Phước, công suất 210 m3/ngày.đêm
Nƣớc thải chăn nuôi với thành phần khá phức tạp, đòi hỏi phải áp dụng nhiều phƣơng pháp để loại bỏ hết các chất ô nhiễm. Đặc trƣng chung của nƣớc thải chăn nuôi là thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học rất cao, do đó phƣơng án xử lý cần thiết phải có cơng trình xử lý sinh học.
BÀI BÁO THAM KHẢO
Tựa đề “Đa lợi ích của hệ thống biogas trong xử lý nƣớc thải chăn nuôi” [7]
“Việc xử lý nƣớc thải (XLNT) chăn nuôi lợn chứa hàm lƣợng chất hữu cơ cao sẽ phát sinh ô nhiễm và làm phát thải khí nhà kính (KNK) khổng lồ. Áp dụng cơng nghệ biogas (khí sinh học - KSH) vào xử lý chất thải hữu cơ là một tiến bộ kỹ thuật cần thiết và đƣợc xã hội quan tâm, áp dụng. Đây là giải pháp phổ biến tại Việt Nam, tạo ra giá trị đa lợi ích,khơng những giảm lƣợng phát thải KNK phát sinh, xử lý đƣợc ô nhiễm mơi trƣờng, mà cịn tạo ra khí biogas. Khí biogas có thể đƣợc sử dụng làm nhiên liệu đốt thay thế nhiên liệu hóa thạch truyền thống (than, củi, rơm rạ...) hoặc để sản xuất điện năng, mang lại những hiệu quả về kinh tế và góp phần cải thiện chất lƣợng môi trƣờng, sức khỏe của ngƣời dân.”
Phước, công suất 210 m3/ngày.đêm
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI
2.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI
Với thành phần và tính chất nƣớc thải chăn ni nhƣ trên, có thể áp dụng các phƣơng pháp xử lý nhƣ sau:
- Phƣơng pháp cơ học - Phƣơng pháp hóa lý - Phƣơng pháp sinh học
Trong các phƣơng pháp trên ta chọn phƣơng pháp sinh học là chính, vì trong nƣớc thải chăn nuôi heo thành phần hữu cơ là chủ yếu. Cơng trình xử lý sinh học thƣờng đƣợc đặt sau các cơng trình xử lý cơ học và hóa lý.
2.1.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nƣớc thải bằng cách thu gom, phân riêng. Hàm lƣợng cặn lơ lửng trong nƣớc thải chăn nuôi khá lớn (khoảng vài ngàn mg/l) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trƣớc rồi đƣa sang các cơng trình xử lý phía sau. Phƣơng pháp xử lý cơ học tách khỏi nƣớc thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất không tan, tuy nhiên BOD trong nƣớc thải giảm không đáng kể. Để tăng cƣờng xử lý cơ học, ngƣời ta thƣờng làm thoáng nƣớc thải sơ bộ trƣớc khi lắng nên hiệu suất xử lý cơng trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD giảm đi 10-15%.
a. Nguyên lý làm việc – Cấu tạo
Song chắn rác
Nhiệm vụ: Song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô nhƣ giấy, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất có trong nƣớc thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các cơng trình và xử lý nƣớc thải đƣợc ổn định. Bể lắng cát Bể lắng cát tách ra khỏi nƣớc Hình 2. 1 Song chắn rác
Phước, cơng suất 210 m3/ngày.đêm
thải các chất bẩn vơ cơ có trọng lƣợng riêng lớn (nhƣ xỉ than, cát…). Chúng khơng có lợi đối với các q trình làm trong, xử lý sinh hố nƣớc thải và xử lý cặn bã cũng nhƣ khơng có lợi đối với các cơng trình thiết bị cơng nghệ trên trạm xử lý. Cát từ bể lắng cát đƣa đi phơi khơ ở trên sân phơi và sau đó thƣờng đƣợc sử dụng lại cho những mục đích xây dựng.
Bể lắng
Nhiệm vụ: Tách các chất lơ lửng còn lại trong nƣớc thải (sau khi qua bể lắng cát) có tỷ trọng lớn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nƣớc dƣới dạng lắng xuống hoặc nổi lên đáy bể. Thơng thƣờng bể lắng có 3 loại chủ yếu: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm thƣờng có dạng hình trịn trên mặt bằng.
Bể lắng ngang
Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ chiều rộng và chiều dài khơng nhỏ hơn ¼ và chiều sâu 4m.
Chiều sâu của bể lắng ngang nằm trong khoảng 1,5 – 4m, chiều dài 8 – 12m. Trong bể thƣờng chia thành từng ngăn bằng các vách ngăn. Bể lắng ngang đƣợc thiết kế và lắp đặt cho những cơ sở có lƣợng nƣớc thải trên 15.000 m3/ngày. Hiệu suất lắng của bể này là 60%. Tốc độ dòng chảy trong bể dao động là 0,01 m/s. Thời gian lƣu nƣớc từ 1 – 3 giờ.
Bể lắng đứng
Phước, cơng suất 210 m3/ngày.đêm
Bể lắng đứng thƣờng có mặt là hình trịn hoặc hình vng, đáy dạng nón hoặc chóp cụt. Cấu tạo đơn giản, đƣợng kính khơng vƣợt q 3 lần chiều sâu cơng tác và có thể lên đến 10 m. Nƣớc thải đƣợc đƣa từ dƣới lên và đƣợc phân phối ở tâm bể. Thời gian nƣớc lƣu trong bể là 45 – 120 phút và đƣợc xả ra ngoài bằng áp lực thủy tĩnh. Chiều cao vùng lắng là 4 - 5 m, cát và bùn xả đƣợc lấy ra từ đáy phễu.
Khi thiết kế bể lắng ngƣời ta thƣờng quan tâm đến các yếu tố quan trọng nhƣ lƣu lƣợng nƣớc thải và nồng độ các chất lơ lửng. Vận tốc lắng phụ thuộc vào kích thƣớc của hạt cát hoặc các hạt lơ lửng và nhiệt độ nƣớc thải khi lắng. Bể lắng đứng thƣờng đƣợc thiết kế và lắp đặt cho các cơ sở có lƣợng nƣớc thải dƣới 15.000 m3/ngày. Hiệu suất thấp hơn bể lắng ngang từ 10% - 20%
Bể lắng ly tâm
Bể lắng ly tâm có mặt bằng hình trịn, đƣờng kính từ 16 – 40m, chiều cao 1/16 – 1/10 đƣờng kính bể. Nƣớc thải đƣợc dẫn vào bể và phân phối đều theo miệng phân phối đặt ở trung tâm. Bùn cặn có thể đƣợc xả ra khỏi bể bằng thiết bị xả thủy tĩnh hoặc bơm hút bùn. Hiệu suất lắng thƣờng 45% - 55%. Thời gian lắng trong bể từ 1.5 – 2.5 giờ. Bể thƣờng đƣợc sử dụng cho các trạm xử lý công suất lớn hơn 15.000 m3/ngày.
Hình 2. 4 Cấu tạo bể lắng ly tâm
Bể tách dầu mỡ
Phước, công suất 210 m3/ngày.đêm
Nhiệm vụ: tách và thu các loại mỡ động vật, các loại dầu... có trong nƣớc thải. Đối với nƣớc thải sinh hoạt khi hàm lƣợng dầu mỡ khơng cao thì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi. Các chất này sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các vật liệu lọc có trong bể sinh học... và chúng sẽ phá vỡ cấu trúc của bùn hoạt tính có trong bể Aerotank và thƣờng đặt trƣớc cửa xả vào cống chung hoặc trƣớc bể điều hòa.
Bể điều hòa
Bể điều hòa làm tăng hiệu quả của hệ thống xử lý sinh học do nó hạn chế hiện tƣợng quá tải của hệ thống hoặc dƣới tải về lƣu lƣợng cũng nhƣ hàm lƣợng các chất hữu cơ. Hơn hết các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ đƣợc pha lỗng hoặc trung hịa ở một mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.
Nhiệm vụ:
- Giảm bớt sự dao động của hàm lƣợng các chất bẩn trong nƣớc thải - Tiết kiệm hóa chất để khử trùng nƣớc thải
- Giảm và ngăn cản các chất độc hại đi vào cơng trình xử lý sinh học tiếp theo.
Bể lọc
Nhiệm vụ: dùng để tách các phần tử lơ lửng có trong nƣớc thải với kích thƣớc tƣơng đối nhỏ sau bể lắng bằng cách cho nƣớc thải đi qua các vật liệu lọc nhƣ cát, thạch anh, than cốc, sỏi nghiền nhỏ... Bể lọc thƣờng làm việc với hai chế độ: lọc và rửa lọc.
b. Ƣu – Nhƣợc điểm
Ƣu điểm
Phƣơng pháp cơ học là phƣơng pháp đơn giản nhất, ít tốn kém nhất, nhƣng lại mang hiệu quả cao nhất và quyết định đến hiệu quả của các cơng trình phía sau. Lấy triệt để các loại rác mềm.
