Cấu tạo
Hình 1.15 Mơ hình kỵ khí Detalap MP45
Hệ thống bao gồm:
1. Bể chứa nƣớc thải làm bằng vật liệu polyethylen, sức chứa 25 L.
2. Ống dẫn nƣớc thải đến bể phản ứng làm bằng PVC.
3. Ống dẫn hĩa chất đến bể phản ứng làm bằng PVC.
4. Cột phản ứng methane dạng cột trụ, làm bằng thép khơng ghỉ 316 L, DN
100, chiều cao giữa các mặt: 1000, thể tích sử dụng: 8L đƣợc làm nĩng bằng cáp điện.
5. Vịi lấy mẫu ra của nƣớc thải xử lý trong bể phản ứng làm bằng vật liệu thép
khơng ghỉ 316 L.
7. Ống tuần hồn của bể phản ứng nƣớc thải với van kiểm tra tại đầu vào bơm tuần hồn và van xả nƣớc làm bằng thép khơng ghỉ.
8. Bể lắng.
9. Bảng điều khiển sử dụng cho việc điều khiển pH, thế oxi hĩa – khử.
Đặc điểm khác biệt của mơ hình là diện tích bề mặt nhỏ, do đĩ bể Deltalap thƣờng cao, mục đích để vận tốc nƣớc đi lên lớn, làm lớp bùn giãn nở và lơ lững làm tăng khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật và nƣớc thải. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lững, tốc độ bề mặt hƣớng lên phải nằm trong khoảng 5-12m h. Đặc điểm quan trọng của Deltalap là xử lý đƣợc COD cao hơn những quá trình kỵ khí khác do tạo đƣợc bùn
đặc… Tải trọng xử lý của nĩ cĩ thể > 10kgCOD m3.ng.đ.
Nguyên tắc hoạt động
Nƣớc thải từ bể chứa qua bể phản ứng metan nhờ bơm định lƣợng với lƣu lƣợng bơm cĩ thể thay đổi từ 1– 30 L/h.
Bể kỵ khí Deltalap là cột hình trụ, bùn trong bể là sinh khối vi sinh vật đĩng vai
trị phân hủy và chuyển hĩa các chất hữu cơ. Trong bể, dịng nƣớc thải đi lên qua nền
bùn. Dƣới điều kiện kỵ khí về cơ bản là methane và carbon dioxide gây ra một sự xáo
trộn bên trong. Khí đƣợc tạo ra bên trong lớp bùn, h n hợp khí - lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành ở dạng hạt lơ lững.Với quy trình này, bùn tiếp xúc đƣợc nhiều với lớp chất hữu cơ cĩ trong nƣớc thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực. Các loại khí tạo
ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo ra dịng tuần hồn cục bộ,
giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định.Một số bọt khí và hạt bùn cĩ khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt h n hợp phía trên bể. Khi va chạm phải giá thể, các bọt khí bị vỡ ra, hạt bùn đƣợc tách ra và lại lắng xuống dƣới tác dụng của trọng lực, để cho lớp bùn ở trạng thái lơ lững. Khí tự do sẽ đƣợc thốt ra nhờ bộ phận thu lắp ở đỉnh thiết bị.
Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp PVC cĩ cấu trúc nhƣ một tấm lƣới chắn cĩ nhiều lớp cho vi sinh vật sống bám trên bề mặt tạo thành màng sinh học. Khác với quần thể vi sinh vật của bùn hoạt tính, thành phần lồi và số lƣợng các lồi ở màng tƣơng đối đồng nhất. Do hoạt động sống của quần thể vi sinh vật sẽ thay đổi thành
phần nhiễm bẩn các chất hữu cơ cĩ trong nƣớc, đồng thời màng này cũng rất hữu ích cho việc tách lỏng-khí cũng nhƣ ngăn dịng chảy cơ học cuốn theo bùn ra ngồi.
Bùn trong bể phản ứng hình thành 2 vùng rõ rệt: khoảng 1 5 chiều cao từ đáy bể là lớp bùn do các hạt keo tụ, nồng độ khoảng 5-7 ; trên lớp này là lớp bùn lơ lửng các bơng cặn chuyển động giữa lớp bùn dày và màng giá thể cố định.
Trong một mẻ lên men hoạt động hiệu quả, tỷ lệ loại bỏ các COD của mơ hình cĩ thể đạt tới 80 nếu thời gian lƣu nƣớc đủ chậm để các vi khuẩn hoạt động.
Ƣu nhƣợc đi m
Ưu điểm:
- Hiệu quả xử lý cao.
- Thời gian lƣu nƣớc trong bể ngắn.
- Thu đƣợc khí CH4 lớn, phục vụ cho nhu cầu năng lƣợng.
- Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành.
- Năng lƣợng phục vụ vận hành bể ít.
