Tiểu luận xử lý chất thải trong công nghệ thực phẩm đề tài trình bày, phân tích và đưa ra ví dụ về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học yếm khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (460.56 KB, 21 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA
----------------------------
TIỂU LUẬN
XỬ LÝ CHẤT THẢI TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
Đề tài: Trình bày, phân tích và đưa ra ví dụ về xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học yếm khí
GVHD
:
Phạm Thị Thanh n
Mã lớp
:
20212CT6191001
Mã học phần
:
CT6191.1
Nhóm thực hiện
:
Nhóm 3
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.........................................................................................5
1.1. Sơ lược về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.................................5
1.2. Một số phương pháp cơ bản xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay...................5
CHƯƠNG 2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ KHÍ
....................................................................................................................................... 6
2.1. Khái quát.............................................................................................................6
2.2. Q trình phân hủy trong bể kị khí..................................................................7
2.3. Yếu tố ảnh hưởng................................................................................................9
2.4. Ưu điểm & nhược điểm của phương pháp kị khí............................................9
2.5. Điều kiện quan trọng để xử lý kị khí hiệu quả...............................................10
CHƯƠNG 3. MỘT SỐ Q TRÌNH KỊ KHÍ.........................................................11
3.1. Phương pháp tự nhiên......................................................................................11
3.2. Phương pháp nhân tạo.....................................................................................11
CHƯƠNG 4. VÍ DỤ....................................................................................................18
KẾT LUẬN..................................................................................................................19
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................20
MỞ ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ đã
giúp cho nền kinh tế phát triển với nhiều nhà máy công nghiệp lớn thì cũng gây ra
nhiều ảnh hưởng có hại đến mơi trường. Các khu công nghiệp này đã và đang là
những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường sống của chúng ta với những
rác thải công nghiệp, nước thải, bụi khói lị, tiếng ồn,…ở trong rác thải, nước thải
cơng nghiệp có chứa những hợp chất hữu cơ khó phân hủy và có khả năng tích lũy
sinh học làm ơ nhiễm nguồn nước, ô nhiễm môi trường gây ảnh hưởng đến đời sống
và sức khỏe con người.
Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải, nhưng do tích chất và thành phần
của nước thải khác nhau cần lựa chọn phương pháp xử lý cho phù hợp. Hiện nay, có
rất nhiều phương pháp xử lý được đưa ra như phương pháp cơ học, hóa lý, hóa học,
sinh học… Trong đó phương pháp sinh học là phương pháp đem lại hiệu quả cao về
mặt kinh tế, không để lại nhiều ảnh hưởng tới mơi trường, phù hợp và dễ áp dụng
ngồi thực tế. Trong một phạm vi nhất định, phương pháp này khơng cần dùng đến
hóa chất mà dùng chính hệ vi sinh vật có sẵn trong nước thải để phân hủy các chất
bẩn.
Do đó, “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học”
là việc làm cần thiết, đáp ứng được yêu cầu thực tiễn.
Trong bài tiểu luận này, nhóm em xin giới thiệu tới cơ và các bạn về một
phương pháp xử lý nước thải sinh học hiệu quả. Đó là phương pháp xử lý nước thải
cơng nghiệp sinh học yếm khí.
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Cấu tạo bể bị khí.....................................................................................................4
Hình 2. Q trình phân hủy kị khí.......................................................................................6
Hình 3. Q trình phân hủy kỵ khí......................................................................................8
Hình 4. Bể UASB..............................................................................................................12
Hình 5. Q trình hoạt động bể UASB..............................................................................13
Hình 6. Hầm biogas...........................................................................................................16
Hình 7. Bể tự hoại 3 ngăn..................................................................................................17
Hình 8. Bể tự hoại..............................................................................................................18
Hình 9. Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia..................................................................19
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (hay còn gọi là xử lý nước thải
bằng vi sinh) là quy trình xử lý nước thải lợi dụng sự hoạt động sống và sinh trưởng
của vi sinh để đồng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải, biến các chất hữu cơ thành
khí và vỏ tế bào của vi sinh để loại ra khỏi nước. [1]
Vi sinh vật có trong nước thải sẽ liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ bằng
cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào mới. Vi sinh vật có thể hấp thụ lượng lớn các
chất hữu cơ qua bề mặt tế bào. Khi hấp thụ xong, nếu các chất hữu cơ khơng được
đồng hóa thành tế bào chất thì khả năng hấp thụ sẽ về 0. Một phần chất hữu cơ thấp
thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào. Một phần chất hữu cơ được oxy hóa để tạo
năng lượng cung cấp cho việc tổng hợp.
