Xây dựng công nghệ xử lý nước thải của các nhà máy sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh

Với các đặc tính như vậy, nếu nước thải của quá trình sản xuất giấy theo phương pháp kiềm lạnh không được xử lý mà thải thẳng ra môi trường sẽ làm ô nhiễm nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng đến

Bé C«ng th−¬ng Tæng c«ng ty GiÊy viÖt nam ViÖn c«ng nghiÖp giÊy vµ xenluyl«

**************

B¸o c¸o tæng kÕt NHIỆM VỤ cÊp bé n¨m 2008

C¬ quan chñ tr× : ViÖn C«ng nghiÖp GiÊy vµ Xenluyl«

Chñ nhiÖm nhiệm vụ : Lương Thị Hồng

Kỹ sư CN giấy – Nghiªn cøu viªn

Bé C«ng th−¬ng Tæng c«ng ty GiÊy viÖt nam ViÖn c«ng nghiÖp giÊy vµ xenluyl«

**************

B¸o c¸o tæng kÕt NHIỆM VỤ cÊp bé n¨m 2008

C¬ quan chñ tr× : ViÖn C«ng nghiÖp GiÊy vµ Xenluyl«

Chñ nhiÖm nhiệm vụ : Lương Thị Hồng

Kỹ sư CN giấy – Nghiªn cøu viªn

Cộng tác viên :

1 Đào Tố Liên - Kỹ sư CN giấy - Viện CN giấy

2 Phạm Đức Thắng - Kỹ sư CN giấy - Viện CN Giấy

Hµ néi - 02 - 2009

Mục lục Trang

Phần I: Tổng quan về nước thảI của bột giấy sản

xuất theo phương pháp kiềm lạnh và các phương

1.4 Xử lý nước thải của công nghiệp giấy trên thế giới và ở Việt Nam 18

Phần II: đối tượng và phương pháp nghiên cứu 21

2.4.2 ThiÕt bÞ xö lý hiÕu khÝ 26

3.1 C«ng nghÖ s¶n xuÊt bét giÊy theo ph−¬ng ph¸p kiÒm l¹nh 30

3.2 Kh¶o s¸t c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt bét giÊy theo ph−¬ng ph¸p kiÒm

3.6 Xö lý cÊp 3: sö dông c¸c loµi thùc vËt thuû sinh 46

3.8 X¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý n−íc th¶i cho c¸c nhµ m¸y s¶n

Mở đầu

Công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy là một ngành kinh tế tổng hợp, nên

sự phát triển bền vững của ngành có một ý nghĩa rất quan trọng và là đòn bẩy kéo theo sự phát triển của của rất nhiều ngành kinh tế khác như: Trồng rừng, giao thông vận tải, sản xuất than, sản xuất điện, sản xuất hoá chất, công nghiệp chế tạo thiết bị, dịch vụ,…

Công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm một vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp giấy Việt Nam đã có những bước phát triển lớn Ngoài việc cung cấp sản phẩm giấy phục vụ nhu cầu trong nước, sản phẩm giấy của Việt Nam đã được xuất khẩu ra nước ngoài

Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích kinh tế và xã hội to lớn mà ngành giấy

đem lại, ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường cần phải được giải quyết, đặc biệt là nước thải của quá trình sản xuất bột giấy Vì vậy, song song với việc phát triển doanh nghiệp, một yêu cầu khác đặt ra cho ngành giấy là phải xử lý tốt chất thải, giảm ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên môi trường

Công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh là một loại hình công nghệ sản xuất đơn giản Nguyên liệu sử dụng ở Việt Nam là tre nứa được ngâm với dung dịch xút trong các bể lớn, với một thời gian nhất định cho mềm ra

để nghiền thành bột giấy Bột giấy kiềm lạnh được dùng chủ yếu để sản xuất mặt hàng giấy vàng mã xuất khẩu sang Đài Loan Đây là mặt hàng đang đứng đầu ngành giấy Việt Nam về tỷ lệ xuất khẩu, sản lượng khoảng 90.000 đến 100.000 tấn/năm

Cũng giống như các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ ở Việt Nam, các cơ sở sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh hầu như chưa có hệ thống xử lý nước thải Nước thải sản xuất có độ màu và độ ô nhiễm cao được thải thẳng vào môi trường