Hoạt động liên tục, hiệu quả xử lý cao. Dễ ứng dụng, phạm vi hoạt động rộng. Thu hồi đƣợc tạp chất.
Nhƣợc điểm
Kích thƣớc bể lớn.
Phước, công suất 210 m3/ngày.đêm
Yếu tố ảnh hƣởng
Thành phần và khả năng xử lý nƣớc thải Loại vật liệu lọc và bề dày lớp lọc Tính dẫn tải thủy lực và hữu cơ Sự vận hành của hệ thống nƣớc thải.
2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý
Phƣơng pháp hóa lý đƣợc sử dụng khi nƣớc thải có chỉ số tổng cặn lơ lửng cao, hoặc có hàm lƣợng kim loại cao. Cần phải ƣu tiên xử lý để không gây ức chế vi sinh vật.
a. Nguyên lý làm việc – Cấu tạo
Hấp phụ
Hấp thụ các chất bẩn hòa tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những chất đó từ nƣớc vào bề mặt chất hấp phụ dƣới dạng của trƣờng lực bề mặt. Tùy thuộc vào chất ô nhiễm mà lựa chọn vật liệu hấp thụ phù hợp. Nƣớc thải sẽ đƣợc dẫn lên trên và phun từ trên xuống thấm qua lớp vật liệu hấp phụ, nƣớc sạch sẽ đi từ phía dƣới.
Trích ly
Trong hỗn hợp hai chất lỏng khơng hịa tan lẫn nhau, bất kì chất thứ ba nào khác sẽ hịa tan hai chất lỏng trên (theo độ hòa tan của bản thân) theo quy luật phân bố. Nhƣ vậy trong nƣớc thải chứa các chất bẩn, nếu chúng ta đƣa vào một dung mơi và khuấy đều thì các chất bẩn đó sẽ hịa tan vào dung mơi và làm đúng theo quy luật phân bố, đồng thời nồng độ chất bẩn trong nƣớc sẽ giảm đi. Tiếp tục tách dung mơi ra khỏi nƣớc thì nƣớc thải coi nhƣ đƣợc làm sạch.
Trao đổi ion
Là phƣơng pháp thu hồi các cation và anion bằng các chất trao đổi ion. Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong tự nhiên hoặc vật liệu nhựa nhân tạo. Chúng khơng hồ tan trong nƣớc và trong dung mơi hữu cơ, có khả năng trao đổi ion.
b. Ƣu – Nhƣợc điểm
Ƣu điểm
Loại bỏ các chất độc hữu cơ khơng có khả năng phân hủy. Hiệu quả xử lý cao.
Phước, công suất 210 m3/ngày.đêm
Kiểm sốt đƣợc q trình nên dễ vận hành. Kích thƣớc hệ thống xử lý nhỏ.
Nhƣợc điểm
Không xử lý triệt để các chất ô nhiễm, mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. Tiêu tốn hóa chất, năng lƣợng.
Một vài cơng trình địi hỏi chi phí cao. Yếu tố ảnh hƣởng
Nhiệt độ thấp, quá tình xảy ra mạnh, nhƣng nếu nhiệt độ nƣớc thải cao sẽ gây ức chế q trình.
Ngồi ra q trình xử lý cịn phụ thuộc vào pH, nồng độ, bản chất và cấu trúc chất tan, loại tính chất chất hấp phụ...
2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Thơng thƣờng, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp hóa học để khử các chất hịa tan và trong các hệ thống khép kín. Đơi khi phƣơng pháp này cịn dùng để xử lý sơ bộ trƣớc khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này nhƣ là một phƣơng pháp xử lý nƣớc thải cuối cùng để thải ra nguồn.
a. Nguyên lý hoạt động – Cấu tạo
Keo tụ tạo bơng
Những hạt rắn có kích thƣớc q nhỏ nhƣ các chất bẩn ở dạng keo và hòa tan thì khó tách khỏi nƣớc thải bằng q trình lắng thơng thƣờng. Để tách những hạt rắn này cần làm tăng kích thƣớc và trọng lƣợng riêng trên cơ sở đó làm tăng vận tốc lắng của chúng bằng cách thực hiện các quá trình keo tụ. Keo tụ là q trình tạo bơng từ những hạt nhỏ.
