ứng dụng phương pháp sinh học kỵ khí khi xử lý bùn và nước thải

GVHD: GS.TS Lâm Minh Triết
SVTH: 1. Nguyễn Thị Mỹ Nha
2. Nguyễn Thị Xuân Nguyên
3. Phan Phương Thảo
4. Nguyễn Hải Lâm
5. Hoàng Thị Ngọc Anh
TP HCM, tháng 11/2010
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỴ KHÍ
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ XỬ LÝ BÙN
QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
XỬ LÝ NƯỚC THẢI
HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ QUA
MỘT SỐ VÍ DỤ CỤ THỂ
1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỴ KHÍ
•
Loại trừ BOD:
Quá trình xử lý sự phát triển các dạng huyền
phù → xử lý sinh học
•
Xử lý hiếu khí và xử lý kỵ khí:

COD / BOD ≤ 2 hay BOD / COD ≥ 0,5 → Xử
lý hiếu khí

Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó có
nhiều cellulose, hemicellulose, protein, tinh
bột chưa tan → xử lý kỵ khí
Nguyên tắc xử lý chất hữu cơ
bằng phương pháp kỵ khí


(COHNS) + VSV kị khí
→
CO
2
+
H
2
S +NH
3
+ CH
4
+ các chất khác + năng
lượng

(COHNS) + VSV kị khí + năng lượng
→

C
5
H
7
O
2
N (tế bào vi sinh vật mới)
•
Có 4 giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá
trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:
- Thủy phân hay hydro hoá
- Acid hóa

- Acetic hoá
- Methane hóa
•
Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và
acetic hóa, COD hầu như không giảm,
COD chỉ giảm trong giai đoạn methane.
Các quá trình chuyển hoá trong xử lý kỵ khí
Điều kiện áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí
•
Tuyệt đối không có oxy
•
Chất dinh dưỡng đủ và cân bằng
•
Nhiệt độ thích hợp :
- cao (45 – 65°C); trung bình (20 – 45°C) → thuận
lợi cho VK sinh metan
- thấp (<20°C)
•
pH = 6,5 – 7,5
•
Không có các hợp chất độc hại
So sánh cân bằng COD
giữa phương pháp hiếu khí và kỵ khí
Kỵ khí: COD trong nước thải phần lớn được chuyển thành
methane, loại khí đốt có giá trị. Một lượng rất nhỏ COD
được chuyển thành bùn. Không đòi hỏi đầu tư ở khâu đầu
vào để hệ thống hoạt động.
Hiếu khí: COD trong nước thải phần lớn được chuyển thành
bùn, → đắt trong khâu xử lý bùn "waste sludge factory“ (≥ 3

– 20 lần); xục khí → đắt trong việc cung cấp năng lượng.
Sự nhiễm bẩn nguồn nước có thể xảy ra theo
hai cách: Nhiễm bẩn tự nhiên và nhiễm bẩn
nhân tạo.
•
Nhiễm bẩn tự nhiên do nước mưa chảy tràn trên
bề mặt đất mang theo chất bẩn và vi khuẩn gây
bệnh vào nguồn nước tiếp nhận.
•
Nhiễm bẩn nhân tạo chủ yếu đo xả nước thải
(sinh hoạt, bệnh viện, công nghiệp và nông
nghiệp) vào nguồn nước tiếp nhận.
2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường
Môi trường đất
Môi trường nước
Nước thải
Môi trường không khí Sức khoẻ con người
Thành phần vật lý và hóa học của nước thải
Tính chất vật lý
•
Màu: nước thải mới có màu nâu hơi sáng, tuy
nhiên thường là có màu xám có vẫn đục. Màu sắc
của nước thải sẽ thay đổi đáng kể nếu như bị
nhiễm khuẩn, khi đó sẽ có màu đen tối.
•
Mùi: có trong nước thải là do các khí sinh ra trong
quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hay do

một số chất được đưa thêm vào.
•
Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn
so với nguồn nước sạch ban đầu, do có sự gia
nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và
các máy móc sản xuất.
•
Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được
xem là một đặc tính vật lý của nước thải, có đơn vị
m
3
/người.ngày. Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi
theo ngày.
Tính chất hóa học
•
Độ kiềm: thực chất độ kiềm là môi trường đệm
để giữ pH trung tính của nước thải trong suốt
quá trình xử lý sinh hóa.
•
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định
lượng chất bị phân hủy sinh hóa trong nước
thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt
độ 20
0
C. BOD
5
trong nước thải sinh hoạt thường
nằm trong khoảng 100 – 300 mg/l.
•
Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng để xác định

lượng chất bị oxy hóa trong nước thải. COD
thường trong khoảng 200 – 500 mg/l. Tuy nhiên,
có một số loại nước thải công nghiệp, COD có
thể tăng rất nhiều lần.
Tính chất hóa học
•
Các chất khí hòa tan: đây là những chất khí có thể
hòa tan trong nước thải. Nước thải công nghiệp
thường có lượng oxy hòa tan tương đối thấp.
•
Hợp chất chứa N: số lượng và loại hợp chất chứa
N sẽ thay đổi đối với mỗi loại nước thải khác nhau.
•
pH: đây là cách nhanh nhất để xác định tính axit
của nước thải. Nồng độ pH khoảng 1 – 14. Để xử lý
nước thải có hiệu quả pH thường trong khoảng 6 –
9,5 (hay tối ưu là 6,5 – 8).
•
Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động
sinh hóa. P thường trong khoảng 6 – 20 mg/l.
•
Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước
thải có thể xem là chất rắn.
•
Nước: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước
thải. Trong một số trường hợp, nước có thể chiếm
từ 99,5% - 99,9% trong nước thải.
3. QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ XỬ LÝ BÙN
Nguồn gốc

