Nghiên cứu nước ép rác bằng phương pháp hoá lý và lọc kị khí

4.4.2
Tiến hành thí nghiệm.................................................................................30
4.5
Thí nghiệm khuấy kị khí...................................................................................30
MỤC LỤC
4.5.1
Mô
hình
thí
nghiệm...................................................................................30
MỤC LỤC BẢNG.........................................................................................................................
4.5.2
Tiến hành thí nghiệm.................................................................................31
MỤC LỤC HÌNH.......................................................................................................................
4.6 mở
Thíđầu..................................................................................................................1
nghiệm mô hình lọc kị khí tĩnh...................................................................31
Chương
4.6.1
thí nghiệm...................................................................................31
1.1
Đặt Mô
vấnhình
đề.........................................................................................................1
4.6.2
Tiến
hành
thídung
nghiệm.................................................................................32
1.2
Mục đích và nội

luận văn..........................................................................1

Ket quả
nghiênMục
cúnđích
và bàn
1.2.1
luậnluận.......................................................................................33
văn.......................................................................................1
5.11.2.2Ket quả
nghiên
cứu văn.......................................................................................1
thí nghiệm keo tụ nước rác vào........................................33
Nội dung luận
5.1.1
Ket
quảpháp
thí nghiệm
keo tụ..................đối với phèn Bách Khoa (phèn bùn)
1.2.3
Phương
phân tích................................................................................2
33
1.3
Thời gian thực hiện............................................................................................2
nghiệm
keo
tụ.........................................................phèn FeCl3
1.45.1.2Địa Ket
điếmquả

lấy thí
mẫu
và thực
hiện.........................................................................2
Tổng quan 42
3
5.1.3
Ket
nghiệm
tụ...........................................đối
với phèn FeSƠ4
2.1
Hiện trạngquả
về thí
hệ thống
thukeo
gom
và vận chuyến rác Tp.Hồ Chí Minh...............3
51
2.1.1
Các loại chất thải rắn và phương thức thu gom, vận chuyến:.....................3
5.1.4
Bàn
luận.....................................................................................................60
2.2
Thành phần
và tính chất nước rác......................................................................5
5.22.2.1Ket quả
nghiên
thí rác...................................................................................5

nghiệm sục khí.............................................................62
Thành phầncứu
nước
5.2.1
Ket
quảdây
thíchuyền
nghiệm.....................................................................................62
2.2.2
Sơ đồ
công nghệ đã được ứng dụng.........................................6
5.2.2
Đánh
giá
kết
quả........................................................................................64
Tổng quan về các phương pháp nghiên
cứu..................................................9
5.3
Ket
quả
cứu thípháp
nghiệm....................keo
tụ nước rác sau xử lý sinh học
3.1
Tổng
quannghiên
về phương
keo tụ.....................................................................9
3.1.165 Giới thiệu chung..........................................................................................9

5.3.1
Ket
quảpháp
thí nghiệm
keo tụ..................đối với phèn bùn (phèn Bách Khoa)
3.1.2
Phương
keo tụ.....................................................................................9
65
3.1.3
Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông bằng trung hòa điện tích................10
5.3.2
Ket
keokeo
tụ..............................với
phèn nhôm (A12(S04)3)
3.1.4
Độngquả
họcthí
củanghiệm
quá trình
tụ...................................................................11
68
3.1.5
Các yếu tổ ảnh hưởng đến keo tụ..............................................................13
thí nghiệmvề
keo tụ.................................................với
FeSƠ4
3.25.3.3TổngKet quảquan
phương

pháp
khử phènAmonia
72
14
5.3.4
Đánh giá
kết quả........................................................................................75
3.2.1 Ảnh
hưởng
của
Amoni
trong
quá
trình
kị
khí
:
5.4
Ket14quả nghiên cún bế khuấy kị khí..................................................................77
5.4.1
Nồng
22000 rng/1........................................................................77
3.2.2
Cơ sởđộ
lý COD
thuyết..........................................................................................15
5.4.2
Nồng
độ
COD

30000
3.2.3
Các phương pháp
hoámg/1........................................................................78
học thường sử dụng:..............................................15
5.4.3
Nồng
độ
COD
33000
mg/1........................................................................80
3.3
Tống quan về phương pháp xử lý sinh học kị khí
5.4.418 Nồng độ CỌD 35000 mg/1........................................................................81
5.4.5
Đánh
giá kết quả........................................................................................82
3.3.1
Khái niệm..................................................................................................18
5.53.3.2Ket quả
nghiên
cứu mô
hình lọc kị khí tĩnh......................................................84
Động học phản
ứng...................................................................................19
5.5.1
Nồng
độ
COD
2500

............................................................. 84
3.3.3
Quá trình xử lý kị khímg/1
tiếp xúc..................................................................23
5.5.2
Nồng
độ COD
3.3.4
Quá trình
xử lý3500
kị khímg/1..........................................................................85
sinh trưởng bámdính..............................................23
5.5.3
Nồng
độ
COD
10000
mg/1........................................................................88
3.3.5
Tổng quan về màng vi sinh vật.................................................................24
5.5.4 và phương
Nồng độ
CỌD
15000cún.............................................................................27
mg/1........................................................................90
Nội dung
pháp
nghiên
giá kết quả........................................................................................92
4.15.5.5Sơ Đánhlược

về
phương
pháp
luận
nghiên
cứu
5.5.627 Xác định thông số động học quá trình trong pha Log...............................93
Ket4.2
luận và
kiếnđịnh
nghị.......................................................................................................96
Xác
thành phần và tính chất nước rác ban đầu.......................................27
6.1
Kết
luận.........................................................................................................
96
4.3
Thí nghiệm jartest...........................................................................................27
4.3.1
Mô hình thí nghiệm...................................................................................28


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 5.1-1. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối ưu lần 1 (phèn bùn)...........................33
Bảng 5.1-2. Ket quả thí nghiệm
xác định hàm lượng phèn tối ưu (phènbùn)................34
Bảng 5.1-3. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối ưu lần 2 (phèn bùn)...........................36

Bảng 5.1-4. Ket quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn bùn).........................................................37
Bảng 5.1-5. Ket quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn)....................................38
Bảng 5.1-6. Ket quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn bùn)................................................40
Bảng 5.1-7. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối ưu (phèn FeC13)...............................42
Bảng 5.1-8. Ket quả thí nghiệm
xác định hàm lượng phèn tối un (phènFeC13)...........43
Bảng 5.1-9. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeC13)......................45
Bảng 5.1-10. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối ưu (phèn FeC13)..............................47
Bảng 5.1-11. Ket quả thí nghiệm
xác định hàm lượng phèn tối un (phènFeC13)..........48
Bảng 5.1-12. Ket quả thí nghiệm
xác định pFI tối ưu.........................lần 2 (phèn FeC13)
50
Bảng 5.1-13. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối un (phèn FeS04)...............................52
Bảng 5.1-14. Ket quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeS04)..............................53
Bảng 5.1-15. Ket quả thí nghiệm
xác định pFI tối ưu..........................lần 2 (phèn FeS04)
54
Bảng 5.1-16. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối un (phèn FeS04)...............................56
Bảng 5.1-17. Ket quả thí nghiệm
xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn..............FeS04)
57
Bảng 5.1-18. Ket quả thí nghiệm
xác định pFI tối ưu lần 2(phèn FeS04)......................59
Bảng 5.1-19. So sánh hiệu quả của các loại phèn...............................................................................61