Cơ chế xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh)
là vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng
làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Sản phẩm của các quá trình phân hủy
này là khí CO2, H2O, N2, ion sulfite.
Mục đích của xử lý nước thải bằng vi sinh là khử các chất hữu cơ COD, BOD,
…với nồng độ cao ở trong nước về nồng độ cho phép, ở mức không gây hại tới môi
trường.
sinh)
Ưu điểm của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) với
chi phí đầu tư ít
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) dễ
vận hành
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh)
là phương pháp xử lý thân thiện với môi trường.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (xử lý nước bằng vi sinh) hiệu
suất xử lý cao.
1.2. Một số phương pháp cơ bản xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay
Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại:
– Phương pháp kị khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện
khơng có oxy.
– Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều
kiện cần cung cấp oxy liên tục.
CHƯƠNG 2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
KỊ KHÍ
2.1. Khái qt
Xử lý kị khí là q trình sinh học thực hiện trong điều kiện yếm khí (khơng có oxy) để
ổn định chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm cuối cùng như CH 4,
các chất vô cơ như CO2, NH 3. [2]
Chất hữu cơ + chất dinh dưỡng
CH 4 +¿CO2+ NH 3 +sinh khối
Ngun tắc
Hình 1. Cấu tạo bể bị khí
Phương pháp xử lý kị khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước
thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kị khí
Các phương pháp kỵ khí thường dùng để xử lý nước thải cơng nghiệp & chất thải
từ trang trại chăn nuôi.
Các giai đoạn kị khí bao gồm sự chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành chất
hữu cơ đơn giản (axit hữu cơ) – vai trị của vi khuẩn có cấu trúc axit. Sau đó, sử dụng
axit hữu cơ (vi khuẩn methane, rất nhạy với các điều kiện môi trường) tạo thành CH 4
, CO2.
Để hoạt động kị khí hiệu quả cần chú ý: vi khuẩn, cơ chất, tải trọng, sự tiếp xúc
(khuấy trộn), mơi trường.
Vi khuẩn: vi khuẩn kị khí
Cơ chất: chất rắn bay hơi
Mơi trường: kị khí (khơng oxy), nhiệt độ (kiểm soát hoạt động của vi khuẩn,
vi khuẩn nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ), pH 6,8-7,2, độc tố
Nhiệt độ: không nên thay đổi > 1°C/ ngày
Cân bằng hệ xử lý: tải trọng hữu cơ, độ kiềm, axit bay hơi, nhiệt độ, khuấy trộn
Các loại nước thải cơng nghiệp thích hợp sử dụng phương pháp kị khí như:
sản xuất bia rượu, đường, tinh bột (lúa mạch, khoai tây, lúa mì, khoai mì), thực phẩm,
bánh mì, giấy, sữa, giết mổ gia sức, nhà máy hóa dầu.
Các kiểu bể phân hủy kị khí:
Bể phản ứng tốc độ thấp:
Ao hồ kị khí
Bể tự hoại septic tank
Imhoff tank
Standard rate anaerobic digester (phân hủy kị khí tốc độ chuẩn)
Các yếu tố quan trọng: kiểu bùn, nhiệt độ, khuấy trộn, SRT (điều kiện môi
trường khác không yêu cầu).
