Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
- Có thể khử được hồn tồn các hạt nhỏ hay nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn, khi các hạt nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt.
- Q trình được thực hiện liên tục và có phạm vi ứng dụng rộng rãi.
- Tốc độ của quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng và có khả năng cho bùn cặn có độ ẩm thấp hơn.
- Vốn đầu tư và chi phí vận hành không lớn.
- Thiết bị đơn giản.
Nhược điểm:
- Các lỗ mao quản hay bị bẩn và tắc, khó chọn vật liệu có kích thước mao quản khác nhau để bảo đảm tạo thành các bọt khí có kích thước đồng đều.
- Không giải quyết được vấn đề độ màu cho nước thải.
Phạm vi áp dụng:
Phương pháp tuyển nổi thường dùng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hay lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng.
Các yếu tố ảnh hưởng:
Quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trong đó bao gồm thành phần vật chất, đặc điểm xâm nhiễm và các tính chất khác của khống vật có ích, đặc điểm thành phần độ hạt của pha rắn, mật độ và nhiệt độ của bùn, thành phần của nước, chế độ tuyến, cấu tạo của máy tuyển nổi... giá trị tối ưu của mỗi yếu tố cần phải xác lập và duy trì thường xuyên. Việc làm mất đi dù chỉ là một trong các giá trị tối ưu này có thể ảnh hưởng đáng kể đến q trình tuyển nổi.
2.3. Phương pháp xử lý hóa học [4]
Là phương pháp dùng hóa chất để chuyển đổi các hợp chất hoặc các chất hòa tan trong nước thải thành các chất có tính trơ về mặt hóa học hoặc thành các hợp chất kết tủa để loại chúng ra khỏi nước thải.
2.3.1. Trung hòa
Nguyên lý hoạt động:
- Phương pháp dùng các phản ứng hóa học để chuyển các chất ơ nhiễm thành các chất ít ơ nhiễm hơn, chất ít ơ nhiễm thành các chất không ô nhiễm.
- Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa axit vơ cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH = 6,5 – 8,5. Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: Trộn lẫn nước thải chứa axit và chứa kiềm, bổ sung thêm tác nhân hóa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hịa, hấp thụ khí chứa
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
axit bằng nước thải chứa kiềm,... nước thải của một số ngành công nghiệp nhất là cơng nghiệp hóa chất do q trình cơng nghệ có thể chứa axit hoặc bazơ có khả năng gây mịn vật liệu, phá vỡ các q trình sinh hóa của các cơng trình xử lý sinh học, đồng thời gây ra các tác hại khác, do đó cần thực hiện q trình trung hịa nước thải.
Hình 1.11 Trung hịa nước thải có tính axit Ưu điểm:
- Độ hòa tan CO2 kém nên mức độ nguy hiểm do oxy hóa quá mức các dung dịch được trung hòa cũng giảm xuống.
- Tác động ăn mòn và độc hại nhỏ hơn ion khác.
- Giảm chi phí cho q trình trung hịa.
Nhược điểm:
- Nguy hiểm nếu người vận hành khơng có chun mơn.
- Tốn kém hóa chất.
Phạm vi áp dụng:
- Người ta sử dụng phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong hệ thống nước khép kín.
- Xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn.
- Khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước, khử màu.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- pH: sự dao động pH làm giảm hiệu quả xử lý.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
- Ảnh hưởng của các phản ứng tỏa nhiệt, tạo các cặn và muối hòa tan.
- Tốc độ hịa tan hóa chất vào nước, tốc độ khuấy trộn.
2.4. Phương pháp oxy hóa [4]
Nguyên lý hoạt động:
Nhằm tách các chất ô nhiễm độc hại chuyển thành chất ít độc và tách chúng ra khỏi nước. Q trình này có tốc độ xử lý cao tuy nhiên tiêu tốn khá nhiều hóa chất.
Ưu điểm:
- Làm sạch nước.
- Đơn giản khi vận hành.
Nhược điểm:
- Nguy hiểm nếu người vận hành khơng có chun mơn.
- Phương pháp này u cầu chi phí hóa chất lớn, vì thế nó chỉ được ứng dụng khi chất ô nhiễm không thể loại được bằng phương pháp khác. Ví dụ xử lý xianua, hợp chất tan của Asen.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- pH: sự dao động pH làm giảm hiệu quả xử lý.
- Nồng độ các chất ô nhiễm: ảnh hưởng đến hiệu suất và liều lượng hóa chất.
