Sự cần thiết áp dụng công nghệ xử lý nước thải kết hợp thu hồ

5. Nội dung nghiên cứu

1.1.3 Sự cần thiết áp dụng công nghệ xử lý nước thải kết hợp thu hồ

mêtan đối với ngành chế biến tinh bột sắn

Nước thải chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao làm giảm oxy hòa tan trong nước, thúc đẩy quá trình phân hủy kỵ khí các vi sinh vật trong nước phát sinh mùi hôi thối, tác động đến môi trường sống của các loài thủy sinh, suy giảm số lượng và chất lượng hệ thủy sinh, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường không khí và gây mất mỹ quan.

Ngoài ra, với hàm lượng BOD, COD cao trong nước thải tinh bột sắn sẽ tiềm ẩn nguy cơ phát sinh một lượng lớn khí mêtan (CH4) ra môi trường không khí, gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Phương thức xử lý nước thải và điều kiện nhiệt độ trong môi trường xử lý cũng là các nhân tố tác động đến lượng khí mêtan phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải của ngành chế biến tinh bột sắn.

+ Phương thức xử lý nước thải: Tùy từng phương thức xử lý nước thải (không xử lý, xử lý hiếu khí, xử lý kỵ khí) sẽ làm phát sinh một lượng CH4 khác nhau (Bảng 1.2):

Bảng 1.2: Sự phát sinh khí CH4 từ các phương thức xử lý nước thải công nghiệp khác nhau

Hình thức xử lý Nguồn phát sinh khí mêtan (CH4)

Không

xử lý Đổ thẳng ra sông, hồ

Các sông, hồ tù, đọng, thiếu oxy tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phần hủy kỵ khí và làm phát sinh khí mêtan CH4 Xử lý hiếu khí Hệ thống xử lý nước thải hiếu khí Có thể phát sinh một lượng nhỏ khí CH4

từ túi kỵ khí (anaerobic pockets)

Hệ thống xử lý hiếu khí được thiết kế và quản lý không tốt sẽ phát sinh CH4

Bùn phát sinh từ hệ thống nước thải hiếu khí được xử lý trong điều kiện kỵ khí

Bùn có thể phát sinh một lượng đáng kể khí CH4

Các hồ hiếu khí nông Hệ thống hiếu khí được thiết kế và quản

lý không tốt sẽ làm phát sinh CH4

Xử lý kỵ khí

Các hồ kỵ khí Phát sinh CH4

Các bể phản ứng kỵ khí Phát sinh một lượng CH4 nếu lượng phát

thải không được thu hồi và đốt cháy

Nguồn: IPPC (2006) + Nhiệt độ: Với sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm gia tăng lượng phát sinh CH4

trong nước thải. Đặc biệt, với hệ thống xử lý nước thải không được kiểm soát, với nhiệt độ thấp hơn 150C sẽ chỉ làm phát sinh một lượng nhỏ khí CH4 bởi vì vi khuẩn methanogen không hoạt động. Tuy nhiên, khi nhiệt độ gia tăng lên trên 150C, sẽ làm

gia tăng lượng phát sinh CH4 (IPCC,2006).

Hiện tại, ở Việt Nam hầu hết các nhà máy này đều không xử lý nước thải hoặc xử lý nước thải không đạt yêu cầu dẫn đến phát sinh một lượng lớn khí CH4 ra môi trường.