Bể phản ứng tốc độ cao:
Q trình tiếp xúc kị khí (Anaerobic contact process)
Lọc kị khí (Anaerobic filter)
UASB (Upflow anaerobic sludge balnket)
Lị phản ứng tầng sơi (Fluidized bed reactor)
UASB/AF (hybrid reactor)
ASBR (Anaerobic sequencing batch reactor): bể phản ứng kị khí
dạng mẻ hàng loạt
Có khả năng duy trì nồng độ cao sinh khối hoạt tính trong bể phản ứng
2.2. Quá trình phân hủy trong bể kị khí
Q trình phân hủy kị khí các hợp chất hữu cơ phức tạp được thực hiện bởi hàng
loạt vi khuẩn và cổ khuẩn. trong đó có sự tương tác qua lại giữa chúng và sẽ có sự
ngưng trệ nếu gặp phải yếu tố cản trở hay bất lợi.
Cơ chế và đặc điểm phản ứng
Q trình phân hủy kỵ khí chất bẩn: Là quá trình diễn ra hàng loạt các phản ứng
sinh hóa phức tạp và có thể hợp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình
phân hủy các chất thải hữu cơ như sau:
Hình 2. Quá trình phân hủy kị khí
(1). Quá trình thủy phân:
-
Muốn hấp thụ được các chất hữu cơ có trong nước thải, vi sinh vật phải thực hiện
các cơng đoạn chuyển hố các chất này. Việc đầu tiên là phải thuỷ phân các chất
có phân tử lượng cao thành các polymer có phân tử lượng thấp và monomer. Vì chỉ
khi đó các chất này mới có khả năng được hấp thụ qua màng tế bào vi sinh vật. Để
thực hiện quá trình thuỷ phân, các vi sinh vật này phải có hệ enzyme các loại như
proteinase, lipase, cellulase … Sau thuỷ phân, các sản phẩm đố sẽ được tạo thành
như các amino acid, đường, rượu, các acid béo mạch dài …
- Quá trình thuỷ phân xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi
trường như nhiệt độ, pH, cấu trúc của các chất hữu cơ cần phân giải.
(2). Q trình acid hóa:
Các sản phẩm của quá trình thuỷ phân sẽ được tiếp tục phân giải dưới tác động
của các vi sinh vật lên men acid béo dễ bay hơi như acid acetic, acid formic, acid
propionic. Ngồi ra cịn có một số dạng như rượu methanol, ethanol, aceton, NH3,
CO2, H2 …
(3). Quá trình acetate hóa:
-
Các acid là sản phẩm của q trình trên lại được tiếp tục thuỷ phân để tạo lượng
acid acetic cao hơn. Sản phẩm của quá trình này phụ thuộc vào áp suất riêng phần
của H2 trong môi trường. Áp suất riêng phần của H2 được giữ < 10-3 atm để vi
sinh vật có thể thực hiện biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng sau:
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
- Thực tế cho thấy khi áp suất riêng phần của H2 lớn thì sản phẩm của quá trình
này chứa nhiều acid béo trung gian như acid propionic (C3). acid butyric (C4) …
Do vậy, làm chậm quá trình tạo methane.
(4). Q trình methane hóa:
- Đó là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy các sản phẩm hữu cơ đơn
giản của những giai đoạn trước để tạo thành CH4 và CO2 nhờ các vi khuẩn lên
men methane. Chúng có hai nhóm sau:
Nhóm biến đổi acetate: Nhóm này có tốc độ phát triển chậm và đây là nguyên
nhân đòi hỏi cơng trình xử lý kỵ khí phải có thời gian lưu các chất thải ở cơng trình
lâu.
Nhóm biến đổi hydrogen: Nhóm này có tốc độ phát triển nhanh hơn nhiều, do đó
có khả năng giữ áp suất riêng phần của H2 thấp, tạo điều kiện tốt cho quá trình
biến đổi acetate từ các acid béo.
-
Trong 3 giai đoạn đầu thì lượng COD hầu như khơng giảm, COD chủ yếu chỉ
giảm trong giai đoạn metan hóa.
- Trong xử lý kỵ khí cần lưu ý đến 2 yếu tố quan trọng:
Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt
Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi sinh vật.