- Ảnh hưởng của các phản ứng tỏa nhiệt, tạo các cặn và muối hòa tan.
- Tốc độ hịa tan hóa chất vào nước, tốc độ khuấy trộn.
2.5 Phương pháp điện hóa học [4]
Nguyên lý hoạt động:
- Nhằm phá hủy các tạp chất độc hại ở trong nước bằng cách oxy hóa điện hóa trên cực anot hoặc dùng để phục hồi các chất quý.
- Cơ sở của sự điện phân gồm hai q trình: Oxy hóa ở anot và khử ở catot. Xử lý bằng phương pháp điện hóa rất thuận lợi đối với những loại nước thải có lưu lượng nhỏ và ơ nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ đậm đặc.
Ưu điểm:
- Không cần pha lỗng sơ bộ nước thải.
- Khơng cần tăng thành phần muối của chúng.
- Có thể tận dụng lại các sản phẩm quý chứa trong nước thải.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Nhược điểm:
- Tốn kém năng lượng.
- Phải tẩy sạch bề mặt điện cực khỏi các tạp chất.
Phạm vi áp dụng:
- Người ta sử dụng phương pháp hóa học để khử các chất hịa tan và trong hệ thống nước khép kín.
- Xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn.
- Khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- pH: sự dao động pH làm giảm hiệu quả xử lý.
- Nồng độ các chất ô nhiễm: ảnh hưởng đến hiệu suất và liều lượng hóa chất.
- Ảnh hưởng của các phản ứng tỏa nhiệt, tạo các cặn và muối hòa tan.
- Tốc độ hịa tan hóa chất vào nước, tốc độ khuấy trộn.
2.6 Phương pháp sinh học [3]
2.6.1. Phương pháp yếm khí (kị khí)
Nguyên lý hoạt động:
- Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân
Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzim do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và chất không tan (polysaccharides, protein, lipids...) chuyển hóa thành các chất đơn giản hơn hoặc chất hịa tan (đường, các amoni acid, acid béo...). Quá trình này diễn ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
- Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men axit hữu cơ
Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa chất hịa tan thành chất đơn giản như axit béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, CO2, H2, H2S, một lượng nhỏ CH4... sự hình thành acid có thể làm pH giảm xuống 4,0.
- Giai đoạn 3: Giai đoạn axetic hóa
Vi khuẩn Acetic chuyển hóa các sản phẩm của các giai đoạn acid hóa thành acetate, CO2, H2 và sinh khối mới.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Mêtan hóa là giai đoạn cuối cùng quan trọng nhất của tồn bộ q trình xử lý yếm khí. Dưới tác dụng của các vi khuẩn mêtan hóa, các axit hữu cơ, các chất trung tính... bị phân giải tạo thành khí mêtan, CO, và sinh khối mới...
Các dạng thiết bị xử lý yếm khí rất đa dạng và phong phú. Từ loại đơn giản như hầm Biogas đến phức tạp như thiết bị UASB. Các dạng xử lý yếm khí như: thiết bị yếm khí tiếp xúc, thiết bị xử lý chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính dịng hướng lên (UASB),...
Ưu điểm:
- Khơng tốn chi phí năng lượng.
- Q trình kị khí sản sinh ra khí mêtan, là nguồn năng lượng dùng đốt hoặc cung cấp nhiệt.
- Q trình kị khí xử lý nước thải có nồng độ ơ nhiễm cao.
- Bề phản ứng kị khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao.
- Lượng bùn sinh ra ít hơn bể hiếu khí.
Nhược điểm:
- Quá trình kị khí diễn ra chậm hơn hiếu khí.
- Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc.
- Quá trình khởi động cần nhiều thời gian hơn.
- Xem xét khía cạnh phân hủy thì q trình kị khí địi hỏi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao.
Phạm vi áp dụng:
Q trình xử lý yếm khí tạo ra lượng bùn ít và chi phí năng lượng thấp. Nhược điểm của xử lý yếm khí là thời gian lưu nước thải lớn, thời gian ổn định công nghệ dài (3 – 6 tháng). Qui trình vận hành tương đối phức tạp, hiệu quả xử lý phụ thuộc nhiều vào các yếu tố môi trường, biến động lớn từ 60 – 90%.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- Ảnh hưởng của nhiệt độ.
- Ảnh hưởng của pH và độ kiềm.
- Ảnh hưởng của độ mặn.
- Các chất dinh dưỡng.