Xuất phát từ đặc thù nước thải từ quá trình sản xuất của nhà máy chế biến tinh bột sắn (hàm lượng BOD cao), phát sinh một lượng khí mêtan từ hệ thống xử lý thải hiện tại. Việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học là rất phù hợp đối với nước thải có chứa hàm lượng hữu cơ. Trong phương pháp xử lý sinh học có 2 loại phương pháp là: phương pháp xử lý hiếu khí và phương pháp xử lý kỵ khí. Phương pháp xử lý hiếu khí thích hợp với nước thải có hàm lượng COD (<1000mg/l). Phương pháp xử lý kỵ khí thích hợp với nước thải có hàm lượng COD (>1000mg/l). Đối với nước thải có ngành tinh bột sắn, với hàm lượng COD nằm trong khoảng từ 2.500-17.000 mg/l thì áp dụng phương pháp xử lý kỵ khí đối với nước thải là phù hợp. Bản chất của phương pháp này là phân hủy các chất hữu cơ nhờ vào hoạt động của các vi sinh vật. Nghĩa là các vi sinh vật sẽ sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng để làm chất dinh dưỡng xây dựng tế bào và tạo năng lượng, qua đó làm giảm hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải. Ngoài ra, sản phẩm của quá trình phân hủy hữu cơ từ phương pháp kỵ khí sẽ sinh ra khí CH4. Với việc ứng dụng công nghệ xử lý nước thải kỵ khí kết hợp thu hồi khí mêtan sẽ góp phần nâng cao hiệu suất xử lý nước thải (loại bỏ hàm lượng COD trong nước thải), giảm lượng phát sinh CH4 ra môi trường và tận thu nguồn khí mêtan này sử dụng cho mục đích sinh nhiệt phục vụ cho hoạt động của nhà máy.

1.1.4 Công nghệ xử lý nước thải kết hợp thu hồi khí mêtan

Công nghệ xử lý nước thải kết hợp thu hồi khí mêtan (CH4) vận dụng nguyên lý quá trình phân hủy kỵ khí của nước thải có hàm lượng hữu cơ cao trong để phát sinh là khí sinh học (hay còn gọi là khí biogas) trong đó có thành phần chủ yếu là khí CH4, sau đó lắp đặt thiết bị thu hồi khí CH4.

Sản phẩm của quá trình phân hủy kỵ khí là khí CH4 thoát ra ngoài. Với việc lắp đặt thiết bị thu hồi khí này sẽ góp phần giảm thiểu đáng kể lượng phát thải khí

mêtan từ hệ thống xử lý nước thải ra môi trường không khí. Một số công nghệ xử lý nước thải tinh bột sắn bằng phương pháp kỵ khí được áp dụng phổ biến hiện nay như: bể UASB (Xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí) và bể CIGAR (bể được tạo thành bằng cách phủ bạt toàn bộ mặt hồ kỵ khí)

a) Bể UASB

UASB là viết tắc của cụm từ Upflow Anearobic Sludge Blanket, tạm dịch là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí.

Một trong những phát triển nổi bật của công nghệ xử lý kỵ khí là bể UASB được phát minh bởi Lettinga và các đồng nghiệp vào năm 1980. Ứng dụng đầu tiên là xử lý nước thải sinh hoạt, sau đó được mở rộng cho xử lý nước thải công nghiệp. UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức tối thiểu là 1000mg/l thích hợp để xử lý bằng UASB.

UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp. Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này. Hệ thống tách pha phía trên bê làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, qua đó thì các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo (Jewell, 1979)

Hiệu suất của bể UASB bị phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, pH, các chất độc hại trong nước thải…

Ưu điểm: Xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, COD= 15.000mg/l. Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80%. Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống.

Hình 1.2: Công nghệ xử lý UASB

b) Bể CIGAR

Bể CIGAR thực chất là một hồ kỵ khí có thu hồi khí biogas. Hồ được bao phủ toàn bộ bề mặt và lót đáy bằng bạt HPDE. Lớp bạt HPDE bao phủ bề mặt tạo ra điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt đồng thời ngăn không cho khí sinh học phát tán ra môi trường. Lớp lót đáy HPDE có thể được lắp đặt nếu cần, tùy vào mực nước ngầm của khu xử lý. Tuy nhiên, nên lót đáy để có thể chống rò rỉ nước thải, gây ô nhiễm đất và nước ngầm.

Trước khi vào bể CIGAR, nước thải được chảy vào bể lắng nhằm giảm bớt lượng chất rắn lơ lửng, cặn đảm bảo quá trình phân hủy kỵ khí trong bể CIGAR đạt hiệu quả cao nhất. Thời gian lưu nước thải trong bể khoảng 30 ngày.

Toàn bộ lượng khí sinh học (khí CH4 chiếm 55 – 70% ) hình thành được thu hồi nhờ hệ thống ống dẫn khí lắp đặt bên trong bể CIGAR

Hình 1.3: Bể CIGAR