Hình 3. Q trình phân hủy kỵ khí
-
Phương trình phản ứng:
4H2 + CO2 → CH2+ 2H2O
4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O
CH3COOH → CH4 + CO2
4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O
4(CH3)3N + H2O → 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3
2.3. Yếu tố ảnh hưởng
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, độ kiềm
Hợp chất hữu cơ thủy phân thành chất hữu cơ đơn giản ở pH = 4,0-7,8
Giai đoạn sinh CH4 với pH < 6
Anaerobic vận hành với tải trọng COD kg/VSS kg.d = 0,3-0,5
b. Chất dinh dưỡng và kim loại vết
Quá trình xử lý sinh học, yếu tố dinh dưỡng vô cơ và kim loại vết được yêu
cầu cho sự trao đổi của hệ vi snh vật. Quá trình kị khí cũng u cầu N, P ở mức
độ thấp.
Vi khuẩn kị khí chứa 10,5 % N, 1,5% P trong VSS (chất rắn lơ lửng bay
hơi) nên lượng nito bổ sung đầu vào có thể đạt được và xác định dựa vào tỷ
lệ kg COD/kg VSS
Nhu cầu photpho được tính theo tỷ lệ trong vi sinh vật, ví dụ N:P = 7:1. Nếu
tải trọng bể phản ứng với COD bằng 0,5 kg COD/kg VSS.d thì COD:N:P =
100:0,6:0,8. Như vậy, so với q trình hiếu khí thì nhu cầu N và P thấp hơn
Kim loại vết có vai trị cho q trình tạo bơng vi khuẩn kị khí, sản sinh enzym
2.4. Ưu điểm & nhược điểm của phương pháp kị khí
a. Ưu điểm
Ít có nhu cầu năng lượng (trong khi q trình hiếu khí cần 0,5-0,75 kWh
cho việc loại bỏ 1 kg COD)
Thu năng lượng từ sinh khí CH4 (thu 1,16 kWh năng lượng từ việc lên men 1
kg COD)
Sinh khối ít (quá trình kị khí chỉ tạo 20% lượng bùn so với hiếu khí. Xử lý 1 kg
BOD bằng hiếu khí tạo ra 0,5 kg (CO2 và H2O ) và 0,5 kg sinh khối mới. Trong
khi, phân hủy sinh học 1 kg COD kị khí sinh ra >0,9 kg CH4 và 0,1 kg sinh
khối mới.
Nhu cầu dinh dưỡng (N, P) thấp (tỷ lệ tổng hợp sinh khối thấp hơn và nhu
cầu dinh dưỡng thấp, chỉ bằng 20% so với hiếu khí)
Áp dụng xử lý nước thải có tải trọng cao ( tải trọng hữu cơ cao gấp 5-10 lần
so với hiếu khí)
Tiết kiệm khơng gian (tỷ lệ tải trọng cao hơn yêu cầu bể phản ứng nhỏ hơn)
Có khả năng phân hủy, chuyển hóa các dung môi độc hại như:
chloroform, trichloroethylene, trichloroethane thành các chất dễ phân hủy.
b. Nhược điểm
Thời gian start – up dài: do tỷ lệ tổng hợp sinh khối chậm nên yêu cầu thời
gian start-up dài để đạt được nồng độ sinh khối thích hợp
Thời gian phục hồi chậm: nếu bể phản ứng bị cản trở bởi tác động rửa sinh
khối, shock tải trọng, độc tố thì cần thời gian dài để hồi phục trở lại các
điều kiện vận hành bình thường.
Nhu cầu chất dinh dưỡng, kim loại vết cụ thể: vi sinh vật kị khí, đặc biệt
methanogens cần các yếu tố vi lượng như: Fe, Ni, Co để sinh trưởng tối
ưu
Nhiều yếu tố nhạy cảm dẫn đến sự thay đổi các điều kiện môi trường: vi
sinh vật kị khí, đặc biệt methanogens có khuynh hướng thay đổi trong điều
kiện nhiệt độ, pH, thế oxy hóa khử
Xử lý nước thải giàu sulfate: nước thải giàu sulfate không nhwuxng giảm sản
lượng CH4 mà nó cịn ức chế methanogens (vi khuẩn sinh CH4) do sản sinh H
2S
Xử lý nước thải giàu nito và protein: q trình kị khí có mặt protein sinh
amine và làm kéo dài (làm chậm) sự phân hủy sinh học kị khí. Tương tự, nito
cũng khơng thay đổi trong q trình kị khí)
2.5. Điều kiện quan trọng để xử lý kị khí hiệu quả
Tránh phơi nhiễm/tiếp xúc oxy/khơng khí q mức
Tránh sự có mặt các hợp chất độc tố, chất cản trở ở dòng nước thải đầu vào
Duy trì pH ở mức 6,8 – 7,2
Axit béo bay hơi thấp
Duy trì khoảng nhiệt độ trung bình (ưa ấm) 30-38 °C
Đủ chất dinh dưỡng (N, P) và kim loại vết, nhất là Fe, Ni, Co,…Tỷ lệ COD:N:P
= 350:7:1 (hệ thống tải trọng cao) và 1000:7:1 (tải trọng thấp)
SRT/HRT >> 1 (sử dụng cho bể kị khí tốc độ cao)
CHƯƠNG 3. MỘT SỐ Q TRÌNH KỊ KHÍ
3.1. Phương pháp tự nhiên
Ao hồ kị khí là loại ao sâu, ít có hoặc khơng có điều kiện hiếu khí, được sử
dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao. Các vi sinh vật
kị khí hoạt động sống khơng cần oxi của khơng khí.
Các vi sinh vật kị khí sử dụng oxi trong các hợp chất như nitrat, sulfat…để oxi
hóa các chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, các loại rượu và khí metan, H2S, CO2…
và nước.
Ao hồ kị khí thường dùng để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng đáy. Loại ao hồ
này có thể tiếp nhận loại nước thải (kể cả nước thải cơng nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn,
tải BOD cao và khơng cần vai trị quang hợp của tảo. Nước thải lưu ở hồ kị khí thường
sinh ra mùi hơi thối khó chịu. Vì vậy khơng nên bố trí các loại ao hồ này gần khu dân
cư và xí nghiệp chế biến thực phẩm.
Để duy trì điều kiện khí và giữ ấm nước trong hồ trong những ngày mùa đông
nhiệt độ thấp, chiều sâu hồ khá lớn (từ 2-6m, thơng thường lấy ở khoảng 2,5-3,5m).
Hồ kị khí có thể khử BOD trong mùa hè lên tới 65-80%, và mùa đơng có thể khử
45- 65%.
Cấu tạo của hồ thường có 2 ngăn: 1 ngăn làm việc và 1 ngăn dự phòng khi vét
bùn cặn. Cửa dẫn nước vào ao hồ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân bố cặn đồng
đều trong hồ. Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn bùn
không cho ra cùng với nước.
3.2. Phương pháp nhân tạo
3.2.1. Hệ thống UASB
Hệ thống UASB ( Up-flow Anaerobic Slugle Blanked) được phát triển từ hệ
thống xử lý kị khí đối với các loại nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ
cao. Trong những năm gần đây, UASB đã được nghiên cứu chuyên sâu và triển
khai áp dụng rộng rãi trên thế giới do có những ưu điểm sau:
Tải trọng phân hủy hữu cơ cao, mặt bằng yêu cầu cho hệ thống xử lý nhỏ
Nhu cầu tiêu thụ năng lượng thấp do không cần phải cung cấp oxy
Có khả năng thu hồi năng lượng
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kị khí thực chất là quá trình
phân hủy chất hữu cơ bằng vi sinh vật kị khí tạo thành chất khơng độc hay dễ
xử lý với môi trường.
Bể UASB kết hợp 3 q trình phân hủy – lắng bùn – tách khí trong cùng một
hệ thống
Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa
so với q trình bùn hoạt tính hiếu khí
Nhờ vào q trình hoạt động của các vi sinh vật kị khí nhằm biến đổi các chất
đơn giản hơn và sinh ra khí sinh học.
Hình 4. Bể UASB
Sử dụng bể UASB là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kị khí,
bể được thiết kế cho nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao ô nhiễm cao.