Bảng 5.2-1. Ket quả thí nghiệm
sục khí theo thời gian..................................................62
Bảng 5.3-1. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối un (phèn bùn)....................................65
Bảng 5.3-2. Ket quả thí nghiệm
xác định hàm lượng phèntối un (phèn bùn)................66
Bảng 5.3-3. Ket qủ thí ngiệm xác định pH tối ưu lần 2(phèn bùn).....................................................67
Bảng 5.3-4. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối un (phèn nhôm).................................68
Bảng 5.3-5. Ket quả thí nghiệm
xác định hàm lượng phèn tối un (phènnhôm).............69
Bảng 5.3-6. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối ưu lần 2 (phèn nhôm)........................70
Bảng 5.3-7. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối un (phèn FeS04)................................72
Bảng 5.3-8. Ket quả thí nghiệm
xác định hàm lượng phèn tối ưu (phènFeS04)............73
Bảng 5.3-9. Ket quả thí nghiệm
xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeS04).......................74
Bảng 5.4-1. Ket quả thí nghiệm
nghiên cún khuấy kị khí..............................................77
Bảng 5.4-2. Ket quả thí nghiệm
nghiên cứu khuấy kị khí..............................................78
Bảng 5.4-3. Ket quả thí nghiệm
nghiên cứu khuấy kị khí..............................................80


MỤC LỤC HÌNH
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống trung chuyến rác tại Tp.HCM......................................................4
Hình 2. 2 Sơ đồ công nghệ hệ thong xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam Tân

(CENTEMA)...................................................................................................................................6
3 Sơ đồhệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty
TNHH Quốc Việt7
4 Sơ đồcông nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnhtheo thiết kế CTA..7
5 Sơ đồhệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (ƯSEPA).....................................................8
1 Đồ thịxác định hằng số tốc độ keo tụ.......................................................................12
Hình 3. 2 Cân bằng acid -bazơ và khả năng đệm trong quá trình biến đổi kị khí...............14
Hình 4. 1 Mô hình thí nghiệm jartest..............................................................................................28
Hình 4.2 Mô hình thí nghiệm sục khí..............................................................................................29
Hình 4.3 Mô hình thí nghiệm khuấy kị khí.....................................................................................30
Hình 4.4 Mô hình thí nghiệm lọc kị khí..........................................................................................31
Hình 6.1: sơ đồ công nghệ đề xuất xử lý nước
éprác trạmtrung chuyến.....................96


Chương 1: Chương mở đầu

Chương 1:

Chương mở đầu

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường đang được quan tâm và chú ý nhiều. Trong đó
tình trạng ô nhiễm ở các bãi rác đang là mối bức xúc của người dân và các ban ngành
liên
quan, đặc biệt là nước rác.
Có nhiều công trình nghiên cứu xử lý nước rác nhung áp dụng thực tếchưa có kết
quả tốt. Đây là một loại nước thải đặc biệt, tính
chất nướcthải không ổn định,có nhiều

chất độc hại nên rất khó điều chỉnh công nghệ thích hợp.
Hiện nay nước ép rác tại các bãi trung chuyển trong thành phố Hồ Chí Minh đều
được đưa về xử lý tại các bãi rác cùng nước rỉ rác. Nước ép rác có nồng độ ô nhiễm cao
hơn nước rỉ rác nhưng thành phần độc hại ít hơn nhiều. Neu trộn chung hai loại nước
thải
thành nước thải mới có nồng độ ô nhiễm cao và độc hại là rất khó xử lý đạt kết quả.
Trước tình hình đó, một giải pháp đặt ra là xử lý riêng nước ép rác tại các trạm
trung
chuyến. Luận văn này xin nêu một số kết quả nghiên cún nước ép rác bằng phương pháp
hoá lý và lọc kị khí.
1.2 Mục đích và nội dung luận văn
•

Mục đích luận văn
Xử lý nước ép rác bằng phương pháp hoá lý.

•

Xử lý nước ép rác bằng phương pháp sinh học.

1.2.1

•

Từ quá trình nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý của dây chuyền công nghệ
đề ra.

Nội dung luận văn
Nghiên cứu xử lý nước ép rác bằng phương pháp hoá lý trong giai đoạn đầu của
quá trình xử lý:

1.2.2

•

Thí nghiệm keo tụ khử COD và Calci trên một số loại phèn của nước rác
mới.

1


Chương 1: Chương mở đầu

•

Thí nghiệm keo tụ khử COD sau quá trình xử lý sinh học để đạt tiêu chuẩn
thải khi quá trình sinh học làm việc ở tải trọng COD cao.

Nghiên cứu xử lý nước ép rác bằng phương pháp sinh học ở giai đoạn đầu của
quá trình xử lý:
•
•
•

Thí nghiệm xử lý sinh học trong bế khuấy kị khí với nước rác mới
Thí nghiệm xử lý sinh học trên mô hình lọc kị khí tĩnh với nước rác sau bể
khuấy kị khí
Đe xuất phương pháp xử lý.

Phương pháp phân tích
Các chỉ tiêu được phân tích theo Standard Methods, 1995 (phụ lục).

1.2.3

1.3 Thời gian thực hiện

Thời gian thực hiện luận văn: 1/9/2004 - 17/12/2004.
1.4 Địa điểm lấy mẫu và thực hiện

Mầu nước ép rác được lấy tại trạm trung chuyến số 1, 12B Quang Trung, F12, quận
Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh, trong khoảng 8h - 9 h sáng.
Thí nghiệm chạy mô hình và phân tích kết quả được thực hiện tại phòng thí nghiệm
khoa Môi Trường, Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh.

2


Nguồn
phát sinh
Thành phần

Chương
Chương2:Tổng
2:Tổngquan
quan Bãi mới
Trung
Khoảng
hóa sinh hóa2000 - 20 000
10bình
000

Bãi lâu năm
(Trên 10 năm)
100-200

u cầu oxy
Chương
2: Cơ cẩu,
Tổng
quan
2.1.1.5
thành
phần
hệ thống
OD5),mg/l
2.2
Thành phần
và tính
chất
nước
rác trung chuyến:
ng lượng cacbon hữu cơ
000 thu6000
80-160rác Tp.Hồ Chí Minh
2.1.1.5.1
Cơ trạng
cấu hệ1500-20
2.1 Hiện
vềthong
hệ thống
gom và vận chuyển

OC),mg/l
Rác học
từ nguồn
phát
sẽ được
thu gom vận chuyển đến một trong những thành
2.2.1
Thành
phần
u cầu oxy
hóa
hóa
- sinh
60nưóc
000
18
2.1.1
Các3000
loại
chất
thảirác
rắn000
và phương 100-500
thúc thu gom, vận chuyến:
phần củamg/1
hệ thống trung chuyển là điểm hẹn, bô rác và các trạm trung chuyển. Từ điểm
OD),
Chất
rắn
tp.HCM