Xử lý nước thải sản xuất bột giấy là một công việc hết sức khó khăn và tốn kém, đòi hỏi vốn đầu tư và chi phí vận hành cao Đây chính là vấn đề bức xúc đối với các doanh nghiệp sản xuất giấy vừa và nhỏ ở nước ta Chính vì lý do đó, năm

2008 Bộ Công thương đã giao cho Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô thực hiện

nhiệm vụ: “Xây dựng công nghệ xử lý nước thải của các nhà máy sản xuất bột

giấy theo phương pháp kiềm lạnh”

Mục tiêu là thiết lập được quy trình công nghệ xử lý nước thải phù hợp, có thể áp dụng được cho các cơ sở sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh Nội dung thực hiện bao gồm các phần:

- Khảo sát và đánh giá thực trạng sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh và ảnh hưởng của chúng tới môi trường

- Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải theo phương pháp hoá lý và phương pháp sinh học

- Thiết lập quy trình xử lý nước thải của bột giấy sản xuất theo phương pháp kiềm lạnh

Mặc dù theo đánh giá chung sự phát triển của ngành công nghiệp giấy trong những năm gần đây là rất khả quan, nhưng mức độ phát triển kể cả về công suất sản xuất, tiêu thụ, trình độ công nghệ và trang thiết bị của ngành ở các khu vực trên thế giới là là rất khác nhau, tuỳ thuộc vào mức độ phát triển kinh tế và khả năng cung cấp nguyên liệu

Ngành công nghiệp bột giấy và giấy của Bắc Mỹ, Tây Âu, Bắc Âu phát triển rất mạnh với công nghệ và kỹ thuật tiên tiến, kỹ thuật tinh xảo trong đó tự

động hoá quá trình sản xuất đã đạt trình độ rất cao, quá trình sản xuất tương đối thân thiện với môi trường Trong khi đó mặc dù có sự bùng nổ về tốc độ tăng trưởng sản lượng trong những năm gần đây nhưng nhìn chung ngành công nghiệp giấy của Trung Quốc và các nước Đông Nam á phát triển không bền vững và gây tác động xấu tới môi trường

Nhìn chung, ngành công nghiệp giấy Việt Nam còn phát triển chậm so với thế giới cả về trình độ kỹ thuật và quy mô sản xuất Theo ý kiến của nhiều chuyên gia có thể chia các doanh nghiệp ngành giấy Việt nam thành ba nhóm:

- Nhóm có công nghệ tương đối hiện đại: Nhóm này chỉ có hai doanh

nghiệp là Công ty cổ phần giấy Tân Mai và Công ty giấy Bãi Bằng Hai Công ty này sản xuất so với toàn ngành: 80% sản lượng bột giấy; 40% sản lượng giấy

- Nhóm có công nghệ trung bình: gồm các doanh nghiệp Công ty giấy

Đồng Nai; Công ty giấy Việt Trì Các doanh nghiệp trên có sản lượng gộp lại so với toàn ngành: 8,0% sản lượng bột giấy; 18% sản lượng giấy

- Nhóm có công nghệ dưới mức trung bình: Các doanh nghiệp này

chiếm số lượng nhiều nhất với trang thiết bị hầu hết có nguồn gốc từ các nước trong khu vực như Trung Quốc, Đài Loan với trình độ công nghệ lạc hậu trên 30 năm, thậm trí có dây chuyền thiết bị đã hoạt động trên 50 năm So với toàn ngành nhóm này sản xuất: 12% sản lượng bột giấy; 42% sản lượng giấy

Công nghiệp giấy và bột giấy là ngành phát thải ra môi trường một lượng rất lớn khí thải, nước thải và chất thải rắn, trong đó đặc biệt là nước thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Để sản xuất ra một tấn giấy thành phẩm các nhà

máy giấy ở Việt Nam phải sử dụng từ 30 – 100m nước, trong khí đó các nhà máy hiện đại trên thế giới chỉ phải sử dụng 7 – 15m3 Sự lạc hậu này không chỉ gây lãng phí nguồn nước sử dụng mà còn tăng chi phải xử lý nước thải

Công nghệ và thiết bị xử lý nước thải có rất nhiều cải tiến trong những năm gần đây nhằm mực đích nâng cao hiêu quả xử lý nước và chất lượng nước sau xử lý Các dây chuyền xử lý nước thải thường bao gồm các công đoạn: xử lý hoá lý, xử lý sinh học kết hợp giữa phương pháp kỵ khí và hiếu khí

1.2 Đặc tính của nước thải sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh

Sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh do Oreman đưa ra vào năm

1913 Sau đó phương pháp này đã được nhiều nhà khoa học thời bấy giờ tìm hiểu

và nghiên cứu Phương pháp này có nhiều ưu điểm như: Hiệu suất bột giấy cao, mức tiêu hao hoá chất ít, không phải dùng hơi và hơn nữa bột giấy lại sáng màu Khi ngành cơ khí cho ra đời máy nghiền đĩa, nghiền côn thì loại hình công nghệ này đã được phát triển mạnh

Phương pháp kiềm lạnh có công nghệ đơn giản, nguyên liệu được chặt thành mảnh và ngâm trong dung dịch xút ở nhiệt độ thường, với một khoảng thời gian nhất định Sau đó nguyên liệu được rửa và đưa đi nghiền

Trong nước thải của phương pháp kiềm lạnh có chứa các chất hữu cơ và vô cơ hoà tan Các chất hữu cơ chủ yếu là các chất nhựa, một phần nhỏ hemixenluylo, lignin, bị hoà tan trong xút Các chất vô cơ bao gồm natri hydroxyt và các muối của nó

Các chất hữu cơ hoà tan trong nước thải như lignin và dẫn xuất của nó chỉ

có một số loại nấm có khả năng phân huỷ thành các chất có phân tử lượng nhỏ hơn thì các vi sinh vật mới có khả năng phân huỷ được Vì vậy, nó rất bền vững trong các nguồn tiếp nhận Lignin rất độc đối với vi khuẩn hiếu khí và ức chế sự phát triển của vi khuẩn này

Theo C.C Walden và T.E Howard [17] các axit nhựa có tính độc đối với cá và các sinh vật khác

Các chất vô cơ hòa tan trong nước thải bao gồm natri hydroxyt và các muối natri Natri hydroxyt và muối của nó sẽ làm thay đổi pH của nguồn nước tiếp nhận sang môi trường kiềm Các vi sinh vật không có năng sống trong môi trường kiềm sẽ bị tiêu diệt Mặt khác, nếu dùng nước thải này để tưới cho cây trồng sẽ gây độc với cây, giảm khả năng hút nước và giữ nước khi hàm lượng muối tích tụ trong đất cao

Với các đặc tính như vậy, nếu nước thải của quá trình sản xuất giấy theo phương pháp kiềm lạnh không được xử lý mà thải thẳng ra môi trường sẽ làm ô nhiễm nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng đến môi trường sống của con người và các loài động thực vật

1.3.1.2 Phương pháp tách cát sạn, chất lơ lửng

Trong nước thải thường chứa một lượng lớn cát sạn, đất đá và các chất lơ lửng Cát sạn, đất đá sẽ gây ra hiện tượng lắng đọng ở các đường ống dẫn, gây ăn mòn đường ống và các thiết bị vận chuyển xử lý nước thải Các chất lơ lửng làm tăng tải trọng cho quá trình xử lý vi sinh Vì vậy, cần phải loại bỏ các tạp chất đó trong nước thải trước khi đưa vào xử lý Để tách các tạp chất đó phương pháp thường dùng là sử dụng các bể lắng (bể lắng ngang và bể lắng đứng) và thiết bị tuyển nổi

Phương pháp điện phân có thể tách riêng được các thành phần trong nước thải nhưng rất phức tạp Quá trình điện phân chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, tiêu tốn năng lượng, chi phí đầu tư và vận hành cao

Phương pháp thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược là quá trình tách các chất phân tử nhỏ qua màng bán thấm từ phía dung dịch đặc hơn sang phía dung dịch loãng hơn khi áp suất tác dụng lên dung dịch vượt quá áp suất thẩm thấu Phương pháp thẩm thấu ngược thường được dùng để cô đặc nước thải rồi đưa đi chưng bốc, đốt ở nồi hơi thu hồi hoặc thải bỏ Lượng nước lọc thu hồi (hơn 80%) được tái sử dụng lại trong các cơ

sở sản xuất Các chỉ số COD, BOD, chất rắn hoà tan trong nước lọc giảm trên 90% Nhưng phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật cao, đầu tư và chí phí vận hành lớn nên khả năng áp dụng rất hạn chế