Cấu tạo của bể UASB:
Bể có thể xây bằng gạch hoặc bằng bê tơng cốt thép thường có mặt hình
chữ nhật
Để tách khí khỏi nước thải, trong bể gá thêm tấm phẳng đặt nghiêng so
với phương ngang ≥ 35°
Thể tích ngăn lắng tính theo thời gian lưu nước ≥ 1 giờ. Tổng chiều cao ngăn
lắng khoảng 2m, chiều cao phần lắng ≥ 1m
Nguyên tắc hoạt động:
Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối đều
trên diện tích đáy bể. Nước thải từ dưới lên với vận tốc v = 0.6 - 0.9 m/h [2]
Bùn trong bể lắng được hình thành 2 vùng rõ rệt: ở chiều cao ¼ tính từ đáy bể
lên, lớp bùn này hình thành do các hạt cặn keo có nồng độ 5-7% phía trên lớp
này là lớp bùn lơ lửng có nồng độ 1000-3000 mg/l gồm các bơng cặn
chueyern động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống.
Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc hiệu quả địi hỏi có
thời gian vận hành khởi động từ 3-4 tháng. Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi
khuẩn tạo metan trước với nồng độ thích hợp vận hành với chế độ thủy lực ≤
½ cơng suất thiết kế, thời gian khởi động còn 2-3 tuần.
Ưu điểm
Hình 5. Quá trình hoạt động bể UASB
Xử lý các loại nước thải có nồng độ ơ nhiễm hữu cơ rất cao (COD =
15.000 mg/l).
Hiệu suất xử lý COD có thể lên đến 80%.
Tốn ít năng lượng vận hành
Ít bùn dư, nên giảm được chi 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 CH4
Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kị khí có thể hồi phục và hoạt
động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu
Ứng dụng rộng rãi, xử lý được hầu hết tất cả các loại nước thải có nồng độ
COD từ mức trung bình đến cao như: chế biến thủy sản, thực phẩm đóng
hợp, dệt nhuộm, sản xuất tinh bột, …
Nhược điểm
Cần diện tích và khơng gian lớn để xử lý chất thải.
Lượng khí sinh ra phụ thuộc nhiều vào quá trình phản ứng vi sinh vật
nên khơng ổn định;
Do q trình phản ứng trong lớp bùn kị khí nên đã hình thành lượng khí
metan bám dính lên bề mặt của hạt bùn. Do đó cần có thiết bị tách lượng khí
ra khỏi bùn để bùn có thể lắng được trong bể.
Q trình kị khí diễn ra chậm hơn q trình hiếu khí
Nhạy cảm hơn việc phân hủy chất độc.
3.2.2. Lọc kị khí
Được phát triển bởi Young & Me Carty những năm 1960s để xử lý chất thải
hữu cơ hòa tan. Là một công nghệ xử lý nướcc thải trong điều kiện nhân tạo. Bể lọc kị
khí là các loại bể lọc kín, phía trong có chứa các vật liệu đóng vai tị như giá thể của
vi sinh dính bám. Bộ lọc có thể bằng các loại đá (rocks) tương tự quá trình lọc nhỏ
giọt.
Nước thải được phân phối từ dưới lên trên hoặc từ trên xuống và chảy qua đệm
lọc (bed of rocks). Q trình lọc dạng chìm hồn tồn. Vi sinh vật kị khí tích tụ trong
các khe hở của vật liệu lọc (đá hoặc mao quản của hạt nhựa tổng hợp, sợi ceramic,…).
Mao quản nhựa lưu giữ sinh khối hoạt tính. Phần sinh khối khơng dính bám khe hở tạo
bơng lớn hơn do sự gia tăng bọt khí/lỏng. Sự phân phối sinh khối khơng bám dính có ý
nghĩa quan trọng trong xử lý nước thải. Phần sinh khối dính bám khơng phải là phần
chính của sinh khối tổng. Trong đó, khoảng 64% sinh khối dính bám và 36% khơng
dính bám.
Về đặc điểm: khả năng duy trì sinh khối cao, SRT dài, HRT tiêu biểu 0,5-4
ngày và tải trọng 5-15 kg COD/m3– day, điều kiện thủy động học có vai trị quan trọng
duy trì sinh khối.
Các loại bể lọc kị khí là các loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai
trị như giá thể của vi sinh vật bám dính. Khí CH 4và các loại khí sinh học tạo thành
khác được thu hồi ở phía trên. Nước thải đưa vào bể có thể phân phối phía dưới hoặc
phía trên.