Nhược điểm:
- Khĩ kiểm sốt trạng thái hệ thống và kích thƣớc hạt bùn.
- Cần cĩ thời gian vận hành khởi động để vi sinh vật thích nghi với mơi trƣờng.
1.4 Tổng quan c c oại bùn kỵ khí
Các chất nhiễm bẩn nƣớc, dù rằng bản chất khác nhau (vơ cơ hay hữu cơ) sau khi tách dần khỏi pha lỏng lắng xuống đáy ao hồ hay các thiết bị xử lý thành dạng lơ lửng đậm đặc đƣợc gọi là bùn.
Trong bùn cĩ thể là các chất hữu cơ do các vẩn hữu cơ mảnh hoặc xác động thực vật, sinh khối vi sinh vật, sinh khối tảo hoặc các vẩn vơ cơ.
Tỷ lệ các chất vơ cơ và hữu cơ thay đổi nhiều trong các hạt bùn, nĩ phụ thuộc vào nguồn gốc của các chất nhiễm bẩn nguồn nƣớc.
Bảng 1.7 Các loại bùn nuơi cấy ban đầu cho b xử lý kỵ khí.[3]
Loại bùn Hoạt tính metan
(kgCH4-COD/kgVSS) Hàm lƣợng (kg VSS/m3) Bùn hạt 0,80÷1,50 15÷35 Bùn từ các bể xử lý kỵ khí khác 0,40÷1,20 10÷25 Bùn cống rãnh 0,02÷0,10 8÷20 Phân chuồng 0,02÷0,08 20÷80 Bùn bể tự hoại 0,01÷0,02 15÷50 Phân bị tƣơi 0,001÷0,006 30÷100 Phân gia súc khác 0,001÷0,004 30÷100 1.4.1Bùn đ y ao nuơi:
Theo chiều sâu của ao nuơi sẽ chia thành 3 vùng: vùng kỵ khí ở đáy, vùng kỵ khí tùy nghi là lớp nƣớc ở giữa và vùng hiếu khí ở trên mặt (khoảng 50cm). Vùng kỵ khí sẽ xảy ra quá trình phân giải các chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí cĩ trong lớp bùn hoặc ở trong nƣớc đáy.
Bùn đáy ao là chất vơ định hình, màu tối, cĩ chứa: Carbohydrate (1,3 ); Hemicellulose (3,0%); Cellulose (0,4%); Lignin (4,2%); Axit humic (29,6%); Axit funvic (22,0%); Humin (36,5%). Theo Lin và Nash (1996) cĩ khoảng 26 nitơ và 24 phốtpho từ nguồn thức tích lũy trong bùn đáy ao nuơi tơm thâm canh. Trong khi đĩ Funge-Smith và Briggs (1998) tìm thấy trong bùn đáy tích lũy 24 nitơ và 84
phốtpho từ nguồn thức ăn. Munsiri et al. (1996) cho rằng các ao nuơi lâu ngày tích lũy
nhiều chất hữu cơ hơn ao mới.
Bảng 1.8Thành ph n bùn đáy ao nuơi [9], [10]
Chỉ tiêu Đơn vị Đáy ao nuơi
pH - 7,5
TSS mg/l 145
BOD mg/l 950 COD mg/l 1770 N-NH3 mg/l 12,8 N tổng mg/l 45,6 P tổng mg/l 22,67 1.4.2 Bùn c ng rãnh.
Lƣợng bùn cặn tập trung trong cống thốt nƣớc phụ thuộc vào một loạt các yếu tố: tình trạng vệ sinh, độ dốc địa hình, cƣờng độ mƣa, thời gian mƣa, thời gian khơng mƣa...Trong bùn cặn của cống rãnh, vi khuẩn kỵ khí phân hủy protein chiếm số lƣợng
khá lớn (tới 6,5.107 tế bào ml). Chúng gồm các giống Clostridium, Bifidobacterium,
Bacillus,… Chúng tiết ra một lƣợng lớn enzym proteinaza.[1]
Bùn cống rãnh cĩ độ ẩm lớn, thành phần hữu cơ cao, chứa nhiều N nhất, rồi P, K, Ca. Mg nhƣng các dạng này đều ở thể phức và khĩ tiêu, nhiều vi khuẩn gây bệnh, trứng giun sán và cĩ mùi hơi khĩ chịu.
Bảng 1.9 Thành phần chất dinh dƣỡng và kim oại nặng trong bùn c ng
TT Chỉ tiêu TP. Hồ Chí Minh (1) TP. Hà Nội (2) TCCP (3) 1 Tổng Nitơ, mg Kg 1901 2380 2 Tổng Phospho, mg kg 2841 1950 3 As, mg/kg 0,078 4,72 12 4 Hg, mg/kg 0,021 1,58 5 Pb, mg/kg 0.10 28,5 70
Ghi chú: (1) Bùn cặn cống thốt nƣớc phố Phân Đăng Lƣu, quận Bình Thạnh [7]; (2) Bùn kênh TE trên sơng Tơ Lịch [8]; (3) Tiêu chuẩn đối với đất nơng nghiệp theo QCVN 03: 2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất.