Phương pháp siêu lọc

Siêu lọc là quá trình lọc màng trong đó màng lọc chỉ cho các chất phân tử lượng nhỏ đi qua Kích thước lỗ màng siêu lọc khoảng 0,01 – 0,05 àm Nước đi qua màng siêu lọc dưới tác dụng của áp suất 50 – 400 p.s.i Nước lọc được sử dụng lại trong các cơ sở sản xuất, chất thải từ thiết bị siêu lọc thường được đem

đốt trong thiết bị đốt, với sự có mặt của oxy tạo thành chất vô cơ rắn không mang màu và khí thải không gây ô nhiễm môi trường Công nghệ này đòi hỏi trình độ cao, vỗn đầu tư và chi phí vận hành lớn

Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp xử lý nước thải bằng trao đổi ion là phương pháp cho dòng nước thải đi qua tháp chứa các chất trao đổi ion có khả năng hấp thụ các chất gây

ô nhiễm trong nước thải

Theo kết quả nghiên cứu của L.G Anderson [22] cho thấy khả năng làm sạch của phương pháp này rất cao, nhưng việc áp dụng lại đòi hỏi trình độ cao, vốn đầu tư và chí phí vận hành rất lơn

Phương pháp hấp phụ

Trong công nghệ xử lý nước thải, chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính Theo kết quả nghiên cứu của A.Wong [23] cho thấy than hoạt tính vừa có vai trò là chất hấp phụ, vừa có vai trò như chất xúc tác cho phản ứng oxy hoá các chất độc, chất hữu cơ có trong nước thải Nhưng phương pháp này cũng

đòi hỏi trình độ cao, vốn đầu tư lớn

Phương pháp dùng các chất oxy hoá

Các chất ôxy hoá có khả năng ôxy hoá các chất hữu cơ trong nước thải là hypoclorit, dioxyt clo, ozon, kali permanganat, kali dicromat kết hợp với tia cực tím Phương pháp này có chi phí hoá chất rất cao nên thường được áp dụng cho công đoạn xử lý cấp ba

Phương pháp kết tủa

Để kết tủa các chất hữu cơ hoà tan trong nước thải ngành công nghiệp giấy

có các phương pháp sau:

- Kết tủa bằng axit hoặc CO2

- Kết tủa bằng các chất đa điện tử

- Kết tủa bằng vôi

Phương pháp kết tủa bằng axit hoặc CO 2

Từ những cơ cở lý thuyết cho thấy, muốn kết tủa các chất, hạt keo hữu cơ trong nước thải, người ta thường tiến hành giảm pH của môi trường sao cho điện thế zeta của hạt keo có giá trị tuyệt đối giảm tới mức mà lực tương tác đẩy do

điện tích nhỏ hơn lực hấp dẫn của hai hạt keo, thì hai hạt keo đó sẽ lên kết với

nhau và khi đó sẽ xảy ra hiện tượng kết tủa Trong thực tế thường dùng axit hoặc khói lò là nguồn cung cấp CO2 để kết tủa các chất hữu cơ có khối lượng phân tử cao có trong nước thải

Phương pháp kết tủa bằng các chất đa điện tử

Trong thực tế chất đa điện tử thường được sử dụng là suphat sắt III, phèn nhôm để tách các chất hữu cơ và các phần tử mang màu có trong nước thải Phương pháp này có ưu điểm là phản ứng xảy ra nhanh, hiệu quả tách màu và các chất hữu cơ cao Nhưng phương pháp này cũng có nhược điểm là tiêu tốn hoá chất và sinh ra một lượng lớn bùn rất khó xử lý

Để giảm chi phí hoá chất có thể tận dụng các chất thải từ các nhà máy khác có chứa các ion Fe3+ hoặc ion Al3+ hoặc tái sinh tác nhân kết tủa từ cặn đốt bùn kết tủa sau khi thu hồi nhiệt

Phương pháp xử lý bằng vôi

Qua việc phân tích các nguyên tố và các nhóm chức, xác định khối lượng phân tử và sự biến đổi hoá học của các nhóm chức của các chất hữu cơ hoà tan trong nước thải của nhà máy bột giấy, D.J Bennet [18] và cộng sự đã đưa ra kết luận: Quá trình kết tủa các chất hữu cơ có màu trong nước thải là một quá trình hoá học hơn là quá trình vật lý Quá trình tách các chất hữu cơ bằng vôi phụ thuộc vào sự có của các nhóm phenol hoặc các nhóm enol và khối lượng phân tử của các chất hữu cơ hoà tan trong nuớc thải Các chất này phản ứng với vôi hay hợp chất của canxi trong môi trường kiềm tạo thành muối canxi không hoà tan lắng xuống