- Ảnh hưởng của nguyên liệu nạp.
- Ảnh hưởng của các chất khoáng trong nguyên liệu nạp.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
2.6.2. Bể UASB
Nguyên lý hoạt động:
Nước thải được đưa từ dưới lên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng hạt. Q trình sinh hóa diễn ra khi nước thải tiếp xúc với lớp hạt bùn này. Khi sinh ra sẽ kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bể tạo ra sự khuấy trộn đều giữa bùn và nước. Khi lên đến định các bọt khí sẽ va chạm với các tấm chắn nghiêng, các bọt khí được giải phóng tự do cịn bùn được rơi xuống theo trọng lực. Tấm chắn được đặt nghiêng trong vùng tách pha để tăng tiết diện, bùn được tích tụ trên bề mặt tấm chắn nghiêng khi đủ lớn tách ra và rơi xuống vùng lắng.
Hình 1.12 Bể UASB Ưu điểm: Ưu điểm:
- Xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, COD = 15000 mg/l.
- Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80%.
- Yêu cầu về dinh dưỡng (N, P) của hệ thống của cơng 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 vì 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 q trình vận hành.
Nhược điểm:
- Cần diện tích và khơng gian lớn để xử lý chất thải.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Các yếu tố ảnh hưởng:
- Nhiệt độ.
- pH.
- Hàm lượng chất hữu cơ.
- Khả năng phân hủy sinh học của các chất hữu cơ.
- Chất dinh dưỡng.
- Hàm lượng cặn lơ lửng.
2.7. Phương pháp thiếu khí [4]
Nguyên lý hoạt động:
Sử dụng vi sinh vật yếm khí trong mơi trường hiếu khí phân hủy Nito và Photpho.
- Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:
Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào q trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẽ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa:
NO3- NO2- N2O N2
Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thốt khỏi nước và ra ngồi. Như vậy là nitơ đã được xử lý.
- Quá trình Photphorit hóa:
Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
Để q trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dịng nước tạo ra mơi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển. Ngồi ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 − 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.
Ưu điểm:
- Hoạt động đơn giản.
- Kích thướt nhỏ, khơng tốn diện tích.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Nhược điểm:
- Tốn điện năng cung cấp cho cánh khoáy liên tục.
- Phát sinh mùi.
Phạm vi áp dụng:
- Khi nước thải có tỷ số BOD/COD cao.
- Có N, P cao trước khi vào q trình hiếu khí.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- pH.
- Tải trọng chất ô nhiễm.
- Kim loại nặng có trong nước thải.
- Tốc độ cánh khuấy.
- Tải trọng làm việc.
2.8. Phương pháp hiếu khí[4]
Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động: Cho nước thấm qua lớp đất bề mặt thì cặn được giữ lại, nhờ có oxy và các vi khuẩn hiếu khí mà các q trình oxy hóa diễn ra.
Ưu điểm:
- Khơng tốn kém chi phí xây dựng - Rẻ tiền
- Ứng dụng phổ biến Nhược điểm:
- Tốn diện tích lớn - Thời gian xử lý lâu
Phạm vi áp dụng:
Cánh đồng tưới: Trong cánh đồng tưới có vi khuẩn, mem, nấm, rêu tảo, động vật nguyên sinh và động vật không xương sống. Nước thải chứa chủ yếu là vi khuẩn, trong lớp đất xuất hiện sự tương tác phức tạp của các vi sinh vật có bậc cạnh tranh.
Hồ sinh học: là lợi dụng q trình tự làm sạch hồ. Lượng oxy hóa cho q trình sinh hóa chủ yếu là do khơng khi xâm nhập qua mặt hồ và do quá trinhg quang hợp của thực vật trong nước. Được áp dụng rộng rãi hơn cả vì có những ưu điểm như: tạo dòng nước tưới tiêu và điều hòa dòng thải, điều hịa vi khí hậu trong khu vực, khơng u cầu vốn đầu tư, bảo trì, vận hành và quản lý đơn gian, hiệu quả xử lý cao. Tuy nhiên, nhược điểm
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
của hồ sinh học là yêu cầu diện tích lớn và khó điều khiển được q trình xử lý, nước hồ thường có mùi khó chịu đối với khu vực xung quanh.
- Các yếu tốảnh hưởng:
- Tỷsố giữa lượng thức ăn, lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M - Nhiệt độ
- Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật - Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong q trình trao đổi chất - Lượng các chất cấu tạo tế bào