Hình 1.16 Cống thải
1.4.3 Bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau,chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bơng với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng ở trong nƣớc .Các bơng này cĩ màu vàng nâu dễ lắng,cĩ kích thƣớc từ 3 đến 150µm.Những bơng này gồm các vi sinh vật sống và cặn rắn ( khoảng 30 – 40 thành phần cấu tạo bơng,nếu hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30 ,thời gian dài khoảng 35 và kéo dài tới vài ngày cĩ thể tới 40 ).Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn,ngồi ra cịn cĩ nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh,...Số lƣợng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng
108-1012trên 1mg chất khơ. Phần lớn chúng là Pseudomonas, Achomobacrer,
Alcaligenes, bacillus, Micrococus, Flavobacterium,…
1.4.4 Cơ sở khoa học của quá trình xử ý nƣơc thải bằng bùn kỵ khí:
Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bơng.Theo lý thuyết của Mikhalis thì sự tạo bơng xảy ra ở giai đoạn trao đổi chất dinh dƣỡng với sinh khối trở nên thấp dần.Tỉ lệ này thấp sẽ đặc trƣng cho nguồn năng lƣợng thấp của hệ thống và dẫn tới giảm nhanh năng lƣợng chuyển động. Động năng tác dụng đối kháng với lực hấp dẫn. Nếu động năng nhỏ thì tác động đối kháng cũng sẽ nhỏ và các tế bào vi khuẩn hấp dẫn với nhau. Diện tích bề mặt tế bào, sự tạo thành vỏ nhầy và tiết ra niêm dịch là nguyên nhân keo tụ của các tế bào vi khuẩn. [1]
Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hấp phụ các chất lơ lững, vi khuẩn, các chất màu, mùi,…trong nƣớc thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lƣợng bùn cũng tăng dần lên, rồi từ từ lắng xuống đáy. Kết quả là nƣớc sáng màu, giảm lƣợng ơ nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nƣớc đƣợc sạch.
Quá trình làm sạch nƣớc thải gồm 3 giai đoạn:
- Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật.
- Khuếch tán và hấp thu các chất ơ nhiễm nƣớc qua màng bán thấm vào trong
tế bào vi sinh vật.
- Chuyển hĩa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lƣợng và tổng hợp
CHƢƠNG 2
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1Đ i tƣợng nghiên cứu
2.1.1 Một s oại bùn
Bùn cống
- Bùn đƣợc lấy tại cống dẫn nƣớc thải của chợ Vĩnh Hải – Nha Trang. Bùn
màu đen và cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn ở dƣới đáy cống cho vào can nhựa 10L và đƣợc
vận chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên và rây h n hợp thu
đƣợc qua lƣới lọc để loại bỏ cát, sạn và các cặn rắn khác (vảy cá, xƣơng,…) cĩ lẫn trong bùn.
Bùn đáy ao
- Bùn đƣợc lấy từ đáy ao nuơi đã bỏ hoang nhiều năm khơng canh tác (đang bị
nơng hĩa) tại xã Cam Phúc Bắc – Cam Ranh – Khánh Hịa. Bùn cĩ màu đen và cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn ở dƣới đáy ao cho vào can nhựa 10L và đƣợc vận
chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên và rây h n hợp thu
đƣợc qua lƣới lọc để loại bỏ cát, sạn và các cặn rắn khác (vỏ ốc, sị,…) cĩ lẫn trong bùn.
Bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Trung tâm xử lý nƣớc thải Khu Cơng
Nghiệp Suối Dầu
- Bùn đƣợc lấy tại bể aerotank từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Trung tâm xử
lý nƣớc thải Khu Cơng Nghiệp Suối Dầu. Bùn cĩ màu vàng nâu, dễ lắng và cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn trong bể cho vào can nhựa 10L và đƣợc vận
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên thu đƣợc bùn đặc.
Bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Cơng ty cổ phần Hải sản Nha Trang
- Bùn đƣợc lấy tại bể aerotentừ hệ thống xử lý nƣớc thải của Cơng ty cổ phần
Hải sản Nha Trang. Bùn cĩ màu nâu đỏ, cĩ mùi hơi khĩ chịu.
- Dùng xơ lấy h n hợp bùn trong bể cho vào can nhựa 10L và đƣợc vận
chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
- Bùn đem về để lắng, sau đĩ tách bỏ phần nƣớc phía trên thu đƣợc bùn đặc.
