Bể tiếp xúc kỵ khí (ANALIFT)

II. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI BIA

a. Bể tiếp xúc kỵ khí (ANALIFT)

riêng.

Theo phương pháp này, công trình gồm mô ̣t bể phản ứng và mô ̣t bể lắng riêng biê ̣t với mô ̣t hê ̣ thống điều chỉnh bùn tuần hoàn . Bể phản ứng có thể làm bằng bê tông, bằng thép hay chất dẻo , có chống ăn mòn ở phía trong , có cách nhiệt để duy trì nhiệt độ mong muốn . Khuấy trô ̣n bằng bơm khí hoă ̣c máy khuấy . Bể lắng coi như mô ̣t thiết bi ̣ cô đă ̣c vì bùn tách ra có nồng đô ̣ rất cao và bùn được tuần hoàn về bể phản ứng.

Nguyên lý: Nướ c thải chưa xử lý đươ ̣c bơm vào bể phản ứng , sau đó đươ ̣c khuấy trộn với bùn hoạt tính và được phân hủy trong bể . Sau khi phân hủ y, hỗn hơ ̣p bùn nước đi vào bể lắng hoă ̣c tuyển nổi: nước đi ra nếu chưa đa ̣t yêu cầu thì phải xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí với aeroten , hoặc lo ̣c sinh ho ̣c ; bùn hoạt tính đươ ̣c hồi lưu về bể phản ứng.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 21

Hình 7. Sơ đồ làm viê ̣c của bể tiếp xúc kỵ khí (ANALIFT)

Ƣu điểm củ a bể:

 Xử lý rất hiê ̣u quả với nước thải có BOD cao;

 Chuyển bùn từ bể này sang bể khác dễ dàng , quá trình bảo dưỡng và khởi đô ̣ng la ̣i đơn giản;

 Lọc bỏ H2S và xử lý khí gas ở ngoài;

 Tách được một phần khoáng của bùn nhờ máy li tâm.

b. Xƣ̉ lý nƣớc thải ở lớp bùn ky ̣ khí với dòng hƣớng lên (UASB_ Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Đây là một trong những quá trình ky ̣ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai đặc điểm chính sau:

 Cả ba quá trình, phân hủy - lắng bùn - tách khí, được lấp đặt trong cùng một công trình;

 Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.

Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng : Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp

bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là metan và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây, quá trình tách pha khí-lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 22

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0.6-0.9 m/h. pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6.6-7.6. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6.2 vì ở pH < 6.2, vi sinh vật chuyển hóa metan không hoạt động được.

Hình 8. Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Vì chu trình sinh trư ởng của vi sinh vật axit hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2-3 giờ ở 35 0C so với 2-3 ngày, ở điều kiện tối ưu). Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật axit hóa sẽ tạo ra axit béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các axit này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 23

Bảng 2 . Các thông số của các quá trình kỵ khí

Quá trình

Nhu cầu oxi hóa học, COD

vào ( mg/ l )

Thời gian lưu nước trong bể

(h )

Tải trọng chất hữu cơ ( kg COD/m3

ngày )

Hiê ̣u suất khử COD

( % )

Quá trình tiếp xúc kỵ khí ( ANALIFT )

1500 - 5000 2 - 10 0.48 – 2.4 75 -90

UASB 5000 - 15000 4 -12 4.00 – 12.01 75 - 85

Ƣu điểm củ a bể UASB so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí nhƣ:

 Ít tiêu tốn năng lượng vận hành;

 Ít bùn dư, nên giảm chí phí xử lý bùn;

 Bùn sinh ra dễ tách nước;

 Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng;

 Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane;

 Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu.

Nhƣợc điểm

 Thời gian xử lý dài;

 Thiết bi ̣ xử lý lớn;

 Xử lý không triê ̣t để BOD;

 Khử nitơ trong nước thải kém;

 Trong quá trình xử lý có sinh ra mô ̣t số khí có mùi khó chi ̣u.

c. Lọc kỵ khí với sinh trƣởng gắn kết trên giá mang hƣ̃u cơ (ANAFIZ)

Trong phương pháp này lớp vi sinh vâ ̣t phát triển thành màng mỏng trên vâ ̣t liê ̣u làm giá mang bằng chất dẻo, có dòng nước chảy qua.

