1,0 % đến 3,0 – 6,0 %.
Phương pháp này đặc biệt có hiệu quả đối với bùn hoạt tính - là loại rất khó
nén bùn bằng trọng lực.
Nén bùn bằng trọng lực:
Là một biện pháp đơn giản và rẻ tiền, được ứng dụng một cách rộng rãi từ rất
Cơ bản nó là một q trình lắng tương tự như quá trình xảy ra trong tất cả các
bể lắng. Bùn được cho vào bể tương tự như các bể lắng ly tâm đợt I và đợt II. Các chất rắn lắng xuống đáy và được thiết bị cào bùn thu gom vào hố tập trung hình phễu từ đó chuyển đến các quá trình xử lý tiếp theo. Bùn được cơ đặc bằng cách này có hiệu quả cao. Kết quả tốt nhất đạt được với bùn hoàn toàn của bể lắng I. Khi lượng bùn tăng thì hiệu quả nén bùn bằng quá trình lắng giảm. Cặn tươi của bể lắng đợt I có thể được cơ đặc từ 1 - 3% thành 10% chất rắn.
Xu hướng hiện nay là sử dụng lắng trọng lực cho bùn bể lắng I và tuyển nổi
cho bùn hoạt tính, sau đó pha trộn các bùn đã cơ đặc cho các quá trình xử lý tiếp theo.
- Ổn định bùn: nhằm chuyển hóa các chất rắn hữu cơ thành các dạng trơ bằng các quá trình phân hủy – các q trình chuyển hóa sinh hóa để thuận lợi cho việc thải bỏ bùn vào đất hay cải tạo đất mà không gây tổn hại đến mơi trường và sức khỏe cộng đồng. Các cơng trình tương ứng gồm có: bể phân hủy bùn hiếu khí, bể phân hủy bùn kỵ khí, bể lọc kỵ khí.
Phân hủy hiếu khí:
Là quá trình tiếp nối của bùn hoạt tính.
Các VSV phân hủy được đặt trong mơi trường có chứa nguồn chất hữu cơ,
các VSV sẽ phân hủy cà sử dụng các chất hữu cơ này. Và một phần của chất hữu cơ bị phân hủy sẽ được sử dụng để tootng hợp các chất mới, kết quả là làm tăng sinh khối. Phần còn lại sẽ biến đổi thành năng lượng trao đổi chất và bị oxy hóa thành CO2, nước và các chất trơ hòa tan. Năng lượng này cung cấp cho quá trình tổng hợp và các hoạt động sống của sinh vật. Khi nguồn chất hữu cơ bên ngồi bị cạn kiệt, VSV sẽ hơ hấp nội sinh – các nguyên liệu của tế bào bị oxy hóa để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống. Nếu tình trạng này kéo dài, tổng lượng sinh khối sẽ giảm đáng kể. Hơn nữa, phần cịn lại sẽ có mức năng lượng thấp, có thể được coi là ổn định sinh học và thích hợp để thải ra mơi trường.
Phân hủy hiếu khí được thực hiện bằng cách sục khí bùn trong bể hở gần
giống bể bùn hoạt tính. Tương tự như bể bùn hoạt tính, thiết bị phân hủy hiếu khí cần có bể lắng tiếp theo trừ phi bùn được thải ra đồng ở dạng lỏng. Khơng
giống như q trình bùn hoạt tính, dịng ra (chất nổi) từ bể lắng được tuần hoàn về đầu hệ thống xử lý.
Phân hủy kỵ khí: gồm hai bước phân biệt
Lên men axit: các thành phần của nước thải phức hợp bao gồm mỡ, protein
và polysacharide bị thủy phân thành các thành phần tạo nên nó. Q trình này được thực hiện bởi tập hợp hỗn hợp các vi khuẩn yếm khí và yếm khí tùy tiện. Các vi khuẩn này phân hủy các sản phẩm thủy phân (triglyceride, axit béo, axit amin và đường) bằng lên men và các quá trình trao đổi chất khác để tạo thành các hợp chất hữu cơ đơn giản. Các hợp chất này chủ yếu là các axit và rượu mạch ngắn (dễ bay hơi). Trong bước này chất hữu cơ chuyển thành axit, rượu và các tế bào vi khuẩn mới, như vậy chỉ thực hiện ổn định một phần nhỏ BOD và COD.
Lên men metan: các sản phẩm của bước một được chuyển thành các khí (chủ
yếu là mêtan và carbonic) do nhiều loại vi khuẩn kỵ khí hồn tồn.
- Điều hịa bùn: sử dụng các hóa chất (phèn, các chất keo tụ cao phân tử) hay nhiệt nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách nước ra khỏi bùn. Các cơng trình xử lý tương ứng gồm có: thiết bị điều hịa bằng hóa chất và phương pháp nhiệt (175 – 230 0C) áp lực cao (1000 – 2000 kPa).
Điều hịa hóa học:
Cho các chất keo tụ như clorit sắt, vôi hay các polymer hữu cơ. Tro từ q
trình đốt bùn cũng có thể dùng như một tác nhân điều hịa. Tương tự như khi các chất keo tụ để làm trong nước, các chất keo tụ hóa học kết dính các chất rắn với nhau và như vậy nó dễ dàng được tách ra khỏi nước.
Các polymer hữu cơ ngày càng được sử dụng vì dễ sử dụng, cần ít diện tích
khi lưu trữ và rất hiệu quả.
Các chất điều hòa được bơm vào trong bùn ngay trước quá trình khử nước và
được trộn đều với bùn.
Xử lý bằng nhiệt:
Ưu điểm: tạo ra bùn có khả năng khử nước tốt hơn là bùn điều hịa bằng hóa
học.