Theo kết quả nghiên cứu của H.S Dugal [19] về tác động của chất hữu cơ tan trong nước thải cho thấy các chất hữu cơ có khối lượng phân tử trung bình (Mw) nhỏ hơn 400 thì không bị kết tủa khi xử lý với vôi, với Mw lớn hơn 5.000 thì kết tủa hoàn toàn bằng vôi, với Mw lớn hơn 400 và nhỏ hơn 5.000 thì bị kết tủa một phần

Nước thải được xử lý bằng vôi với lượng từ 0,3 – 3,3% tính theo Ca(OH)2

để kết tủa các chất hữu cơ, tạo ra bùn có khả năng lắng nhanh, nồng độ chất khô cao Bùn vôi có chứa các chất hữu cơ và màu kết tủa được đốt ở lò hơi thu hồi 1.3.2 Phương pháp xử lý cấp 2

Phương pháp xử lý cấp hai là các phương pháp xử lý sinh học nhằm giảm hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước thải Các tập đoàn nấm và vi sinh vật có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ hoà tan trong nước thải thành các chất vô cơ

đơn giản và sinh khối dưới dạng bùn trong nước thải Sự phát triển của các chủng

vi sinh vật phụ thuộc vào loại chất hữu cơ, hàm lượng chất dinh dưỡng, sự có mặt của các nguyên tố dưới dạng vết, nhiệt độ, pH, ôxy hoà tan và hàm lượng các chất

độc có trong nước thải

Theo phương pháp dinh dưỡng người ta chia vi sinh vật thành hai nhóm: nhóm vi sinh vật tự dưỡng và nhóm vi sinh vật dị dưỡng Các vi sinh vật tự dưỡng

sử dụng CO2 làm nguồn cacbon và các chất khoáng khác, nhờ ánh sáng mặt trời làm năng lượng để tổng hợp thành các chất hữu cơ trong thành phần tế bào Các

vi sinh vật dị dưỡng thường phải trông chờ vào các chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng Chúng phân huỷ các chất hữu cơ nhờ các hệ enzyme thuỷ phân tiết ra môi trường theo nguyên tác cảm ứng với từng cơ chất tương ứng Các

vi sinh vật này sử dụng các sản phẩm thuỷ phân để xây dựng tế bào mới cho mình, phục vụ cho sinh trưởng và phát triển Các vi sinh vật dị dưỡng có thể được chia thành ba nhóm dựa theo hoạt động sống của chúng với ôxy Đó là các vi sinh vật hiếu khí cần có ôxy để sống và phân huỷ các chất hữu cơ Vi sinh vật kỵ khí

có khả năng sống không cần không khí, ôxy hoá các chất hữu cơ không cần có mặt của ôxy tự do, chúng có thể sử dụng ôxy trong các hợp chất Giữa hai nhóm này có mặt một nhóm trung gian gọi là các vi sinh vật tuỳ nghi hay các vi sinh vật

kỵ khí tuỳ tiện, chúng có khả năng sinh trưởng trong điều kiện có hoặc không có

- Giai đoạn 1: (giai đoạn thủy phân): Các hợp chất hữu cơ có khối lượng

phân tử lớn bị phân hủy do các enzyme thủy phân để tạo ra năng lượng và nguồn cacbon để xây dựng tế bào

- Giai đoạn 2: (giai đoạn lên men axit): các hợp chất hữu cơ của giai đoạn

1 được biến đổi do hoạt động của vi khuẩn để tạo thành các hợp chất trung gian

có phân tử lượng thấp

- Giai đoạn 3: (giai đoạn lên men metan): các hợp chất trung gian được

biến đổi thành các sản phẩm cuối là CH4 và CO2 nhờ hoạt động của các vi khuẩn

Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí sinh ra sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí trong đó CH4 (metan) chiếm tới 60 – 75% Vì vậy, quá trình này còn được gọi là lên men metan

Trong quá trình phân hủy, một nhóm vi sinh vật kỵ khí thủy giải các chất hữu cơ và lipit thành monosaccharit, aminoaxit và các chất liên quan Trong giai