Vật liê ̣u có thể là chất dẻo dạng tấm sắp xếp hay bằng vật liệu rời hoặc hạt , như ha ̣t polyspiren có đường kính 3 – 5 mm, chiều dầy lớp vâ ̣t liê ̣u là 2 m.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 24

Nguyên tắc hoạt đô ̣ng:

 Nước thải đi từ dưới lớp lo ̣c hướng lên phía trên tiếp xúc với vật liệu. Trên mă ̣t các loa ̣i vâ ̣t liê ̣u có vi sinh vâ ̣t ky ̣ khí và tùy tiê ̣n phát triển dính bám thành màng mỏng . Lớp màng này không bi ̣ rửa trôi , thời gian lưu la ̣i ở đó có thể tới 100 ngày và còn có thể lớn hơn n ếu thời gian lưu nước trong bể lo ̣c ngắn.

 Sau khi đi qua lớp màng các chất hữu cơ có trong nước thải bi ̣ phân hủy, bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc . Sau 2 – 3 tháng làm việc xả bùn một lần , vê ̣ sinh rửa lo ̣c. Nước qua lớp lọc đi lên phía trên đươ ̣c tách khí rồi chảy vào máng thu nước đă ̣t ở giữa bể , tiếp đó đưa sang xử lý hiếu khí nếu cần.

Bể lọc ky ̣ khí thích hợp cho viê ̣c xử lý nước thải có nồng đô ̣ ô nhiễm thấp ở nhiê ̣t đô ̣ không khí ngoài trời.

d. Lọc kỵ khí với vật liê ̣u giả lỏng trƣơng nở (ANAFLUX)

Theo phương pháp này, vi sinh vâ ̣t đươ ̣c cố đi ̣nh trên vâ ̣t liê ̣u ha ̣t đươ ̣c giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh ho ̣c với các chất hữu cơ trong mô ̣t đơn vi ̣ thể tích là lớn nhất.

Lọc gồm cột phản ứng có thể làm bằng thép hoặc chất dẻo , cần chống ăn mòn bên trong và cách nhiê ̣t. Nước ra được quay la ̣i để pha loãng nước thải chảy vảo vào bể lo ̣c và cần phải giữ lưu lượng 5 – 10 m/h để giữ cho lớp vâ ̣t liê ̣u ở tr ạng thái xốp – trương nở. Nồng đô ̣ sinh khối có thể đa ̣t tới 15000 – 40000 mg/l. Do đó có thể giữ đươ ̣c mâ ̣t đô ̣ cao vi sinh vâ ̣t trên bề mă ̣t vâ ̣t liê ̣u xốp – trương nở nên loa ̣i lo ̣c này có thể xử lý nước thải đô thi ̣ trong mô ̣t thời gian ngắn.

Ƣu điểm củ a hê ̣ thống :

 Ít bị tắc nghẽn trong quá trình làm việc với vật liệu lọc;

 Khởi đô ̣ng nhanh chóng;

 Không tẩy trôi các quần thể sinh ho ̣c bám dính trên vâ ̣t liê ̣u;

 Có khả năng thay đổi lưu lượng trong giới hạn tốc độ chất lỏng.

Nhƣợc điểm của hê ̣ thống :

 Khi thu hồi các ha ̣t vâ ̣t liê ̣u theo dòng , nếu muốn loa ̣i bỏ huyền phù cần phải đă ̣t them mô ̣t thiết bi ̣ lắng trong tiếp theo;

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 25

III. CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI 1. Nắm rõ quy trình và đă ̣c tính, thành phần nƣớc thải của nhà máy 1. Nắm rõ quy trình và đă ̣c tính, thành phần nƣớc thải của nhà máy

Quy trình sản xuất của xí nghiệp.

Về lưu lượng nước thải cần thiết phải xác định tổng lượng nước thải/ng.đ, lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày, sự biến thiên lưu lượng nước thải theo giờ, ca, mùa vụ sản xuất.

Về thành phần nước thải: cần phải xác định các chỉ tiêu như BOD, COD, màu, SS, VSS, Total coliform, hàm lượng các hóa chất khác nếu có (theo đặc trưng của từng loại hình sản xuất).