2.1.2Nƣớc thải
- Nƣớc thải đƣợc lấy trực tiếp tại hố thu gom nƣớc thải trƣớc khi đi vào hệ thống
xử lý của Cơng ty cổ phần hải sản Nha Trang.Nƣớc thải nhà máy cĩ màu đỏ gạch tơm và cĩ mùi tanh đặc trƣng.
- Cách lấy mẫu:tại hố gom nƣớc thải của nhà máy chọn địa điểm cĩ dịng chảy
xốy mạnh để đảm bảo pha trộn tốt.Dùng xơ lấy nƣớc trong hố cho vào các can nhựa 20L đã đƣợc làm sạch và đƣợc vận chuyển về phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học Nha Trang.
2.1.3Mơ h nh nghiên cứu
Mơ h nh nuơi bùn theo mẻ
Các thí nghiệm đánh giá hiệu quả khử Nitrat của các loại bùn kỵ khí đƣợc thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm trong mơ hình nuơi bùn theo mẻ.
- Mơ hình gồm 20 can bùn, m i can cĩ thể tích hiệu quả 5L.Trong đĩ, cĩ 4 can
đựng bùn cống, 4 can đựng bùn đáy ao, 4 can đựng bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của Trung tâm xử lý nƣớc thải Khu Cơng Nghiệp Suối Dầu, 4 can đựng bùn lấy từ hệ thống xử lý nƣớc thải của cơng ty cổ phần Hải sản Nha Trang.
- Bình đựng hĩa chất NaOH 5 cĩ dung tích 500ml.
- Ống nhựa dẻo Φ 0,5 cm nối thơng khí trong can với bình đựng NaOH 5
thơng qua nắp đã đƣợc đục l . Chú ý khoảng cách từ mặt nƣớc trong can bùn đến ống khoảng 3cm và đầu cịn lại ngập sâu 5cm so với mặt nƣớc cĩ trong bình NaOH 5 để đảm bảo điều kiện kỵ khí cho mơ hình.
Mơ h nh kỵ khí Deta ap MP45
Mơ hình kỵ khí Detalap với cơng nghệ lọc kỵ khí bám dính ngƣợc dịng đƣợc sử dụng để đánh giá hiệu quả khử nitrat của các loại bùn kỵ khí đối với nƣớc thải cơng ty cổ phần hải sản Nha trang trong điều kiện xử lý dịng liên tục.
Mơ hình Detalap MP45 quy mơ phịng thí nghiệm đƣợc đặt ở phịng thí nghiệm Viện Cơng nghệ sinh học & Mơi trƣờng – Trƣờng Đại học Nha Trang với cấu tạo gồm:
1. Bể chứa nƣớc thải 25 lít.
2. Ống dẫn nƣớc thải.
3. Ống dẫn hĩa chất.
4. Bể phản ứng methane 8 lít.
5. Vịi lấy mẫu ra của nƣớc thải.
6. Ống lấy mẫu khí ra của bể phản
ứng.
7. Ống tuần hồn của bể nƣớc thải.
8. Bể lắng 6 lit.
Quy tr nh hoạt động:
Nƣớc thải chứa trong bể chứa 1 theo ống dẫn 2 qua bơm B vào hệ thống đảm bảo phân phối đều nƣớc trên diện tích đáy bể. Nƣớc thải đi từ dƣới lên với vận tốc từ 1 - 30L/h.
Hĩa chất đƣợc chứa trong bình chứa hĩa chất đƣợc dẫn vào hệ thống nhờ bơm C theo ống dẫn hĩa chất 3.
H n hợp bùn kỵ khí trong cột phản ứngphân hủy các chất hữu cơ hịa tan trong nƣớc thải.Trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, khí sinh họcđƣợc tạo ra cĩ khuynh hƣớng bám vào các hạt bùn. Khí tự do cùng với các hạt khí sẽ nổi lên phía trên làm xáo trộn cục bộ, bùn tạo thành ở dạng hạt lơ lững. Với quy trình này, bùn tiếp xúc đƣợc nhiều với chất hữu cơ cĩ trong nƣớc thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực.
Các hạt – khí này nổi lên bề mặt gặpgiá thể là vật liệu nhựa tổng hợp PVC cĩ cấu trúc nhƣ một tấm lƣới chắn tách khí, hạt cặn bị vỡ khí thốt lên trên, khí tự do sẽ đƣợc thốt ra nhờ bộ phận thu lắp ở đỉnh thiết bị và đƣợc thu ở ống 6. Bùn rơi xuống dƣới tác dụng của trọng lực và đƣợc lấy ra đem đi xử lý theo VA6 xả bùn.
H n hợp nƣớc đã tách hết khí qua ống 5 ra bể lắng 8.Nƣớc đƣợc lấy ra ở ống