được
thành
4100-400
loại
là:
rácqua
sinhcác
hoạt,
xây
Thành
phần
vàsẽ
tính
chất
nước
épchia
rác
dao đến
động
rấtchính
lớn,lý có
thế
thay
đối
tù'rác
trạm
bô
rác;thải
CTR
được

vận
chuyển
thẳng
khu
xử
hoặc
trạm
trung
ng chất rắn
lơhẹn,
lửng
(TSS),
200
-tại
2000
500
dựng,
y tếcùng
và rác
công
nghiệp.
rác này
một qui
trung
chuyểnrác
để cơ
rồisở
cuối
cũng
được

đưa vềMỗi
các loại
bãi chôn
lấp sẽ
củacóthành
phố.trình
Qui thu
trìnhgom,
này
vận
10-800
200
80-120
chuyển
chuyển khác. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất nước rác
có thế này
đượcđến
thế trạm
hiện trung
như sau:
ơ hữu
cơ,
mg/1
chuyển
đặc
trưng.
như thành phần rác, thời gian, thời tiết, điều kiện khu vục, nhiệt độ, v.v...
10-800
200
20-40

rácsình
mớihoạt:
thường có nồng độ COD thấp, dao động từ 20000 - 4000mg/l, pH
moniac,
2. 1.Nước
1.1 mg/1
Rác
trong khoảng 4.0 - 5.6.Tỉ
5-40 số BOD:COD
25 cao trong khoảng
5-10 0.8 - 0.9. Đây là loại nước rác
Rác sinh hoạt được thu gom sơ cấp tù’ hộ dân ra các bô rác, điếm hẹn, và tù’ các bô
có nồng độ ss, Calci, kim loại nặng (chủ yếu là sắt) hoà tan cao. Tuy nhiên các chất hữu
rác và điểm hẹn được vận chuyển về các trạm trung chuyển. Tại đây, rác được ép vào các
cơ chủ yếu dễ phân huỷ. Nước có mùi chua nồng và màu vàng đục. Nước này thu được
Container và đưa đến bãi rác Tam Tân-Củ Chi và Gò Cát-Hóc Môn để chôn lấp. Theo
chủ yếu do quá trình nén ép thế tích khối rác bằng cơ học.
thống kê khối lượng rác về 2 địa điểm trên xấp xỉ 5.000tấn/ngày.
Điểm
hẹnCOD cao, tổng hàm lượng nitơ rất cao trong nước rác. Hàm
Bên cạnh hàm
lượng
xâythích
dựng:
lượng2.1.1.2
nitơ cao sẽRác
kích
sự phát triển của phiêu sinh thực vật như rong tảo, tạo điều
Rác
xây

dựng
là
CTR
ra trong
xây làm
dựng,bẩn
phánguồn
dỡ, cải
tạo,trở
duy
kiện phú dưỡng hoá nguồn tiếpđược
nhận.thải
Điều
này cóquá
thểtrình
dẫn đến
nước
Trạm
rác
cp
tu, sữa
chữa
trình như
xà Neu
bần, đất
bùn NH3
cống,(amonia
nhánh cây...
lại, gây
thiếu

hụtcông
DO trong
nước.
hàmcặn,
lượng
không phân ly hoặc
kín/Trạm trung
amonia tự do) cao có thể gây chết chuyên
cá.TỈ lệ hàm lượng amonia (NH3 + NH4+) so với
2.1. Ị.3 Rác y tế:
Bảng 3. 1 Thành phần và tính chất nước rác điển hình
Là CTR thải ra trong
quá: ỉntegrated
trình điều trị
bệnh,
bao Management
gồm 2 loại:
Nguồn
Solid
Waste
• Rác sinh hoạt.

Rác y tế: bông, băng, kim tiêm...
xử lýđến trạm trung chuyển hoặc khu xử lý rác sinh
Rác sinh hoạt được vậnKhu
chuyển
hoạt, rác y tế được đem đốt.
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống trung chuyến rác tại Tp.HCM
2.1. ỉ. 4 Rác công nghiệp:
2.1. ỉ. 5.2 Trạm trung chuyên:

Hiện nay thành phố Hồ Chí Minh chưa kiểm soát cũng như chưa có hệ thống thu
Là công trình được sử dụng đế tiếp nhận rác từ các xe thu gom có tải trọng nhở đế
gom vận chuyển và xử lý cho loại rác này. Việc thu gom vận chuyển do các cơ sở tự giải
chuyển sang xe có tải trọng lớn vận chuyển đến khu xử lý. Trạm được xây dựng kiên cố,
quyết theo 2 hướng:
có nền bêtông cúng, mái che và có hệ thong xử lý mùi, bụi...
• Loại không thế tái chế (rác thải sinh hoạt và rác thải từ sản xuất): được cơ sở
Tuỳ vào mỗi loại rác mà có các trạm trung chuyển tiếp nhận khác nhau:
thu gom và ký hợp đồng với các đơn vị vệ sinh môi trường đế có biện pháp xử
lý thích hợp nhưng thường là đổ chung với rác sinh hoạt.
•

•

Loại có thế tái chế, tái sử dụng: được phân loại và bán cho các cơ sở sản
xuất sử dụng cho các mục đích khác hoặc tái chế.
543


Chương 2:Tổng quan

Nitrat,
Tông lượng Photpho, mg/1
Orthophotpho,

5-100

30

5-10

4-80

20

4-8

6

6,6 - 7,5

1500

250

50 - 200

200 - 3000

500

100-400

50-

60

20 - 200

300

20-50

4,5 - 7,5
pH
50Canxi,

mg/1

Clorua,

mg/1

Tổng

lượng

sắt,

200- 1000

1000- 10 0003000

Độ kiềm theo CaC03, mg/1

mg/1

Sulíat, mg/1________________

1200

50- 1000

2.2.2

Sơ đồ dây chuyền công nghệ đã được ứng dụng

2.2.2.1

Dây chuyền công nghệ trong nước

BCLGòCảt
Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường (CENTEMA, 2002) đã nghiên cứu xử lý nước
rỉ rác Gò Cát có hàm lượng 50.000 - 60.000 mg COD/1 với qui mô pilot lm3/h.
2.2.2.1.1

Ket quả cho thấy hiệu quả khử COD rất cao sau hai tháng vận hành (trên 98%).
Tuy
nhiên COD không phân huỷ còn lại sau xử lý hiếu khí dao động trong khoảng 380 KH^PCt, Khí

Khi

Hình 2. 2 Sơ đồ công nghệ hệ thồng xử lý nưóc rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam
Tân (CENTEMA)
6


Chương 2:Tổng quan

2.2.2. ỉ.2 BCL Đông Thạnh

Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Đông Thạnh của Công Ty Quốc Việt áp dụng hệ
hồ này đơn giản, phù hợp ở những nơi có diện tích mặt bằng rộng và đế vận hành. Như
kết quả phân tích của công ty Quốc Việt đưa ra, với chất lượng nước đầu vào có COD =
3.094 mg/1, chất lượng nước rỉ rác sau xử lý đạt yêu cầu xả ra nguồn loại B (COD = 78
mg/1). Tuy nhiên khi đi vào chi tiết về hoá chất sử dụng, tính toán / chi tiết công trình
đơn
vị và xử lý bùn lắng, công nghệ này còn nhiều điếm chưa rõ ràng và chưa có tính thuyết
phục cao.

Hình 2. 3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước ri rác Đông Thạnh của công ty TNHH
Quốc Việt
Công nghệ của công ty CTA thế hiện trong hình 2.4. Các công nghệ trên đều ứng
dụng quá trình hồ sinh học, đòi hỏi mặt bằng lớn. Quá trình hồ với sự tham gia của thực
vật nước như tảo, lục bình có thế đạt hiệu quả cao trong xử lý ammonia đối với nước rỉ
rác của BCL lâu năm (hàm lượng BOD thấp).
Nước
—r-----xà ra

Hình 2. 4 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh theo thiết kế CTA

7


Chương 2:Tổng quan

Dây chuyền công nghệ ngoài nước
Xử lý sinh học được sử dụng ở đây chủ yếu để khử N-ammonia (99%) và COD
(91%).. Các hàm lượng chất hữu cơ độc và kim loại nặng giảm đáng kế.
2.2.2.2

Hình 2. 5 Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (ƯSEPA)

8


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Chương 3:

Tổng quan về các phương pháp nghỉên cứu

3.1 Tổng quan về phưong pháp keo tụ

Giói thiệu chung
Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo
nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông
keo có kích thước lớn hơn và ta có thế tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện
pháp lắng, lọc hay tuyển nổi. Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn
sắt dưới dạng dung dịch hòa tan, các chất điện li hoặc các chất cao phân tử,...
3.1.1

Phương pháp keo tụ
Trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử

3.1.2

dụng
phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt.
Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, còn gọi là
phèn nhôm hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng

dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân li thành các anion và cation theo phản
ứng
sau:
A12(S04)3 -> Al3+ + 3S042'
FeClj -> 2Fe3+ + 3CF
Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các
phức chất hexa Me(H20)63+ (trong đó Me có thể là AI hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trị
pH
của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhôm
các phức chất này tồn tại ở pH tù' 3 —» 4; với sắt chúng tồn tại ở pH tù’ 1 —^ 3.
Khi tăng pH các phản ứng xảy ra như sau:
Me(H20)63+ + H20 -> Me(H20)50H2+ + H30+
Tăng axit:

Me(H20)52+ + H20 -> Me(H20)4(OH)2+ + H30+

Tăng kiềm:

Me(H20)4(OH)2+ + H20 -> Me(H20)3+ + 3H20 + H30+
Me(OH)3 + OH -» Me(OH)4'

Các sản phẩm hydroxit tạo thành trong phạm vi pH từ 3 —» 6, đó là sản phẩm
9


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

và có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các
bông cặn. Các hydroxit nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều
kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo

bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ,
cuốn theo các hạt keo, cặn bân hữu cơ, chất mang mùi vị,... tồn tại ở trạng thái hòa tan
hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do còn kết hợp với nước qua
phản
ứng như sau:
Al3+ + 3H20 -► Al(OH)3 + 3H+
Fe3+ + 3H20 -> Fe(OH)3 + 3H+
Quan sát quá trình keo tụ dùng keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo
ra 3 loại bông cặn như sau:
•

Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít.

•

Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau
và trung hoà về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ
trong quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kế.

•

Loại thứ ba được hình thành tù’ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các
anion có trong nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ các
chất bấn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước
bằng keo tụ, loại thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo
tụ.

3.1.3

Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông bằng trung hòa điện tích

Ớ đây, các hạt keo hấp phụ lên bề mặt ion dương trái dấu, làm thay đối điện tích bề
mặt hạt keo. Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion điện tích cao được hấp phụ tạo nên
sự
trung hòa điện tích, ví dụ các hydroxit kim loại tích điện dương, các polymer hữu cơ
cation và các ion kim loại hóa trị cao. Các ion này phá vỡ trạng thái bền của hệ keo nhờ
cơ chế nén lớp điện tích kép và cơ chế hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt hạt keo, làm giảm
thế điện động zeta, giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo điệu kiện cho các hạt keo kết
dính vào nhau. Trong đó cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích - đóng vai trò đáng kể.
Tuy nhicn, lượng ion trái dấu đưa vào chỉ có được hiộu quả tối ở một giá trị nào đó,
khi lượng ion trái dấu đưa vào vượt giá trị đó sẽ xảy ra hiện tượng tái ốn định của hệ
keo trong nước, thúc đấy quá trình tích điện trở lại với các hạt keo, làm tăng thế điện
động
10


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

3.1.4

Động học của quá trình keo tụ

Quá trình keo tụ các tạp chất trong nước xảy ra theo các giai đoạn sau đây: giai
đoạn
pha trộn các chất keo tụ trong nước, giai đoạn thủy phân chất keo tụ đồng thời phá hủy
trạng thái ốn định của hệ keo và giai đoạn hình thành bông cặn. Khi hệ keo trong nước
đã
bị các chất keo tụ làm mất đi trạng thái ổn định của nó thì tốc độ tạo bông keo quyết định
bởi chuyến động tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt keo với nhau. Quá trình tiếp xúc giữa các
hạt keo đạt được nhờ khuếch tán và chuyến động có hướng. Khuếch tán chỉ có tác dụng

đế hình thành bông keo nhỏ, muốn hình thành bông keo có kích thước lớn hơn thì phải
có
chuyển động định hướng của các hạt để chúng tiếp xúc với nhau. Trong xử lý nước thải
dùng quá trình keo tụ, chuyến động định hướng với vận tốc nhỏ của các hạt có ý nghĩa
đáng kể.
Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với một nguồn nước cụ thể, khi đã xác
định được loại hóa chất sử dụng và liều lượng tối ưu chỉ còn phụ thuộc vào yếi tố vật lý
đó là cường độ khuấy trộn nước đế làm tăng sổ lượng va chạm giữa các hạt cặn. Dưới
tác
động của chuyển động nhiệt, ban đầu các hạt cặn có kích thước nhỏ va chạm và kết dính
tạo thành các hạt có kích thước lớn hớn cho đến khi chúng không còn khả năng tham gia
vào chuyển động nhiệt nữa, lúc này tác động khuấy trộn tham gia vào quá trình tạo bông
cặn lớn hơn. Cường độ khuấy trộn được biểu thị bằng grdient vận tốc G và thời gian
dc
dt

dc
= Ktu'dt
Tích phân (3.2) ta được:

<-0
11


kk,u
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Trong đó:

Co :nồng độ ban đầu của hệ keo (tại t=0);

c inồng độ của hệ keo tại thời
điểr
kktụ :hằng số tốc độ keo tụ.
Chu kì bán hủy của hệ keo
Xi/2-

_Ị______\__ J_
1/2 —
c7"c7“ c~0
2
Ti /2

c

1
Ku • c~0

1
• t H———
Co

Neu xác định thực nghiệm các nồng độ c của hệ keo tại các thời điểm t khác nhau,
thì tù' quan hệ tuyến tính giữa l/c và t. Chúng ta xác định được hằng số tốc độ keo tụ:
kktụ = độ nghiêng góc a

t
Hình 3. 1 Đồ thị xác định hằng số tốc độ keo tụ

12

Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

3.1.5

Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ

pH của nước
Ánh hưởng của pH đối với các chất hữu cơ trong nước.
Ảnh hưởng của pH đối với tốc độ đông tụ dung dịch keo: tốc độ đông tụ dung dịch
keo và điện thế ị của nó có quan hệ. Trị số ị càng nhỏ, lực đấy giữa các hạt càng yếu, vì
vậy tốc độ đông tụ của nó càng nhanh. Khi điện thế £, bằng 0, nghĩa là đạt đến điểm
đẳng
điện, tổc độ đông tụ của nó lớn nhất.
3.1.5.1

Dung dịch keo hình thành từ hợp chất lường tính, điện thế £, của nó và điếm đẳng
điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH của nước.Từ một số nguyên nhân trên, đối với
nước
cụ thể thì không có phương pháp tính toán trị số pH tối ưu, mà chỉ xác định bằng
nghiệm.
Chất lượng nước khác nhau, trị số pH tối ưu khác nhau, nghĩa là cùng một loại
nước,
các mùa khác nhau, trị số pH tối ưu cũng có thể thay đối.
3.1.5.2

Hàm lượng chất keo tụ

Nhiệt độ của nước
Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng của nhiệt độ nước đối với hiệu quả

keo tụ không lớn.
3.1.5.3

Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ
Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bố đều của chất keo
tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là một nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá
trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm. Khi mới cho chất keo
tụ vào nước, phải khuấy nhanh vì sự thủy phân của chất keo tụ trong nước và tốc độ hình
thành bông cặn rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng sinh thành lượng
lớn bông hydroxit kim loại hạt nhỏ làm cho nó nhanh chóng khuếch tán đến các nơi
trong
nước, kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng. Sau khi hỗn hợp hình thành
bông cặn và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, không nhũng bông cặn khó lớn lên mà
nó có thế tan vỡ những bông cặn đã hình thành.
3.1.5.4

13


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Môi chất tiếp xúc
Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước

3.1.5.6

duy
trì một cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho kết tủa càng
thêm nhanh hơn. lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chất tiếp xúc. Be mặt của nó có tác
dụng hấp phụ, thúc đẩy quá trình keo tụ. Vai trò của hạt cặn bùn đó như những hạt nhân

kết dính.
3.2 Tống quan về phương pháp khử Amonia
3.2.1 Ảnh hưởng của Amoni trong quá trình kị khí:

Amoni được sinh ra trong suốt quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ chứa nitơ
như protein , amino acid .Nitơ vô cơ tồn tại ở hai dạng ion N-NH4+ và NH3 ,quá trình
chuyển đổi giữa hai loại này phụ thuộc rất nhiều vào thay đổi pH thể hiện trong phương
trình sau :
NH4+ NH3 + H+ pKa =9.27 ở 35°c.
Khi pH tăng lên NH3 sẽ tăng lên .Tại pH trung tính pH=7 lượng NH3 chiếm
khoảng
0.5% tổng lượng NH3 và N-NH4+ ,còn ở pH =8 thì tỉ lệ này tăng lên 5.1% .Điều này có
thế chấp nhận được do giới hạn của NH3 đối với quá trình thích nghi của vi khuấn
methan
hoá ở khoảng từ 50-80mg/l .Ngoài những ảnh hưởng trên thì cũng như acid béo bay hơi

RCOO’ + NH4+ + H2G + CƠ2
Hình 3. 2 Cân bằng acid -bazo’ và khả năng đệm trong quá trình biến đối kị khí
14


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Điều này làm thay đối pH của nước, đó chính là lý do giải thích tại sao NH4+ giảm
trong quá trình kị khí. Đây là cơ sở đế giải thích những kết quả thí nghiệm ở chương sau.
Ammonia trong nước thải sinh họat có nồng độ vào khoảng 30 mg/1. Trong nước rỉ
rác, nồng độ này có thế lên đến vài nghìn mg/1. cần phải khử ammonia trong nước thải
vì
ba lý do sau:
•

Ammonia có thể đầu độc cá, nồng độ gây độc vào khỏang 2,5 - 25 mg/1 (
Klien, 1972). Giá trị này thay đổi tùy theo lòai cá, nhiệt độ nước, pH và sự
có
mặt của các hóa chất khác.

•

Quá trình oxy hóa ammonia thành nitrát sử dụng một lượng lớn oxy hòa tan
trong nước khiến lượng oxy trong nước sụt giảm, gây ảnh hưởng thủy sinh.

•

Ammonia có tác dụng như một lọai phân bón nên các lọai rêu mốc dễ phát
triến mạnh trong môi trường có ammonia, gây mất cân bằng sinh thái.

Cơ sở lý thuyết
Nitơ ammonia hiện diện trong nước dưới hai dạng: dạng phân ly NH4+ và NH3.
Phương trình sau biểu diễn mối quan hệ giữa hai dạng trên:
3.2.2

NH4+ + OH' -ỳ NH3 + H20
Ammonia phân ly được chuyến hóa thành ammonia không phân ly nhờ bazơơ,
chang hạn như NaOH. Trong quá trình thêm bazơơ, nhiệt độ của nước thải tăng khiến
cho
lượng khí ammonia tự do tạo thành cũng tăng.
3.2.3

Các phương pháp hoá học thường sử dụng:

Oxy hóa bằng chlorine:
Là phương pháp châm khí chlorine hoặc muối hypochlorite đế oxy hóa ammonia

3.2.3.1

tạo
thành các chloramine trung gian, rồi tù' đó tạo thành khí nitơ và axít hydrochloric. Phản
ứng được biếu diễn như sau:
pH>8
Cl2 +

H20

-» HC1 + HOC1 o H+ + ocr
pH<7
15


á trình

Ưu điểm

ổi khí

Có thế kiếm sóat quá trìnhVấn
đế đề nhiệt độ có tác động
Chương
3: Tổng
quanđộ
về các

phương
phápcần
nghiên
xử lý
đạt được
mức
khử
lớn nên
có bộcứu
phận
kiếm
ammonia mong muốn.
sóat nhiệt độ.
Không nhạy cảm với các tác
Cần chỉnh pH.
gây
độc.
này
ứng làm
phụnhân
lạnh
thuộc
củavào
luồng
pH,khí
nhiệt
khi độ,
nhiệtthời
độ xuống
gian phản

đến 0ứng
cũng
và làtỉ một
lệ chlorine
khó khănvới
choammonia.
việc vận
Quá
trình
có
thế
được
sử
Monochloramine
hành ( Reynolds, và
1982).
dichloramine
Tuy nhiênđược
sự sản
tạosinh
thành
khíkhi
tự pH
nhiên
ở vào
từ cánh
khỏang
đồng
4,5ngập
đến nước

8,5. Với
lại
dụng để xử lý nước thải đến
pH
mang
đến8,5;
những
sản
phấm
lợi
chính
chosẽviệc
là monochloramine;
áp dụng phương pháp
còn với
này pH
trong
dưới
điều4,5;
kiện
sảnthực
phấm
tế.
mứctrên
Nitơ
tổng
đạtthuận
tiêu chuẩn.
Lượng
này được

dụng
đế làmtạotăngranhiệtlương
độ nướccặn
rỉ rác, giúp cho việc khử
bằngcảchính
Tất
nitơ khí
ammonia
có sử
thể
Có
bị thế
sẽ
ammonia
trichloramine.
dễ dàng hơn
Neu
vì nhiệt
lượngđộchlorine
tăng sẽ châm
làm
vàođộc
hiệu
quácho
mức
ứngđời
làm
breakpoint
lạnh cũng
trong

nhưđiều
làm kiện
tăng
oxylàhóa.
chlorine
lớn giảm
gây
Có thểpH
được
sử dụng
lượng
ammonia
có thểđế
khử khử
trong sống
nướcthủy
thải. sinh.
ammonia
đến
mức
cao.
Nhạy
cảm
với
pH. gian sẽ bị oxy hóa tạo thành khí nitơ thóat
tù' 7 đến
8; sảnphương
phâm monochloramine
Có nhiều
pháp đã được sửtrung

dụng đế khử ammonia, bảng sau là sự trình bày
Cần ít diện tích.
Chi phí vận hành cao.
ra
về nhũng
ưu, khuyết
điểmchâm
của mỗichlorine
phương pháp:
Không vắn
bịtắtảnh
hưởng
bởi Việc
các
làm tăng
khỏi
pha
lỏng.
Các
bước
oxy
hóa
ammonia
được
biếu
diễn như sau:
tác nhân gây độc.
TDS.
Bảng 3. 2 Các phương pháp khử amonia
Không bị ảnh hưởng

bởi -»
Cần
nhiệt
những
Cl2 + H20
HOC1
+ HC1 biện pháp kiểm
độ.
sóat tốt đế tránh tạo thành khí
+ H20 + H+
Chi phí đầu tư thấp. NH4+ +HOC1 -ỳ NH2C1
nitơ triclorua.
đội-» N2T
ngũ +vận
hành
có tay
2 NH2C1 +Cần
HOC1
3 HC1
+ H20
nghề.
tổng hợp:
Nước thải Phản
đầuứng ra
có Cặn
mứchữu cơ có thể kết tụ.
ammonia không gây hại Nước
thủy thải có nồng độ các
3 Cl2 +2 NH4+ N2| + 6 HC1 + 2 H+
sinh và nitơ tổng đạt chuẩn.

cation khác cao sẽ làm giảm
Dễ kiểm Lượng
sóat chlorine
các sảncần phẩm
suấtchlorine
khử ammonia.
dùng làhiệu
3 mole
cho mỗi 2 mole ammonia.
của quá trình .
Chi phí đầu tư và vận hành
3.2.3.2
Trao đỗi ion:
cao.
Cần đội ngũ vận hành có tay
Một lọai zeolit tự nhiên trao
nghề.đổi cation gọi là clinoptiìolite đã được sử dụng cho
việc khử ammonia ( được nghiên cứu bởi Mercer, B.W.Ames, L.L.Touhill, C.J.Van
Slyke, W.J.Dean, R.B. 1970). Trong quá trình trao đối ion này, dòng thải thứ cấp được xử
lý bằng lọc hỗn hợp, hấp phụ qua than họat tính rồi mới chảy qua cột trao đôi ion. Sau
khi
hét khả năng trao đối, cột clinoptilolite được hoàn nguyên bởi dung dịch nước muối chứa
khỏang 2% NaCl, được kích họat bằng phương pháp điện phân.Dung dịch hoàn nguyên
gồm chủ yếu là các ion NH4+, Ca2+, Mg2+, Na+, và cr .Trước khi điện phân, Na2CƠ3
và
NaOH được châm vào đế tạo ra càng nhiều CaC03 và Mg(OH)2 càng tốt. Dung dịch
hoàn
nguyên chảy qua các điện cực điện phân đang tạo ra Cl2 ở anốt và H2 ở catốt. Chlorine
phản úng với ammonia tạo ra khí N2 đế rồi khí N2 và H2 được tách ra ở cuối chu trình.

i

hoá
Cĩorine

o đổi ion

Khuyết điểm

3.2.3.3

Thoi khí khử amonia

Thổi khí để khử ammonia là phương pháp thổi một lượng không khí lớn qua bề
mặt nước rỉ rác nhằm làm tăng áp suất riêng phần của khí ammonia trong nước để lượng
16


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Như trên cho thấy, cả phương pháp trao đối ion và chlorine hóa đều cần chi phí cao
và đội ngũ vận hành có tay nghề. Biện pháp thối khí có điếm bất lợi lớn nhất là phải điều
chỉnh pH. Trong thực tế việc chuyển hóa các ion ammonium sang khí ammonia là tính
chất của cả nhiệt độ và pH.
3.3 Tống quan về phương pháp xử lý sinh học kị khí
3.3.1

Khái niệm

Quá trình phân hủy kị khí là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ không có sự

hiện diện của khí oxy. Quần thế vi sinh hoạt tính trong quá trình phân huỷ kị khí thực
hiện
một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loài vi khuẩn và nhiều bước trung gian. Neu vật
chất bao gồm các hợp chất phức tạp đầu tiên chúng được thuỷ phân thành các hợp chất
đơn giản sau đó chúng được lên men thành các acid bay hơi bởi các vi khuẩn lên men
axít. Các acid bay hơi có mạch dài hơn hai carbon được chuyển hoá thành acetate và khí
H2 bởi các vi khuẩn axêtát hóa tạo thành khí hydro. Cuối cùng acetate và H2 được
chuyển
hoá thành CH4 bởi các vi khuẩn mêtan hóa.
•

Cặn hữu cơ: CH4 + C02 + H2 + N2 + H2S

•

Các vi khuẩn

Quá trình phân huỷ kị khí có thể chia thành 6 bước :
(1) Thủy phân các poĩymer: thủy phân các protein, thủy phân các
polysaccharide, thuỷ phân các chất béo.
(2) Lên men các amino acid và các đường
(3) Oxy hoá kị khí các acid béo và các rượu bậc cao
(4) Oxy hoá kị khí các acid béo bay hơi ngoại trừ acetic acid
(5) Tạo methane tù’ acetic acid
(6) Tạo methane tù’ hydrogen và carbon

dioxide
Các bước này có thể được chia thành 4 giai đoạn :

18

17


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

•

Quá trình lên men axít : các hợp chất tan được chuyến hóa thành các hợp
chất đơn giản nhờ vi khuẩn lên men. Các hợp chất đó là : các acid béo bay
hơi,
các rượu, lactic acid, methanol, cơ2, H2 ,NH3, H2S và tạo sinh khối.

•

Quá trình axêtát hóa : các hợp chất của quá trình lên men được chuyển hóa
thành acetat, H2, C02 và tạo sinh khối.

•

Quá trình mêtan hóa: là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kị khí. Acetic
acid, H2, C02, íòrmic acid và methanol được chuyến thành methane, carbon
dioxide và sinh khối.

Động học phản ứng
Áp dụng phương trình Monod cho sự phát triển của vi khuẩn trong bể khuấy trộn
hoàn toàn (CSTR) ở trạng thái ổn định :
3.3.2

•

Nồng độ vật chất giới hạn sự phát triến tại đầu ra không phụ thuộc đầu vào.

•

Không có sự thay đổi nồng độ vật chất và sinh khối

3.3.2.1

Tốc độ sử dụng vật chất
-(dS / dt) = umax.X.S / Y(KS + S) = k.x.s / (Ks +

S)
ds / dt: tốc độ sử dụng vật chất (mg/1 .t)
X

:

nồng

độ

sinh

khối

(mg/1)

s : nồng độ vật chất giới hạn sự phát trien (mg/1)
Umax • hằng số tốc độ phát triển maximum (1/d)
Y : tỉ lệ lượng thức ăn được chuyển hóa thành sinh khối (mg/1 vss / mg/1 COD)

Đối với các phản ứng kị khí Y = 0.08 đến 0.2kgVSS / kgBOD5
Ks: nồng độ vật chất tại đó u = 1/2 Umax (mg/1 )
k : tốc độ maximum của việc sử dụng vật chất trên đơn vị khối lượng của sinh khối
(gCOD/gVSS.d) với Umax = Y.k
3.3.2.2

Hằng số tốc độ phát triển
u = Umax.s / (Ks + S) - b

19


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Quá trình phân huỷ kị khí có giá trị Ks lớn hơn gấp 10 lần khi so với quá trình
phân
huỷ hiếu khí do đó hằng số tốc độ phát triển của quá trình phân huỷ kị khí nhỏ hơn nhiều
khi so với quá trình phân huỷ hiếu khí.
Để đạt được nồng độ COD ở đầu ra thấp với sinh khối có giá trị Ks cao phải chấp
nhận hoặc tốc độ trao đối chất của sinh khối thấp hoặc sử dụng kiếu hoạt động dòng chảy
nút/ bậc để làm tăng tốc độ trao đổi chất của sinh khối.
Tốc độ phát triển cuả sinh khối

3.3.2.3

dx / dt = u.x = Umax-S.X / (Ks + S) - b.x = Y.k.s.x / (Ks +
S)
dx / dt: tốc độ phát triến cuả sinh khối (mg/1 .d)
•

Khi s » Ks : dx / dt kmax.X vì k = kmax. Vậy hệ thống có giới hạn sinh khối
và phương trình là phương trình đầu tiên để tính sinh khối

•

Khi s« Ks : dx / dt = constant . Vậy hệ thống có giới hạn thức ăn và
phương trình sinh khối bằng 0.

•
3.3.2.4

Khi s = Ks: k = 1,5 Kmax
Thời gian lưu nước (h): dựa trên lun lượng đầu vào
O(HRT) = V/Q

V : thể tích thiết bị (m3)
Ọ : lun lượng đầu vào (m3 /h)
HRT : thời gian lun
nước
Thời gian lưu tế bào (d):
Tỷ số giữa tống sinh khối trong thiết bị và sinh khối được thải ra trên đơn vị thời

0 c (SRT) = X / (dx / dt)
1 / ec = u= Y.k.s / (Ks + S) -

b
9 c > 0 c min = 1 / Umax
20

Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

vận hành quá trình với 0 c cao sẽ tạo một hệ số an toàn chống lại những hỏng hóc mang
tính hệ thống.
9 c có thế thay đối không phụ thuộc vào thời gian lun thủy lực nếu sinh khối được
hồi lưu trở lại thiết bị.
3.3.2.5

Hoạt tính sinh khối (gCOD / gVSS.d)
A = -ds / x.dt = (1 / 0 c + b) / Y

Thời gian lưu sinh khối càng lớn hoạt tính sinh khối càng nhỏ.
Hoạt tính sinh khối trong quá trình phân huỷ kị khí : 0.5 - 1 gBOD/gVSS.d.Hoạt
tính sinh khối trong quá trình phân huỷ kị khí do các yếu tố sau quyết định:
•

Nhiệt độ quá trình

•

pH và việc kiếm soát pH

•

Nhu cầu dinh dưỡng

•

Hàm lượng độc chất

3.3.2.6

Nồng độ sinh khối (mg/1)
X = (0 c / 0).Y(So - S) / (1 + b. 0 c)

Phương trình này chỉ ra rằng khi rút ngắn thời gian lun nước thì sẽ làm tăng nồng
độ
sinh khối khi những thông số khác không thay đổi. Tuy nhiên có một giới hạn khi thời
gian lưu thuỷ lực tiến gần đến thời gian nhân đôi của tế bào vi sinh vật, các tế bào vi sinh
vật sẽ thoát ra khỏi thiết bị trước khi sự sinh sản xảy ra. Ket quả là nồng độ sinh khối sẽ
giảm và nồng độ vật chất đầu ra tiến gần đến nồng độ vật chất đầu vào. Nồng độ sinh
khối
trong quá trình phân huỷ kị khí có thế gấp 5-10 lần nồng độ sinh khối trong quá trình
phân huỷ hiếu khí.
Nồng độ vật chất (mg/1)

a.

s = Ks(l + b. 0 c) / (0 c (umax - b) -1)
Tốc độ tải trong hữu cơ thể tích (kgCOD / m3.d):

b.

khi tính toán thiết kế

-(ds / dt) = S0.Q / V

S0: nồng độ COD có thế phân huỷ sinh học trong nước thải chưa xử lý (mgCOD /
1)
21

Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Hiệu quả sử dụng của thế tích thiết bị sẵn có tuỳ thuộc vào :

c.

•

Các động học cơ bản phân huỷ chất ô nhiễm.

•

Động học của sự phát triến sinh khối

•

Nồng độ sinh khối trong thiết bị

•

Tốc độ vận chuyển vật chất vào sinh khối

Tốc độ loại vật chất trên đơn vị thể tích thiết bi (kgCOD / m\d) : khi vận
hành
Rv = A.X
A : hoạt tính sinh khối (kgCOD / kgVSS.d)
X: nồng độ sinh khối (kgVSS / m3)

Rv tối đa khi A tối đa và X tối đa
Quá trình phân huỷ kị khí các chất VFA có tải trọng gấp 4 - 5 lần khi so với quá
trình phân huỷ kị khí các chất phức tạp hơn như tinh bột và protein. Đó là do VFA có Y
nhỏ hơn khi so với các chất cacbohydrat và có tỷ lệ vi khuẩn methane trong sinh khối
cao
hơn. Tốc độ tải trọng hữu cơ thế tích thường thế hiện tính kinh tế của quá trình. Đế đạt
tốc
độ tải trọng cao nước thải pha loãng được đưa qua thiết bị với thời gian lưu nước ngắn,
chất ô nhiễm được phân huỷ sinh học đạt tiêu chuẩn thải ra với thời gian ngắn hơn nhiều
và sinh khối được ổn định với lun lượng lớn. Nước thải đậm đặc đòi hỏi thời gian lun
nước dài hơn một cách tương xúng đế đạt được hiệu quả xử lý mong muốn.
Các phân tử đơn giản như các acid hữu cơ, rượu, đường có thể được trao đổi chất
trong vòng vài phút đến vài giờ nếu hoạt tính sinh khối đủ mạnh do đó cho phép thời
gian
lun nước ngắn, tốc độ tải trọng cao cho dù nồng độ BOD thấp. Các chất phức tạp hơn
như
tinh bột và protein có thế đòi hỏi thời gian thuỷ phân lâu cùng với thời gian lưu nước dài
hơn và thế tích thiết bị lớn hơn. Nồng độ vật chất và mức độ thích nghi của sinh khối
cũng tác động đến tốc độ phân huỷ chất ô nhiễm.
Nước thải càng pha loãng thì khả năng tạo độ kiềm tự’ nhiên càng thấp. Độ kiềm
bố
sung cần được cung cấp.
22


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

Quá trình xử lý kị khí tiếp xúc
Quá trình kị khí tiếp xúc khí tương tự hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí gồm hai giai đoạn:
• Phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn.

3.3.3

•

Lắng hoặc tuyến nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý.
Bùn sinh học sau khi tách tuần hoàn trở lại bế phân huỷ kị khí. Do lượng sinh
khối của quá trình có thể kiểm soát được, không phụ thuộc vào lưu lượng
nước thải, vì vậy thời gian lun bùn có thế khống chế được và không liên quan
tới thời gian lun nước. Hàm lượng vss trong bể tiếp xúc kị khí do động trong
khoảng 4000 - 6000 mg/1. Hệ thống tiếp xúc kị khí sử dụng lắng trọng lực
phụ
thuộc nhiều vào tính chất bông bùn. Các bọt khí biogas sinh ra trong quá trình
phân huỷ kị khí thường bám dính vào các hạt bùn làm giảm tính lắng của các
hạt bùn. Do đó đế tăng khả năng lắng của bùn trước đó thường đặt một hệ
thống tách khí hay có thể bổ sung một ít chất keo tụ đẩy nhanh quá trình tạo
bông. Tải trọng chất hữu cơ tù' 0.5 - 10 kg/m3.ngày với thời gian lưu nước tù’
12 h đến 5 ngày.
3.3.4

Quá trình xử lý kị khí sinh trưởng bám dính

Bế lọc kị khí là cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thế cố định cho vi sinh vật kị khí
sống bám trên bề mặt. Giá thế đó có thế là đá sỏi, than, vòng sứ, tấm nhựa ... Dòng thải
phân bố đều từ dưới lên tiếp xúc với màng vi sinh trên giá thế. Do khả năng bám dính tốt
với màng vi sinh dẫn tới lượng vi sinh trong bế tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài. Vì
vậy thời gian lưu nước nhỏ, có thể vận hành ở tải lượng cao. Lọc kị khí với giá thế là đá
thường bị tắc do các chất lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính bị giữ lại giữa các
khe rỗng. Giá thế là vật liệu nhựa tống họp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao (95%) nên vi
sinh dễ bám dính và chúng dần thay thế cho đá sỏi. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích
của vật liệu thông thường dao động trong khoảng 100 đến 200 m2/m3 .

Trong bế lọc khí do dòng quanh co đồng thời do tích luỹ sinh khối vì vậy rất dễ gây
ra các vùng chết và dòng chảy ngắn. Đe khắc phục tình trạng này có the bố trí thêm hệ
thống xáo trộn bằng khí biogas thông qua hệ thống phân phổi khí bổ trí dưới lớp vật liệu.
Sau thời gian vận hành các chất rắn không bám dính gia tăng trong bê. Điều đó chứng tỏ
khi hàm lượng ss sinh ra tăng lên, hiệu quả xử lý giảm xuống do thời gian lưu thực tế
ngắn lại. Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi hệ thống bằng cách xả đáy và rửa
ngược.
23


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

3.3.5

Tống quan về màng vi sinh vật

Sự tạo thành màng sinh học là một quá trình 3 bước, bị ảnh hưởng mạnh bởi các
tính
chất bề mặt của giá thế, các loài của thời kì đầu tạo màng:
•

Pha sinh sản: các vsv bám dính một cách lỏng lẻo lên trên bề mặt và các
chỗ lồi lõm của giá thể.

•

Pha ổn định: bài tiết glycocalyc (polysaccharides) đưa đến tạo thành môi
trường thuận lợi cho vi chuấn bám vào.

•

Pha phát triến: màng màng sinh học phát triến đến một chiều dày giới hạn.

Pha đầu tiên là bước nhạy cảm nhất, bởi vì vsv không gắn chặt mà chỉ bám dính
một cách lỏng lẻo lên trên bề mặt giá thế. Do đó độ rỗng và độ gồ ghề của bề mặt giá thế
đóng một vai trò quan trọng trong suốt pha đầu tiên này. Trong khi đó ở pha thứ hai khi
một màng màng sinh học hoàn chỉnh được tạo thành trên bề mặt đã được ổn định bởi các
polymer, các tính chất bề mặt của giá thế không đóng vai trò quyết định nữa.
Do đó đế khởi động nhanh, các giá thế với bề mặt rỗng hoặc gồ ghề là cần thiết và
cũng có lợi khi đã vận hành ổn định bởi vì các lồ rỗng và gồ ghề bảo vệ vi chuẩn chống
lại các lực xén.
Các đặc trưng của giá thể lý tưởng:
•

Các yêu cầu chung: tỷ số giữa diện tích /thế tích cao, bề mặt rỗng và gồ ghề
cho phép vi chuẩn bám vào, độ ổn định cơ học cao, giá thành rẽ.

•

Lọc kị khí: mật độ khối lượng riêng thấp, độ rỗng cao tránh nghẹt, chi phí
lắp đặt thấp.

. Quá trình tiêu thụ cơ chất được mô tả bởi công thức chung như sau:
Màng kị khúc ha t hữu cơ + nguyên tố vết -ỳ sinh khối của vi khuân + sản phấm cuối.
3.3.5.1

Động học phản ứng trong màng vi sinh vật:

Những phân tích lý thuyết cho thấy động học phản ứng trong màng vi sinh vật
phức

tạp hơn rất nhiều so với động học của quá trình bùn hoạt tính ;bởi vì tốc độ phản ứng làm
sạch nước trong quá trình bùn hoạt tính chỉ chịu ảnh hưởng của tốc độ trao đối chất của
vi
sinh vật .Trong khi đó trong quá trình màng sinh vật các yếu tổ ảnh hưởng đến tốc độ
phản ứng bao gồm :tốc độ vận chuyến cơ chất vào màng vi sinh vật bởi quá trình khuếch
24


Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý

phân tử lượng thấp hơn đế chúng có thể khuếch tán vào trong màng vi sinh cũng là một
yếu tố hạn chế của tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình màng vi sinh vật.
Cơ chế của quá trình loại bở cơ chất trong hệ thống màng vi sinh vật có thế được
miêu tả như sau : nước thải chảy qua bề mặt màng vi sinh vật với vận tốc chảy đều ,cơ
chất có khối lượng phân tử nhỏ dễ dàng tù' nước thải tiếp xúc với màng vi sinh vật và
được vận chuyển vào màng theo cơ ché khuếch tán phân tử .Trong màng vi sinh vật diễn
ra quá trình tiêu thụ và trao đổi chất bởi vi sinh vật. Những sản phẩm cuối cùng của quá
trình phản ứng sinh học đi ngược trở ra khỏi màng .Như vậy quá trình tiêu thụ và làm
sạch nước bởi màng vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi các bước sau :
•

Vận chuyển cơ chất vào màng vi sinh vật từ chất lỏng tiếp xúc với màng .

•

Quá trình khuếch tán phân tử chuyển cớ chất vào màng vi sinh vật.

•

Tiêu thụ cơ chất bởi màng vi sinh vật.

•

Vận chuyển sản phẩm cuối ra khỏi màng .

Phương trình động học của phản ứng sinh học
Mô hình động học hình thức
V dS
r = --*^ = k*S" (3.1)
m dT
Công thức trên đúng khi S»E như vậy có nghĩa là công thức chỉ sử dụng được
trong khoảng thời gian đầu của quá trình xử lý.
33.5.2

Trong đó:
S: nồng độ cơ chất tham gia phản
ứng
E: nồng độ của men vi sinh
V: thế tích nước trong mô hình
Với phản ứngm:
bậckhối
n: lượng vật liệu đệm

m1-n

= k*T + C

25