Từ những dự liê ̣u thu thâ ̣p ở trên , chúng ta sé có những phương án lựa chọn phương pháp cũng như công nghê ̣ xử lý nước thải một cách hợp lí (sinh ho ̣c hay hóa học). Để xử lý sinh ho ̣c được tỉ lê ̣ BOD/ COD > 0.5.

2. Nhu cầu của chủ nhân hệ thống xử lý

Đây là một yếu tố quan trọng nhất là đối với các cộng đồng nhỏ chưa có kinh nghiệm về xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý. Nó liên hệ đến vấn đề vốn đầu tư, khả năng vận hành, nhân sự điều hành hệ thống, các thiết bị, kinh nghiệm và khả năng ảnh hưởng đến môi trường.

Đối với tất cả các đề án, điều cần thiết nhất là kỹ sư thiết kế và chủ nhân phải hiểu rõ các mục tiêu, mục đích chung để thỏa mãn được nhu cầu của chủ nhân mà vẫn bảo đảm được yêu cầu cơ bản trong việc lựa chọn phương pháp xử lý (đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép thải vào nguồn nước công cộng, có hiệu quả kinh tế, giảm nhẹ các ảnh hưởng xấu đến môi trường...).

3. Tƣơng thích với những thiết bị hay hệ thống sẵn có

Đối với việc nâng công suất, mở rộng một hệ thống xử lý sẵn có phải chú ý đến quy trình và thiết bị mới phải tương thích với những cái có sẵn để có thể tận dụng được nguồn nhân lực, vật lực sẵn có, tránh lãng phí.

4. Tính mềm dẻo củ a công trình

Có khả năng nâng công suất khi nhà máy có yêu cầu tăng sản lượng.

5. Yêu cầu của các cơ quan quản lý môi trƣờng

Tùy theo yêu cầu của nhà máy cũng như của cơ quan môi trường mà nước thải sau khi xử lý phải đạt yêu cầu theo bảng dưới đây.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 26

6. Yêu cầu về vật tƣ, thiết bị

Các thiết bị sử dụng phải là các loại có sẵn và dễ tìm trên thị trường để bảo đảm nhu cầu về phụ tùng thay thế khi có sự cố, không làm gián đoạn việc vận hành hệ thống xử lý và tiến độ xây dựng. Phải dự trù về khả năng cung cấp các loại vật tư sử dụng cho hệ thống kể cả điện năng trong tương lai để hệ thống không bị gián đoạn do vấn đề khan hiếm các loại vật tư này.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 27

IV. CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NƢỚC THẢI

1. Thờ i gian lƣu nƣớc trong các thiết bi ̣ của hê ̣ thống

Thờ i gian lưu nước trong thiết bi ̣ của hê ̣ thống xử lý chính là thời gian cần thiết để các phản ứng sinh hóa xảy ra nhờ vi sinh vâ ̣t.

Thờ i gian lưu nước trong bể tính theo công thức : 1 𝜃𝑐 = Y * 𝑆0−𝑆 𝜃∗𝑋 – kd, ngay-1 [ 2 – 74 ] θ = 𝑌∗( 𝑆𝑜– 𝑆 ) 𝑋∗( 1 𝜃 𝑐+ 𝑘𝑑 ) , ngày Trong đó :

𝜃𝑐: thờ i gian lưu bùn trong bể, ngày

𝜃: Thờ i gian lưu nước trong bể, ngày X: Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong bể, mg/l Y : Hệ số tăng sinh khối, mgVSS/ mgBOD kd: Hệ số phân hủy nô ̣i bào, ngày-1

So: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l S: Nồng độ BOD đầu ra, mg/l

Mỗi thiết bị xử lý có thời gian lưu nước khác nhau tùy vào quá trình xảy ra trong các thiết bi ̣ đó, ví dụ: thời gian lưu nước trong bể ky ̣ khí thường là 4 – 12 giờ, thời gian lưu nước trong bể hiếu khí (aeroten) là 4 – 10 giờ….

Nếu thờ i gian lưu nước quá ngắn sẽ không đủ thời gian để vi sinh vâ ̣t oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải do đó hiệu quả xử lý kém . Nếu thờ i gian lưu nước quá dài mă ̣c dù hiê ̣u quả xử lý cao nhưng cần mô ̣t thể tích lớn để chứa nước thải do đó tốn kém mặt bằng diện tích.