đoạn này, các enzyme do các vi sinh vật tiết ra phân hủy các chất hữu cơ - hydratcacbon phức tạp thành các đường đơn giản; protein thành albumoz, pepton, peptit, axit amin; chất béo thành glyxerin và các axit béo Các hợp chất hữu cơ

hoà tan bị phân huỷ gần như hoàn toàn: axit béo tự do được phân huỷ tới 80- 90%, axit béo là loại este được phân huỷ 65 - 68% Riêng lignin là hợp chất hữu cơ khó phân giải nhất, nó tạo ra mùn

Một nhóm vi sinh vật kỵ khí lên men các sản phẩm này thành các axit hữu cơ (quan trọng nhất là axit acetic) Nhóm vi khuẩn này không lên men metan nhưng lên men axit (vi khuẩn kỵ khí tùy tiện và kỵ khí bắt buộc) Thuộc nhóm

này gồm có Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp.,

Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus và Escherichia coli Các nhóm sinh lý khác gồm các vi sinh vật

sinh ra enzim thủy giải protein, lipit, urê và xenluloza

Nhóm vi sinh vật thứ ba là nhóm vi khuẩn lên men metan, quan trọng nhất

là nhóm sử dụng H2 và axit acetic (tạo ra do nhóm vi sinh vật lên men axit) thành

CH4 và CO2 Các vi khuẩn này là những vi khuẩn lên men metan thuộc nhóm kỵ khí bắt buộc Các loài này có thể thấy trong bao tử của các động vật nhai lại và

đáy bùn ở các ao hồ Thuộc nhóm này gồm có các giống vi khuẩn hình que

(Methanobacterium, Methanobacillus) và các giống vi khuẩn hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina) Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy

kỵ khí là hỗn hợp các chất khí CO2 và CH4 Ngoài ra, còn một số khí khác như:

H2, N2, H2S và một ít muối khoáng Vi khuẩn metan chỉ sử dụng một phần cơ chất để tạo thành metan Các vi khuẩn len men metan sử dụng các nguồn cơ chất sau: CO2 và H2, format, acetat, metanol, metylamin, cacbon monoxit

Hình 1.1: Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí

Để duy trì hệ thống xử lý kỵ khí ổn định và thực sự hiệu quả, các vi khuẩn không lên men metan và các vi khuẩn lên men metan phải ở trạng thái cân bằng

Chất hữu cơ phức tạp (hidrat cacbon, protein, lipit)

Chất hữu cơ đơn giản

(Đường, peptit, axit amin)

Axit bay hơi

(Propionic, butyric)

CH4, CO2

động Như vậy, bể phản ứng phải đảm bảo không có oxi hòa tan và các chất ức chế (kim loại nặng và các hợp chất sunphit) pH của môi trường nhất thiết là phải

ở trong vùng từ 6,6 - 7,6 Nếu pH dưới 6,2 thì hoạt động của vi khuẩn lên men metan bị đình chỉ Nhiệt độ môi trường thích hợp đối với các vi khuẩn ưa ấm là

30 – 380C, đối với vi khuẩn chịu nhiệt là 49 – 570C

Tùy thuộc phương thức sinh trưởng của vi sinh vật kỵ khí trong bể phản ứng sinh metan ta có các phương pháp phân hủy kỵ khí với sinh trưởng lơ lửng hoặc sinh trưởng gắn kết

Phương pháp kỵ khí với sinh trưởng lơ lửng

Trong các quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ, xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí sinh trưởng lơ lửng được dùng phổ biến Đó là quá trình phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn và được thực hiện trong công trình thường được gọi là bể metan (Methantank) Ngoài ra, quá trình tiếp xúc kỵ khí với lớp bùn hoạt tính có dòng hướng lên v.v cũng đang được ứng dụng rộng rãi Phân hủy

kỵ khí với sinh trưởng lơ lửng là một trong những quy trình xử lý bùn cặn lâu đời nhất

Phương pháp “tiếp xúc kỵ khí” bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng

Trong quá trình tiếp xúc kỵ khí, nước thải được trộn với bùn hồi lưu, quá trình phân hủy diễn ra trong điều kiện kỵ khí Sau khi phân hủy, hỗn hợp được

đưa sang bể lọc rồi xử lý tiếp tục hoặc thải ra môi trường Bùn kỵ khí được tái tạo