Vật liệu lọc của bể lọc kị khí là các loại sỏi cuội, than đá, ống nhựa, tấm nhựa
hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc, được xác định dựa vào
cơng suất cơng trình XLNT, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nước cho phép, điều
kiện cung cấp nguyên vật liệu tại chỗ…các loại vật liệu lọc, cần đảm bảo độ rỗng lớn
(từ 90-300 m3/ m2 bề mặt bể). tổng bề mặt của vật liệu có vai trị quan trọng trong việc
hấp thụ các chất hữu cơ.
Khi màn vi sinh vật dày, hiệu quả lọc nước thải giảm (tổn thất áp lực lọc tăng).
Vật liệu lọc được rửa bằng dòng nước thải chảy ngược. Vật liệu lọc cũng có thể lấy
ra, rửa sạch bằng nước thải sau đó nạp lại vào bể.
Các giá thể là các loại vật liệu có hình dạng, kích thước khác nhau (sỏi, than đá,
ống nhựa, tấm nhựa, giá thể vi sinh dạng bánh xe, giá thể vi sinh dạng sợi,…) hoạt
động như vật liệu lọc. Các dòng nước thải có thể đi từ dưới lên hoặc từ trên xuống.
Nước thải được phân phối đều theo diện tích đáy bể đi từ dưới lên (hoặc trên xuống)
chảy qua lớp vật liệu lọc, các chất hữu cơ sẽ bám lại tại vật liệu lọc có chứa vi khuẩn
yếm khí và tạo thành lớp màng vi sinh vật. Tại đây các chất hữu cơ sẽ được hấp thụ và
phân hủy, bùn cặn sẽ được giữ lại trong khe rỗng của lớp vật liệu lọc. Sau 2-3 tháng sẽ
xả bùn dư một lần. Phần nước sau khi qua lớp vật liệu lọc sẽ được chảy vào máng thu
và tiếp tục được xử lý bởi các cơng trình phía sau.
Ưu điểm
Khả năng xử lý nồng độ ô nhiễm cao
Thời gian lưu ngắn, vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải
Quản lý vận hành đơn giản
Ít tốn năng lượng và dễ kết hợp với những công nghệ xử lý nước thải khác
Nhược điểm
Thời gian khởi động hệ thống dài
Hay bị tắc nghẹn
Hàm lượng cặn lơ lửng và dễ kết hợp với những công nghệ xử lý nước thải
đầu ra lớn
Vật liệu lọc đạt tiêu chuẩn thường có giá thành cao
3.2.3. Hầm biogas
Biogas là khí sinh học do một số vi khuẩn phân giải kỵ khí chất hữu cơ tạo ra.
Các chất hữu cơ được ủ trong điều kiện kỵ khí để sinh ra các chất khí như H2S,
CO2, N2 và CH4, trong đó CO2 và CH4 có thể cháy được.
Hầm biogas là một hệ thống tự động, khi mà khí được sinh ra trong điều kiện kỵ
khí sẽ đẩy cặn bã vào bể áp lực và ống nạp nhiên liệu. Khi mở van thì các cặn
bã trong bể áp lực và ống nạp nhiên liệu sẽ đẩy khí ra để sử dụng.
Hầm biogas được chia làm ba phần liên tiếp với nhau:
Ngăn trộn là nơi để trộn các chất hữu cơ với nước trước khi đổ vào hầm
phân hủy.
Hầm phân hủy là nơi nước và chất hữu cơ bị phân hủy lên men. Khí CH4 và các
loại khí khác sẽ được sinh ra ở đây và những chất khí này sẽ đẩy bùn cặn ở đáy
bể lên bể áp lực.
Bể áp lực: là nơi chứa các bùn cặn. Khi mở van thì các cặn bã trong này sẽ
đẩy ngược các chất khí ra để sử dụng.
Hình 6. Hầm biogas
3.2.4. Bể tự hoại
Bể tự hoại là cơng trình xử lý nước thải bậc I (xử lý sơ bộ) có nhiệm vụ
làm sạch sơ bộ hoặc hoàn toàn nước thải trước khi thải ra sơng, hồ hay mạng lưới
thốt nước bên ngoài.
Bể tự hoại hoạt động theo nguyên lý tạo ra trong hai quá trình là quá trình lắng
nước thải và quá trình lên men cặn lắng. Bể tự hoại thường được dùng trong các hộ gia
đình có thể thống cấp thốt nước bên trong nhưng bên ngồi là hệ thống thốt nước
chung khơng có trạm xử lý, thời gian lưu nước trong bể từ 1 đến 3 ngày. Bể tự hoại
cũng được sử dụng trong xử lý cặn bùn của hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản,
với thời gian lưu bùn từ 1-2 tháng. Bùn được nâng nhiệt đến 350C và có van tháo cặn
dưới đáy bể.
Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại
Quá trình thứ 1: Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại trong q trình lắng
cặn trong bể có thể xem như q trình lắng tĩnh. Dưới tác dụng trọng lượng,
các hạt cặn sẽ rơi xuống dưới đáy bể và nước sau khi ra khỏi bể sẽ trong. Cặn
rơi xuống bể ở đây có các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy nhờ hoạt động của vi sinh
vật yếm khí.
Q trình thứ hai: Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại trong quá trình lên
men. Sau khi các hạt cặn lắng xuống đáy bể và các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy
nhờ có các vi sinh vật yếm khí, cặn sẽ lên men, mất mùi hơi và giảm thể tích. Tốc
độ lên men của căn nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiệt độ, độ PH của nước thải,
lượng vi sinh vật trong cặn, nhiệt độ càng cao thì tốc độ lên men càng nhanh.
Bể tự hoại có dạng hình chữ nhật hay dạng hình trịn trên mặt bằng, xây dựng bằng
gạch, bê tơng cốt thép hay bằng vật liệu composit. Bể thường được chia thành 2-3
ngăn và có chiều sâu 1,5-3m.
Hình 7. Bể tự hoại 3 ngăn
Hiệu quả lắng cặn trong bể tự hoại có thể được từ 40-60% phục thuộc vào nhiệt độ
và chế độ quản lý, vận hành bể. Qua thời gian từ 3-6 tháng, cặn lắng lên men kỵ khí.
Quá trình lên men chủ yếu diễn ra trong giai đoạn đầu là lên men axit.
Ngồi ra cịn có bể tự hoại 5 ngăn, trong đó:
Ngăn thứ nhất của bể có vai trị làm ngăn lắng- lên men kỵ khí, đồng thời
điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong dòng nước thải.
Nhờ các vách ngăn hướng dòng, ở những ngăn tiếp theo, nước thải chuyển
động theo chiều từ dưới lên trên, tiếp xúc với các VSV kỵ khí trong lớp bùn
được hình thành dưới đáy bể trong điều kiện động, các chất hữu cơ được các
VSV hấp thụ và chuyển hóa, đồng thời cho phép tách riêng 2 pha (lên men axit
và lên men kiềm).
Các ngăn cuối cùng là ngăn lọc kị khí, có tác dụng làm sạch bổ sung nước
thải, nhờ các VSV kị khí gắn bám trên bề mặt các hạt vật liệu lọc và năng cặn
lơ lửng trôi theo nước.
Hình 8. Bể tự hoại
CHƯƠNG 4. VÍ DỤ
Hình 9. Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia
Sử dụng bể UASB:
Tại đây diễn ra q trình phân hủy các chất hữu cơ, vơ cơ có trong nước thải khi
khơng có oxy. Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối
đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ và các
chất hữu cơ, vô cơ được tiêu thụ ở đây.
Quá trình chuyển hóa các chất bẩn trong nước thải bằng vi sinh yếm khí xảy ra theo
ba bước:
– Giai đoạn 1: một nhóm các vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các
hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ
như monosacarit, amino acid để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt
động.
– Giai đoạn 2: nhóm vi khuẩn tạo men acid biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản
thành các acid hữu cơ thường là acid acetic, acid butyric, acid Propionic. Ở giai đoạn
này pH của dung dịch giảm xuống.
KẾT LUẬN
Qua bài tiểu luận về “ Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học yếm khí”. Nhóm
chúng em