2. Thờ i gian lƣu bùn trong các thiết bi ̣ của hê ̣ thống

Thờ i gian lưu bùn chính là thời gian cần thiết để đổi mới hoàn toàn lượng bùn hoạt tính trong các bể bùn hoạt tính.

Thờ i gian lưu bùn đươ ̣c tính theo công thức: 1

𝜃𝑐𝑀 = Y 𝐾 ∗ 𝑆0

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 28

Trong đó :

𝜃𝑐𝑀: Thờ i gian lưu bùn tối thiểu, ngày 𝐾: Hằng số thực nghiê ̣m, ngày-1

Ks: Hằng số bán tốc đô ̣,mgBOD/l So: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l kd: Hệ số phân hủy nô ̣i bào, ngày-1

Nếu thời gian lưu bùn quá dài thì hiê ̣u quả xử lý kém bởi lúc đó vi sinh vâ ̣t đã già và hoạt lực oxy hóa của chúng đã giảm . Nếu thờ i gian lưu bùn quá ngắn thì lươ ̣ng bùn lấy ra nhiều tốn công và chi phí cao.

3. Nồng độ bùn hoa ̣t tính

Nồng độ bùn hoa ̣t tính quá cao sẽ gây khó khăn cho quá trình lắng và tiêu tốn năng lươ ̣ng kh uấy trộn để giữ bùn lơ lửng với nồng độ đều khắp trong bể . Nồng đô ̣ bùn hoạt tính thấp không đủ để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải.

Vì vậy, việc lựa cho ̣n nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính có ý nghĩa rất quan tro ̣ng bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống xử lý.

Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong bể aer oten giới ha ̣n ở mức 500 – 5000 mg/l. Viê ̣c lựa cho ̣n nồng đô ̣ bùn còn phu ̣ thuô ̣c vào nồng đô ̣ chất nền có trong nước thải. Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong bể kỵ khí giới hạn ở mức 500 – 5000 mg/l

4. Tải trọng thể tích của bể

Tải trọng thể tích của bể chính là khả năng khử các hợp chất hữu cơ có trong nước thải trên mô ̣t đơn vi ̣ thể tích.

Tải trọng thể tích được tính theo công thức: L = 𝑆𝑜∗𝑄

𝑉 , kgBOD/m3ngày

5. Tỷ lệ tuần hoàn bùn

Tuần hoàn bùn là để duy trì nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính trong bể Aeroten đáp ứng yêu cầu của xử lý.

Lưu lượng tuần hoàn bùn xác đi ̣nh theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt tính đi vào và đi ra khỏi bể.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 29

Trong thực tế nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính trong nước thải đi vào bể X o là không đáng kể, ta có:

α = QvQt = 𝑋𝑡−𝑋𝑋 [ 2 – 93 ] Trong đó:

α: Tỷ lệ tuần hoàn bùn

Qv: Lưu lượng nước thải đi vào bể, m3

/h Qt: Lưu lượng bùn tuần hoàn la ̣i, m3

/h

X: Nồng độ bùn hoa ̣t tính duy trì trong bể, mg/l

Xt: Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong hỗn hợp tuần hoàn, mg/l

Nếu tỷ lê ̣ tuần hoàn bùn quá thấp thì sẽ không đủ nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính tr ong bể dẫn đến hiê ̣u quả xử lý kém. Nếu tỷ lê ̣ tuần hoàn cao sẽ dẫn đến diê ̣n tích bể lớn , tốn kém cơ sở mă ̣t bằng . Do đó cần tối ưu tỷ lê ̣ tuần hoàn bùn và tỷ lê ̣ đó được tính theo công thức ở trên.

6. Tỷ lệ chất dinh dƣỡng và vi sinh vâ ̣t (F/M)

Tỷ lệ biểu thị mối quan hệ của tải trọng và trạng thái trao đổi chất vi sinh vật . Được điều chỉnh bằng tỷ lệ bùn hoạt tính lấy ra.

𝐹

𝑀 = 𝜃∗𝑋𝑆𝑜 , mgBOD/ngày/mgMLVSS [ 2 – 66 ] Trong đó:

X: Hàm lượng bùn hoạt tính có trong bể, mg/l

𝑆𝑜: Hàm lượng chất hữu cơ đầu vào, mg/l