để đưa vào bể xử lý tiếp tục Do tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn kỵ khí thấp nên lượng bùn dư thấp Phương pháp này áp dụng đối với nước thải có mức độ ô nhiễm cao các chất thải hòa tan Bể phản ứng có thể làm bằng bê tông, bằng thép hay chất dẻo, có chống ăn mòn ở phía trong, có cách nhiệt để duy trì nhiệt độ mong muốn ở khu vực giữa Khuấy trộn bằng cách bơm khí vào bình chứa làm bằng vật liệu không gỉ Bể lắng coi như một thiết bị cô đặc, vì bùn tách ra có nồng độ cao và từ đây cho bùn hồi lưu trở lại bể phản ứng Tỷ lệ bùn tuần hoàn khoảng 50–100%

Hiệu quả của phương pháp: loại bỏ được BOD5 tới 80–95% và COD từ 65

đến 90% tùy thuộc vào bản chất của nước thải Đối với một số nước thải công nghiệp có BOD cao, xử lý bằng phương pháp tiếp xúc kỵ khí rất hiệu quả

Xử lý nước thải ở lớp bùn kỵ khí với dòng chảy ngược

Nước thải được đưa vào ở đáy bể phản ứng Dòng chất thải đi từ dưới lên qua lớp bùn là các hạt có hoạt tính sinh học Quá trình xử lý nước thải diễn ra khi nước thải tiếp xúc với với các hạt Các loại khí tạo ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ, giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định Một số bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt hỗn hợp phía trên bể Khi va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt khí bị vỡ và hạt bụi được tách ra lại lắng xuống dưới Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòng hướng lên phải giữ ở khoảng 0,6 - 0,9 m/h Khí metan được tạo ra ở giữa lớp bùn Hỗn hợp khí - lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng Với quy trình này, bùn tiếp xúc được nhiều với chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực

Trên cơ sở phương pháp UASB, người ta đã cải tiến thành phương pháp UAFB Khác với UASB, UAFB sử dụng các giá thể nhân tạo dạng hạt hoặc dạng bản có bề mặt tiếp xúc lớn để vi khuẩn kỵ khí bám dính với mật độ cao Nhờ đó,

mà hiệu quả xử lý nước thải cao hơn nhiều so với phương pháp UASB thông thường Bể phản ứng có thể làm bằng bê tông, thép không gỉ được cách nhiệt với bên ngoài Trong bể phản ứng với dòng nước dâng lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng đặt cùng với bể phản ứng

Phương pháp kỵ khí với sinh trưởng gắn kết

Đây là phương pháp xử lý kỵ khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kỵ khí trên các giá mang Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kỵ khí và lọc với lớp vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng

được dùng để khử nitrat

Lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ (ANAFIZ)

Phương pháp lọc kỵ khí: Cột lọc kỵ khí với các môi trường rắn có mang vi

sinh vật để xử lý nước thải giàu các hợp chất cacbon hữu cơ Dòng nước thải được bơm từ dưới lên qua cột tiếp xúc với môi trường có các vi khuẩn kỵ khí Do các vi khuẩn không bị rửa trôi theo dòng nước nên thời gian lưu của nước ngắn hơn nên

phương pháp này có thể dùng để xử lý nước thải ở nhiệt độ thường Trong

phương pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá mang bằng chất dẻo, có dòng nước đẩy chảy qua Vật liệu có thể là chất dẻo ở dạng tấm dạng hạt như hạt polyspiren có đường kính 3 - 5mm, chiều dày lớp vật

liệu là 2m

Thiết bị lọc kỵ khí là một tháp chứa đầy các loại vật liệu rắn khác nhau, dùng để khử các chất hữu cơ cacbon có trong nước thải Nước thải đi từ dưới lọc hướng lên phía trên được tiếp xúc với vật liệu Trên mặt các loại vật liệu có vi sinh vật kỵ khí và tùy tiện phát triển dính bám thành màng mỏng Lớp màng này không bị rửa trôi, thời gian lưu lại ở đó có thể tới 100 ngày Do vậy, bể lọc kỵ khí thích hợp cho việc xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp ở nhiệt độ không khí ngoài trời Trong bể lọc các chất hữu cơ khi tiếp xúc với màng dính bám trên mặt vật liệu sẽ được hấp thụ và phân hủy Bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc Sau 2-3 tháng làm việc xả bùn 1 lần, thay rửa lọc Nước qua lớp lọc

được tách khí rồi chảy vào máng thu theo ống dẫn đưa sang xử lý hiếu khí (nếu cần)