Các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 10-4 mm thƣờng khơng thể tự lắng mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt lơ lửng này phải dùng biện pháp cơ học kết hợp với hóa học, tức là cho vào nƣớc cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng dính lại với nhau và dính kết các hạt lơ lửng trong nƣớc, tạo thành các bông cặn lớn có trọng lƣợng đáng kể. Để thực hiện q trình keo tụ, ngƣời ta thƣờng cho vào trong nƣớc các chất keo tụ nhƣ: phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 Fe2(SO4)3 hoặc loại FeCl3.
Phước, công suất 210 m3/ngày.đêm
Trong nƣớc thải có chứa acid vơ cơ hoặc kiềm nên cần đƣợc trung hòa để đƣa pH về mức 6,5 – 8,5 (đảm bảo cho hoạt động sống của vi sinh vật) trƣớc khi nƣớc thải đƣợc đƣa vào nguồn nhận hoặc công nghệ xử lý tiếp theo.
Oxy hóa khử
Phƣơng pháp này dùng để khử trùng nƣớc thải, chuyển một số nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc sang thể khí. Biến đổi một chất lỏng khơng phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn. Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ khơng thể xử lý bằng sinh học trực tiếp hoặc có tính độc hại và ngăn cản quá trình phát triển của vi sinh và các chất gây màu, mùi trƣớc khi cho nƣớc thải vào xử lý vi sinh.
b. Ƣu – Nhƣợc điểm
Ƣu điểm
Hiệu quả làm sạch nƣớc cao Nhƣợc điểm
Chi phí cao
Tạo ra chất ơ nhiễm thứ cấp
Chỉ đƣợc ứng dụng khi chất ô nhiễm không bị loại bỏ bằng phƣơng pháp khác. Yếu tố ảnh hƣởng
Nhiệt độ quá cao sẽ ức chế quá trình phản ứng.
Đối với mỗi loại hóa chất có một khoảng pH tƣơng ứng, cần phải trung hòa nƣớc thải phù hợp với hóa chất sử dụng.
2.1.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Mục đích: Nhằm loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học (đặc trƣng của nƣớc thải chăn nuôi)
Phƣơng pháp này dựa trên sự hoạt động của các lồi vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng và tạo năng lƣợng. Trong quá trình dinh dƣỡng chúng nhận các chất dinh dƣỡng để xây dựng tế bào, sinh trƣởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy sinh hóa.
Phước, cơng suất 210 m3/ngày.đêm
Tùy theo nhóm vi sinh vật sử dung là hiếu khí hay kị khí mà ngƣời ta thiết kế các cơng trình khác nhau. và tùy theo khả năng về tài chính, diện tích đất mà ngƣời ta sử dụng hồ sinh học hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xử lý. Có thể phân loaị phƣơng pháp trên theo 2 loại chính sau:
- Phƣơng pháp hiếu khí là phƣơng pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 - 40ºC.
- Phƣơng pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện khơng có oxy.
Các cơng trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên:
- Hồ sinh vật
- Hệ thống xử lý bằng thực vật nƣớc (lục bình, lao, sậy...)
- Cánh đồng tƣới, cánh đồng lọc
- Đất ngập nƣớc
Các cơng tình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo:
- Bể sinh học các loại
- Q tình bùn hoạt tính (Aerotank)
- Hồ sinh học thổi khí
- Mƣơng oxy hóa...
a. Nguyên lý hoạt động – Cấu tạo
PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC NHÂN TẠO
Q trình kỵ khí
Q trình kỵ khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng lơ lửng Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc
Q trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hồn. Hỗn hợp bùn và nƣớc thải đƣợc khuấy trộn hồn tồn trong bể kín, sau đó đƣợc đƣa sang bể lắng để tách riêng bùn và nƣớc. Bùn tuần hồn trở lại bể kỵ khí, lƣợng bùn dƣ thải bỏ thƣờng rất ít do tốc độ sinh trƣởng của vi sinh vật khá chậm. Bể phản ứng tiếp xúc thực sự là
Phước, công suất 210 m3/ngày.đêm
một bể biogas cải tiến với cánh khuấy tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong nƣớc thải.
Bể xử lý bằng lớp bùn lỵ khí với dịng nƣớc đi từ dƣới lên (UASB)
Bể UASB là một bể xử lý với lớp bùn dƣới đáy, có hệ thống tách và thu khí,