Nhược điểm: vận hành và bảo trì tương đối phức tạp, tạo ra hơi lỏng nhiễm
- Tách nước khỏi bùn: có thể thực hiện phương pháp phơi bùn (sân phơi bùn), tách nước bằng lọc chân không (bể lọc chân không), lọc ép băng tải liên tục (máy lọc ép dây đai), hay sấy khô bùn.
Sân phơi bùn:
Là phương pháp thông dụng cổ điển dùng để khử nước của bùn.
Đặc biệt được ưa chuộng đối với các hệ thống xử lý nhỏ do dễ vận hành và
bảo quản.
Quy trình vận hành cho các loại sân phơi bùn bao gồm các bước sau :
1. Bơm 0,2 – 0,3 m bùn lỏng đã ổn định lên bề mặt sân phơi
2. Thêm các hóa chất điều hịa (nếu sử dụng hóa chất) – bơm liên tục vào bùn trong quá trình bùn được bơm vào sân.
3. Khi bùn đã ngập đến mức yêu cầu, để cho bùn khô cho đến nồng độ chất rắn cuối cùng (nồng độ này dao động 18 – 60%, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố bao gồm loại bùn, vận tốc q trình cần thiết và mức độ làm khơ u cầu để thải bỏ. Thời gian làm khô theo lý thuyết dao động 10 – 15 ngày trong điề kiện thuận lợi, cho đến 30 – 60 ngày trong điều kiện không thuận lợi).
4. Lấy bùn bằng cơ khí hay bằng tay. 5. Lặp lại quy trình.
Sân phơi bùn bằng cát là cổ điển và thơng dụng nhất. Có rất nhiều kiểu thiết
kế khác nhau bao gồm hệ thống ống thoát, độ dày lớp cát, sỏi và các loại vật liệu xây dựng. Sân phơi bùn bằng cát có thể có hoặc khơng có hệ thống lấy bùn cơ khí, có hoặc khơng có mái.
Lọc chân khơng:
Bao gồm một trống hình lăng trụ được bao bọc bởi các vật liệu lọc bằng vải,
quay một phần ngập trong thùng chứa bùn đã được điều hòa.
Chân khơng được duy trì bên trong trống để chiết lấy nước từ các chất rắn
hay lọc lớp bùn bám trên bề mặt trống qua các lớp vật liệu lọc. Khi trống quay hết một vòng, một thanh gạt sẽ gạt lớp bùn bám trên mặt trống và trống lại tiếp tục quay.
Lọc chân khơng có thể sử dụng cho bùn đã phân hủy để tạo thành bánh bùn
có độ khơ vừa đủ (15 – 30 % chất rắn) để sử dụng, thải bỏ hay chôn lấp ở bãi rác, sử dụng làm phân bón. Nếu bùn được đốt, nó sẽ khơng làm được ổn định.
Lọc ép băng tải liên tục:
Thiết bị CBFP rất hiệu quả đối với nhiều hỗn hợp bùn thông thường. Kết quả khử nước với hỗn hợp bùn đã phân hủy có nồng độ chất rắn đầu vào là 5% cho loại bánh bùn với nồng độ chất rắn 19%, vận tốc thiết bị 32,8 kg/h.m2.
Kết quả khử nước đạt được tương đương với lọc chân không.
Ưu điểm của CBFP là tiêu thụ năng lượng ít.
Thiêu đốt:
Khi việc sử dụng bùn cho đất không thực tế hay địa điểm khơng có để làm bãi rác cho bùn đã khử nước, các thành phố chọn giải pháp thiêu đốt.
Thiêu đốt làm bay hơi hồn tồn lượng bước có trong bùn và đốt cháy các chất rắn hữu cơ thành tro.
Để giảm thiểu lượng chất đốt sử dụng, bùn cần phải khử nước càng triệt để càng tốt trước khi đốt. Khí đốt phải được xử lý cẩn thận để không làm ô nhiễm khơng khí.
- Khử bùn: chuyển đổi các chất rắn thành dạng ổn định bằng phương pháp oxy hóa ướt hay thiêu đốt nhằm làm giảm thể tích bùn.
2.7 Các cơng trình xử lý nước thải thực tế ở Việt nam [2]
a. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải khách sạn Caravelle Tp.HCM công suất 350 m3/ngày.đêm
Hố thu nước thải tập trung Bể điều hòa Song chắn rác tinh Bể vớt dầu Bể Anoxic Bể Aerotank Bể MBR
Bể thu nước thải đầu ra Bể chứa nước sạch
Máy thổi khí
Đường nước: Đường khí:
Đường nước tuần hồn: Đường bùn tuần hồn:
b. Trạm xử lý nước thải khu dân cư Tân Phong Tp.HCM với công suất 100 m3/ngày đêm
Bùn dư Nước thải sinh hoạt
Ngăn lắng cát Song chắn rác Bể gom Bể điều hịa kỵ khí Bể Anoxic Bể hiếu khí FBR Bể lắng Ngăn khử trùng Thải ra rạch Tự Dinh Chlorine Khơng khí Định kỳ hút bùn 1 năm 1 lần Đường nước: Đường khí: Đường bùn: Đường bùn tuần hồn:
CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ 3.1 TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO 3.1 TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO
Lưu lượng nước thải trung bình giờ (𝑸𝒉𝒕𝒃) Qtbh= Qtb.ngày
24 = 300
24 = 12,5 (m3/h)
Lưu lượng nước thải trung bình giây (𝑸𝒔𝒕𝒃) Qstb= Qh tb 3600 = 12,5 3600= 0,0035 (m3/s) = Qh tb.1000 3600 = 12,5.1000 3600 = 3,5 (l/s)
Lưu lượng nước thải lớn nhất (Qmax)
Qmax = Qtb . K 0max Trong đó: