Đang tải... (xem toàn văn)
I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nước là nguồn tài nguyên quý giá của tất cả các sinh vật sống trên trái đất. Nếu không có nước thì sẽ không có sự sống xuất hiện.Vì vậy mà việc bảo vệ nguồn nước sạch là việc làm rất quan trọng.Ngày nay, nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân cho hoạt động sinh hoạt và sản xuất tăng cao, nên lượng nước thải nhiễm bẩn cũng sẽ tăng.Nếu lượng nước thải này không được xử lý mà xả thải trực tiếp sẽ làm ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của người dân và hệ sinh thái môi trường. Để đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt quy chuẩn xả thải, con người đã áp dụng các công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí), hóa lý, cơ học để loại bỏ chất bẩn ra khỏi dòng nước. 1Vậy công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là gì? Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu là dựa vào hoạt động sống của các vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Các vi sinh vật này sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng và đồng thời các chất hữu cơ này sẽ được phân giải thành hợp chất vô cơ đơn giản. Mục đích của quá trình này là khử BOD và COD. 2.Cơ sở chọn một công nghệ xử lý nước thải Hệ thống xử lý nước thải là tổ hợp của nhiều công trình xử lý, trong đó nước thải được xử lý từng bước theo từng giai đoạn, từ xử lý sơ bộ đến xử lý tinh, những chất không hòa tan đến những chất keo và hòa tan. Khử trùng là khâu cuối cùng trong một hệ thống xử lý nước thải. Lựa chọn dây chuyền công nghệ là một bài toán kinh tế kỹ thuật phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Để giúp cho doanh nghiệp có thêm thông tin và cơ sở cho việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp, dưới đây chúng tôi đưa ra một số tiêu chí sau: o Thành phần tính chất nước thải (xử lý sinh học hay xử lý hóa lý) o Mức độ xử lí cần thiết N6 o Các yếu tố: điều kiện địa phương, khả năng tài chính, năng lượng, tính chất đất đai, diện tích khu xây dựng, lưu lượng nước thải, công suất của nguồn tiếp nhận… o Lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với đặt tính nước thải. 3.Cơ sở lý thuyết ` Sự phân hủy kỵ khí là một loạt quá trình vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí metan( CH4) Trong quá trình hiếu khí chỉ liên quan đến một số loài vi sinh vật, quá trình kỵ khí lại lôi kéo hầu hết các loài vi khuẩn. Người ta sử dụng quá trình kỵ khí để ổn định bùn trong công nghệ xử lý nước thải. Qúa trình sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ô nhiễm nặng với hàm lượng COD và BOD cao BOD> 1030 gl .Có nhiều chủng loại vi sinh vật cùng nhau làm việc để biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ thành khí sinh học. Chất hữu cơ => CH4+CO2+H2+NH3+H2S Các giai đoạn của quá trình kỵ khí :
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nước nguồn tài nguyên quý giá tất sinh vật sống trái đất Nếu khơng có nước khơng có sống xuất hiện.Vì mà việc bảo vệ nguồn nước việc làm quan trọng.Ngày nay, nhu cầu sử dụng nước người dân cho hoạt động sinh hoạt sản xuất tăng cao, nên lượng nước thải nhiễm bẩn tăng.Nếu lượng nước thải không xử lý mà xả thải trực tiếp làm ô nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sống người dân hệ sinh thái môi trường Để đảm bảo chất lượng nước thải đầu đạt quy chuẩn xả thải, người áp dụng công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học (kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí), hóa lý, học để loại bỏ chất bẩn khỏi dòng nước 1-Vậy công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học gì? Xử lý nước thải phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào hoạt động sống vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu có nước thải số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống chúng đồng thời chất hữu phân giải thành hợp chất vô đơn giản Mục đích q trình khử BOD COD 2.Cơ sở chọn công nghệ xử lý nước thải Hệ thống xử lý nước thải tổ hợp nhiều cơng trình xử lý, nước thải xử lý bước theo giai đoạn, từ xử lý sơ đến xử lý tinh, chất khơng hòa tan đến chất keo hòa tan Khử trùng khâu cuối hệ thống xử lý nước thải Lựa chọn dây chuyền công nghệ toán kinh tế kỹ thuật phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố Để giúp cho doanh nghiệp có thêm thơng tin sở cho việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp, đưa số tiêu chí sau: o Thành phần tính chất nước thải (xử lý sinh học hay xử lý hóa lý) o Mức độ xử lí cần thiết N6 o Các yếu tố: điều kiện địa phương, khả tài chính, lượng, tính chất đất đai, diện tích khu xây dựng, lưu lượng nước thải, công suất nguồn tiếp nhận… Lựa chọn cơng nghệ xử lý phù hợp với đặt tính nước thải o 3.Cơ sở lý thuyết ` Sự phân hủy kỵ khí loạt q trình vi sinh vật phân hủy hợp chất hữu thành khí metan( CH4) Trong q trình hiếu khí liên quan đến số lồi vi sinh vật, q trình kỵ khí lại lơi kéo hầu hết lồi vi khuẩn Người ta sử dụng q trình kỵ khí để ổn định bùn công nghệ xử lý nước thải Qúa trình sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ô nhiễm nặng với hàm lượng COD BOD cao BOD> 10-30 g/l Có nhiều chủng loại vi sinh vật làm việc để biến đổi chất ô nhiễm hữu thành khí sinh học Chất hữu => CH4+CO2+H2+NH3+H2S - Các giai đoạn trình kỵ khí : Giai đoạn Thủy phân:giai đoạn phân hủy hợp chất hữu phức tạp thành đơn phân hòa tan Giai đoạn Acid hóa: vi khuẩn lên men chuyển hóa hợp chất hòa tan thành chất đơn giản acid béo dễ bay Giai đoạn Acetic hóa: vi khuẩn acetic chuyển hóa sản phẩm giai đoạn acid hóa thành acetat,CO2,H2 Giai đoạn Metanhóa: Là giai đoạn q trình phân hủy kỵ khí sản phẩm giai đoạn đầu thành CO2,CH4,sinh khối II PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BIỆN PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ 1.Phương pháp kỵ khí nhân tạo a) Q trình xử lý kỵ khí lơ lửng Bể UASB Bể UASB (Upflow anearobic sludge blanket) bể xử lý sinh học kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí.UASB thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cao thành phần chất rắn thấp.Nồng độ COD đầu vào giới hạn mức 100mg/l, SS>3000mg/l khơng thích hợp để xử lý UASB Kỵ khí tiếp xúc Gồm bể phản ứng bể lắng riêng biệt với thiết bị điều chỉnh bùn tuần hồn b) Q trình xử lý kỵ khí dính bám: Lọc sinh học kỵ khí - Q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học kỵ khí thường sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hưu ( BOD COD ) cao - Phương pháp sử dụng nhiều chủng vi sinh vật để xử lý, chất khí tạo thành sau trình xử lý CH4, H2S, H2, CO2, NH3 Quá trình xử lý nước thải phương pháp sinh học kỵ khí tự nhiên Hồ kỵ khí dùng để lắng phân hủy cặn lắng phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa sở sống hoạt động vi sinh vật kỵ khí - Chuyên xử lý loại nước thải CN nhiễm bẩn, nước thải chứa hàm lượng chất hữu cao - Trong hồ, vi khuẩn kỵ khí phá vỡ hợp chất hữu dòng chảy, giái phóng khí CH4 CO2 - Hồ kỵ khí làm giảm hàm lượng N, P, K vi sinh vật gây bệnh cách tạo bùn giải phóng NH3 vào khơng khí III CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Phương pháp kỵ khí nhân tạo: - Bể UASB - Kỵ khí tiếp xúc - Lọc sinh học kỵ khí a.Bể UASB Hệ thống UASB Cấu tạo bể UASB : Bể UASB xây dựng bêtơng cốt thép, thường xây dựng hình chữ nhật Để dễ tách khí khỏi nước thải người ta lắp thêm chắn khí có độ nghiêng ≥ 35 độ C so vơí phương ngang Thể tích ngăn lắng tính theo thời gian lưu nước > 1h Tổng chiều cao ngăn lắng khoảng m, chiều cao phần lắng ≥ 1m Hệ thống máng thu nước sau xử lý Hệ thống tách thu khí Nhiệt độ cao hiệu xử lí bể UASB cao, bể áp dụng tốt Việt Nam Cấu Tạo Bể UASB xử lý nước thải Nguyên lý hoạt động: - Nước thải đưa vào bể UASB phân phối từ lên với vận tốc 0,6-0,9 m/h, qua lớp bùn kỵ khí , diễn trình phân hủy chất hữu vi sinh vật, hiệu xử lý bể định tầng vi sinh - Hệ thống tách pha thiết kế gồm chắn khí đặt phía bể với nhiệm vụ tách pha rắn – lỏng khí - Phần nước khí tiếp tục lên, hạt cặn lơ lửng bám vào bọt khí lên tới thành chắn bị va đập rơi xuống Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5– 10%, bọt khí lên thu lại qua ống thu khí - Bùn giữ đáy bể, nước dâng lên thu hồi theo ống dẫn sang cơng trình xử lý hiếu khí Ưu điểm bể UASB - Ít tốn lượng vận hành - Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn - Bùn sinh dễ tách nước - Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng - Có khả thu hồi lượng từ khí CH4 - Có khả hoạt động theo mùa bùn kỵ khí phục hổi hoạt động sau thời gian ngưng không nạp nhiên liệu Nhược điểm bể UASB - Q trình kỵ khí diễn chậm q trình hiếu khí - Nhạy cảm việc phân hủy chất độc - Quá trình khởi động cần nhiều thời gian b) Kỵ khí tiếp xúc: Cấu tạo: Cơng trình gồm bể phản ứng bể lắng riêng biệt với thiết bị điều chỉnh bùn tuần hồn Hình ảnh: Kỵ khí tiếp xúc Ngun lý hoạt động: Nước thải chưa xử lý khuấy trộn với vòng tuần hồn sau phân hủy bể phản ứng kín khơng cho khơng khí vào Sau phân hủy, hỗn hợp bùn nước vào bể lắng, nước bùn lắng xuống đáy c)Lọc sinh học kỵ khí Q trình xử lý nước thải phương pháp lọc kỵ khí thường sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu ( BOD, COD) cao (lên tới hàng ngàn mg/l), phương pháp sử dụng nhiều chủng vi sinh vật để xử lý, chất khí tạo thành sau q trình xử lý CH4 , H2S, H2, CO2, NH3 Vật liệu lọc là: - Dạng (chất dẻo) - Vật liệu rời hạt, hạt polyspiren có đường kính 3-5 mm Nguyên lý hoạt động: - Nước thải đưa vào bể lọc kỵ khí phân phối theo diện tích đáy bể, nước từ lên chảy qua lớp vật liệu lọc, chất hữu bám lại vật liệu lọc có chứa vi khuẩn yếm khí tạo thành lớp màng vi sinh vật Tại đây, chất hữu hấp thụ phân hủy, bùn cặn giữ lại khe rỗng lớp vật liệu lọc Sau 2-3 tháng ta xả bùn dư lần - Phần nước sau qua lớp vật liệu lọc chảy vào máng thu tiếp tục sang cơng trình xử lý hiếu khí Ưu điểm bể lọc kỵ khí - Khả khử BOD cao - Thời gian lưu nước ngắn - Vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải - Vận hành đơn giản, tốn lượng - Dễ kết hợp với công trình xử lý khác bể tự hoại hay bể xử lý hiếu khí Nhược điểm bể lọc kỵ khí - Theo thời gian hệ thống lọc thường bị tắc nghẽn - Giá thành cao, chi phí hoạt động cao 2.Q trình xử lý phương pháp kỵ khí tự nhiên Ao hồ kỵ khí loại ao sâu.Các VSV kỵ khí hoạt động sống khơng cần oxy khơng khí Cấu tạo - Chiều sâu hồ từ 2,4-3,6m - Hồ thường thiết kế với ngăn (dự phòng) - Thời gian lưu nước mùa hè >1,5 ngày mùa đơng > ngày - S kỵ khí = 10-20% S hiếu khí Nguyên lý hoạt động: Hồ kỵ khí thường có khả xử lý nước thải chứa chất hữu cao (thường > 100g BOD/m3 với độ sâu 3m hồ).Lượng chất hữu có hồ có liên quan mật thiết đến lượng oxy nạp vào hồ, nhằm trì điều kiện kỵ khí bề mặt hồ.Hồ kỵ khí khơng có mặt tảo, bắt gặp có diện chủ yếu loài Chlamydomonas bề mặt.Chúng hoạt động hiệu điều kiện khí hậu ấm (có thể loại bỏ đến 60 - 85% BOD) Hồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K vi sinh vật gây bệnh cách tạo bùn giải phóng NH3 vào khơng khí Sau hồn thành q trình xử lý, hồ kỵ khí thường đem lại kết sau: - Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hòa tan thành dạng vật chất lắng đọng bùn đáy - Hòa tan dạng vật chất hữu khác - Phá vỡ trình phân hủy sinh học vật chất hữu - Chứa vật chất khơng hòa tan khơng phân hủy bùn đáy - Chứa vật chất không hấp thụ dạng vơ định bùn đáy - Cho phép xử lý phần dòng chảy qua Q trình lên men hoạt động tiến trình oxy hóa kỵ khí hồ làm giảm khoảng 70% lượng BOD5 dòng chảy.Đây phương pháp hiệu để làm giảm BOD5.Thơng thường, hồ kỵ khí đơn lần xử lý liên tục đạt hiệu nồng độ dòng thải vào nhỏ 1.000 mg/l BOD5.Đối với nước thải cơng nghiệp có nồng độ cao hơn, phải cần đến chuỗi hồ kỵ khí xử lý tốt thời gian lưu hồ khơng nên ngày (McGarry and Pescod, 1970) IV TÍNH TỐN BOD: có nước thải đo BOD Nếu khơng ước tính từ cơng thức bên (Mara Pearson, 1998): Li=1000B/Q Trong đó: Li: BOD nước thải, mg/l B: nồng độ BOD, g/ngày Q: lưu lượng nước thải, m/ngày THIẾT KẾ HỒ KỴ KHÍ Hồ kỵ khí thường thiết kế có diện tích 10-20% diện tích hồ tùy tiện Thời gian lưu nước mùa hè 1,5 ngày, mùa đông không ngày Đặc điểm cấu tạo hồ: + Hồ nên có ngăn làm việc để dự phòng xả bùn hồ + Cửa xả nước vào hồ phải đặt chìm, phải đảm bảo việc phân bố cặn lắng đồng hồ, diện tích hồ nhỏ 0,5ha cần miệng xả, lớn phải bố trí thêm + Cửa nước khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nước mặt có ngăn để bùn khơng ngồi với nước Hồ kỵ khí thiết kế cách hồn chỉnh, khơng phát sinh mùi có hại khó chịu dựa thơng số tích dòng chảy vào có BOD (lv,g/m/ngày), cho bởi: lv=Li.Q/Va Trong đó: Li: dòng vào có BOD, mg/l (g/m) Q: lưu lượng dòng chảy, m/ngày Va: thể tích hồ kỵ khí, m Các thơng số thiết kế cho hồ kỵ khí (Mara and Pearson 1996) Thể tích dòng vào (g/mngày) 25 350 Nguồn: Hamzeh Ramadan, Victor M.Ponce,10/2006 Nhiệt độ T (C) Loại bỏ BOD (%) 40 2T+20 2T+20 70 Lv đạt đến 400g/m ngày, bảng lại quy định mức 350 nhằm đảm bảo mức độ an toàn việc phát thải mùi Lưu ý thể tích BOD dòng vào chắp nhận khơng nên nhỏ 100g/m để trì điều kiện kỵ khí Điều thường thích hợp cho xử lý nước thải nhà hay nước thải sinh hoạt, với nồng độ SO4 nhỏ 300 mg/l Thời gian lưu nước xác định từ cơng thức: q=Va/Q (tối thiểu ngày, tính tốn cho ngày, giá trị ngày dùng giá trị Va nên phải tính tốn lại) Diện tích xây dựng hồ: Aa=Li.Q/Dlv Trong đó: Aa: diện tích hồ kỵ khí, m Li.Q: lượng BOD, g/ngày D: độ sâu hồ, m lv: thể tích dòng vào có BOD, g/mngày THIẾT KẾ HỒ TÙY TIỆN Hồ tùy tiện thường sâu tù 1,5-2,5m (4-8ft), mực nước trì hồ thường 1-2m (3-6 feet), với lớp hiếu khí nằm lớp kị khí (lớp kỵ khí thường chưa lớp trầm tích lắng đọng), thời gian lưu thường dùng 5-30 ngày Sự lên men kỵ khí xảy tầng bên dưới, ổn đỉnh hiếu khí xảy tầng trên.Thiết kế hồ tùy tiện thường dựa vào loại bỏ BOD Khi nhiệt độ trung bình mùa đơng lên 15C, tải lượng BOD đầu vào nên nằm khoảng 45-90 kg/ha.ngày Khi nhiệt độ trung bình mùa đơng thay đổi từ 0-15, tải lượng chất hữu khoảng 22-45 kg/ha.ngày Khi nhiệt độ trung bình mùa đơng 0C tải lượng chất hưu nên từ 11-22kg/ha,ngày tài lượng BOD dòng vào ngăn nên giới hạn toiws40 kg/ha.ngày nhỏ hơn, tổng thời gian lưu nước hệ thống 120-180 ngày, điều kiện nhiệt độ trung bình khơng khí 0C Trong điều kiện thời tiết ẩm với khơng khí 15C tải lượng BOD dòng vào ngăn đạt tới 100kg/ha.ngày Hiệu loại bỏ BOD đạt đến 80-90% Chiều sâu thiết kế hồ tùy tiện thường 1m, dùng để kiểm soát tốc độ tăng trưởng thực vật Hồ thiết kế sâu dùng để chứa bùn Thiết kệ độ sâu cho hồ tùy tiện Trường hợp Độ sâu,m 1 1,25 1,5 Ghi Mơ hình thiết kế phổ biến, nhiệt độ đồng bùn lắng tối thiểu Điều kiện lượng bùn lắng nhiều Giống điều kiện dùng vùng có điều kiện nhiệt độ thay đổi theo mùa, dòng chảy ngày thay đổi bất thường Dùng để hòa tan chất thải có khả >=2 phân hủy sinh học thời gian lưu kiểm soát Nguồn: Sherwood C Reed,E joe Middle Brook, Ronald W.Crites Đặc điểm cấu tạo hồ: + Tỷ lệ chiều dài, chiều rộng hồ thường lấy 1:1 hay 2:1.Ở vùng có nhiều gió nên làm hồ có diện tích rộng, vùng gió nên làm hồ có nhiều ngăn + Nếu đất đáy thấm nước phải phủ lớp set dày 15cm Bờ hồ có mái dốc 1:1- 1,5:1 phía 2:1 – 2,5:1 phía ngồi Thường hệ thống gồm hay nhiều hồ (nối tiếp song song) đề nghị sử dụng xử lý, tải lượng chất hữu đầu vào lên đến 6,69 – 7,14 kg BOD/ha.ngày Đối với hệ thống hồ đơn sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, tải lượng chất hữu đầu vào thường 2,23 – 3,12 kg BOD/ha.ngày Thể tích xây dựng hồ tùy tiện xử lý nước thải sau: V= (3,5x10).Q.Laf.f’ Trong V; thể tích hồ, m Q: lưu lượng dòng chảy vào,1/ngày La: thơng số COD hay BOD dòng vào mg/l : hệ số thay đổi nhiệt độ T: nhiệt độ hồ, C f: tảo độc f’: nhu cầu oxy sulfide V KẾT LUẬN Phương pháp sinh học kỵ khí phương pháp hiệu quả, tùy vào thành phần chất ô nhiễm mà sử dụng kết hợp phương pháp sinh học kỵ khí hiếu khí để mang lại hiệu cao nhất.Chính mà nhà quan trắc môi trường, doanh nghiệp nhà quản lý cần có nhận định đắn để lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho phù hợp ... phân hủy kỵ khí sản phẩm giai đoạn đầu thành CO2,CH4 ,sinh khối II PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BIỆN PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ 1 .Phương pháp kỵ khí nhân tạo a) Q trình xử lý kỵ khí lơ... xử lý nước thải phương pháp sinh học kỵ khí tự nhiên Hồ kỵ khí dùng để lắng phân hủy cặn lắng phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa sở sống hoạt động vi sinh vật kỵ khí - Chuyên xử lý loại nước thải. .. số lồi vi sinh vật, q trình kỵ khí lại lơi kéo hầu hết lồi vi khuẩn Người ta sử dụng q trình kỵ khí để ổn định bùn công nghệ xử lý nước thải Qúa trình sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ô nhiễm