•
Các quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước
thải công nghiệp đều dẫn đến việc tách các chất gây
ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ
hơn (bùn).
•
Các quá trình thường được áp dụng là tách pha
rắn ra khỏi nước thải bằng lắng, gạn, tuyển nổi, lọc.
•
Dùng các quá trình hóa học để tách các chất gây
ô nhiễm ở dạng keo tụ, tạo bông, kết tủa. Dùng các
quá trình sinh học để phân huỷ các chất hữu cơ gây
ô nhiễm
Nguồn gốc (tt)
•
Như vậy sau quá trình xử lý và làm sạch nước
thải, nước sạch được tái sử dụng lại còn bùn
tạo thành sẽ được thải đi.
•
Thông thường ta có: (V bùn / V nước thải) x
100% < 1%.
•
Việc xử lý và thải bùn rất
khó do lượng bùn lớn, thành
phần khác nhau, độ ẩm cao
và bùn rất khó lọc. Giá thành
xử lý và thải bùn chiếm
khoảng 25 - 50% tổng giá
thành quản lý chất thải.
Thành phần

•
Màng VSV.
•
Rác nghiền nhỏ: lượng rác được nghiền nhỏ
hoặc xử lý với cặn hoặc trở lại song chắn rác.
•
Các loại cặn ở bể tiếp xúc, cặn này không xử lý
chung mà đem ra sân phơi bùn, nén cặn, ….
•
Các chất hữu cơ cặn chiếm 60-80% chất hữu cơ
tổng cộng.
•
Thành phần hoá học của cặn trong nước thải
Mục đích xử lý bùn thải
•
Giảm khối lượng hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách nước có
trong hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước công trình xử lý
và giảm thể tích cặn phải vận chuyển tới nơi tiếp nhận.
•
Phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng
thành các chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ dễ
dàng tách nước và không gây tác động xấu đến môi trường
nơi tiếp nhận.
•
Bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng
phương pháp thủy lực: chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống, chất
hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên. Các chất vô cơ sẽ tận dụng
để sản xuất vật liệu xây dựng, các chất hữu cơ được xử lý
bằng phương pháp sinh học tận dụng cho việc làm phân
bón.

Các phương pháp xử lý bùn
1. Điều hoà: Điều hoà bùn là sử dụng các tác nhân hoá
học và biện pháp vật lý làm thay đổi liên kết ẩm với rắn trong
bùn để tăng tốc độ tách nước khỏi bùn. Quá trình này thường
tiến hành trước khi tách nước hoặc kết hợp với tách nước.
2. Làm đặc: lắng trọng lực, tuyển nổi, lắng ly tâm.
3. Tách nước: lọc chân không, lọc ly tâm, lọc ép: lọc qua
lớp cát, lớp sỏi, lớp than, sân phơi bùn.
4. Chuyển hóa: phân hủy yếm khí; phân hủy hiếu khí;
đốt; chế thành phân bón; ổn định bằng vôi; tẩy trùng bằng clo
Xử lý bùn theo phương pháp sinh học kỵ khí
Các phản ứng:
•
Thuỷ phân:
(C
6
H
10
O
5
)
x
+ xH
2
O → x(C
6
H
12
O
6

)
C
6
H
12
O
6
→ 2C
2
H
5
OH + 2CO
2
•
Tạo axít:
CH
3
CH
2
OH + H
2
O → CH
3
COOH + 2H
2
CH
3
CH
2
COOH + 2H

2
O → CH
3
CH
3
COOH + CO
2

+ 2H
2
•
Tạo mêtan:
H
2
+ CO
2
→ CH
4
+ 2H
2
O + Q
CH
3
COO → CH
4
+ CO
2
+ Q
CH
3

COOH → CH
4
+ CO
2
+ 2H
2
O + Q

Vi khuẩn tham giá các quá trình trên rất nhạy
với sự thay đổi độ pH. Khoảng pH hoạt động là
từ 6,5 - 8,0; độ pH thích hợp là 7,2 - 7,4. Tốc độ
phân huỷ tuỳ thuộc vào lưu lượng cấp bùn, độ
pH, đặc trưng của pha rắn, nhiệt độ, mức độ pha
trộn giữa bùn thô với phần đã phân huỷ.

Phương trình chung:
Chất hữu cơ trong bùn + H
2
O + dinh dưỡng + vi
sinh → CH
4
+ CO
2
Các công trình xử lý cặn bằng phương pháp
sinh học kỵ khí
•
Bể tự hoại.
•
Bể lắng 2 vỏ.
•

Bể mêtan.
Bể mêtan
•
Đây là công trình xử lý cặn hiệu quả nhất.
•
Thời gian lên men ngắn: 6-20 ngày, thể tích
ngăn bùn nhỏ
•
Các loại cặn dẫn đến bể:
+ Cặn tươi từ bể lắng 1.
+ Bùn hoạt tính dư trên màng vi sinh.
+ Rác đã nghiền.
•
Cặn được hâm nóng và xáo trộn tạo điều kiện
tối ưu cho quá trình lên men.
•
Cường độ quá trình lên men phụ thuộc vào nhiệt
độ, lượng cặn, mức độ xáo trộn.