Phương pháp đệm bùn mở rộng: Nước thải được bơm từ dưới lên qua một

lớp đệm bùn thích hợp (cát hoặc than) đã có các vi khuẩn kỵ khí Dòng nước được bơm hồi lưu cùng với nước thải mới để duy trì lớp đệm bùn Lượng sinh khối có thể đạt 15.000 – 40.000 mg/l Phương pháp này có thể dùng để xử lý nước thải đô thị với thời gian lưu rất ngắn Nếu nước thải có chứa sunphat thì hợp chất H2S sẽ

được tạo thành Lượng bùn sinh ra trong phương pháp này ít hơn so với phương pháp xử lý hiếu khí (phương pháp bùn hoạt tính) Phương pháp này có khả năng

thu hồi các chất khí dùng làm nhiên liệu

Xử lý nước thải bằng lọc kỵ kí với vật liệu giả lỏng trương nở (ANAFLUX)

Theo phương pháp này, vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong 1 đơn vị thể tích là lớn nhất Hãng Degremont đã chế ra một loại vật liệu hạt Biolite đặc biệt với các đặc tính: có cấu tạo lỗ nên diện tích riêng

là khá lớn, khối lượng riêng nhỏ và chịu được va đập Lọc gồm cột phản ứng có thể làm bằng thép hoặc chất dẻo, cần chống ăn mòn bên trong và cách nhiệt Nước ra được quay lại để pha loãng nước thải chảy vào lọc và cần phải giữ lưu lượng 5-10m3/h để giữ cho lớp vật liệu ở trạng thái xốp-trương nở Nồng độ sinh khối có thể đạt 15.000-40.000 mg/l Do có thể giữ được mật độ cao vi sinh vật trên bề mặt vật liệu xốp-trương nở nên loại lọc này có thể được dùng xử lý nước thải đô thị trong thời gian ngắn Sử dụng loại lọc này cần lưu ý thu hồi các hạt vật liệu theo dòng, nếu muốn loại bỏ huyền phù cần phải đặt thêm thiết bị lắng trong tiếp theo Với lưu lượng thể tích lớn nước thải đưa vào làm cho thời gian tiếp xúc giữa nước thải với lọc tương đối ngắn Do vậy, trong nhiều trường hợp, phải thực

hiện axit hóa sơ bộ

Hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí cũng như ao hồ sinh học khác (ao hồ hiếu khí, ao hồ tùy tiện) đã

được loài người sử dụng để làm sạch nước từ rất lâu ở trong hồ kỵ khí, vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ thành các sản phẩm cuối ở dạng khí, chủ yếu

là CH4, CO2 và các sản phẩm trung gian sinh mùi như H2S, axit hữu cơ Đặc

điểm nước thải có thể xử lý bằng hồ kỵ khí là: hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước cao, như protein, dầu mỡ, không chứa các chất có độc tính với vi sinh vật, đủ các chất dinh dưỡng và nhiệt độ nước tương đối cao (trên 200C) Phương pháp này thích hợp cho nước thải các lò mổ, chế biến thịt gia súc, gia cầm với BOD tới 1.400mg/l, chất béo tới 500mg/l và pH trung tính Tùy thuộc vào lượng BOD trong nước thải, có thể xây hồ kỵ khí kết hợp với hồ tùy tiện và hồ hiếu khí Như vậy ta có một chuỗi hồ và mỗi hồ có thể giảm một lượng BOD đáng kể Cuối cùng, nếu cần có thể xây hồ xử lý cấp 3 kết hợp với thả bèo, nuôi cá hoặc cho rong tảo phát triển để khử sạch nitơ và phospho còn thừa dư ở trong nước

Các thông số đặc trưng cho sự phân huỷ kỵ khí

Khí sinh học

Thành phần của khí gas được tạo ra phụ thuộc vào chất nền và điều kiện

hoạt động của các chất lên men (lượng nước vào, thời gian ủ) Một cách gần đúng

nhất có thể nhận các trị số sau đây:

CH4: 55 - 75%, H2: 1 - 5%, CO2: 22 - 40%, N2: 2 - 7%

Có thể có thêm các sản phẩm khác như H2S và thion tạo ra từ lưu huỳnh hoặc lưu huỳnh hữu cơ có trong chất thải; NH3 tạo ra từ các protein của vi khuẩn Các thành phần này gây ra mùi khó chịu đặc trưng cho khí gas

Lượng CH4 được tạo ra cũng phụ thuộc vào chất nền Khi phân hủy bùn, lượng mêtan sinh ra khoảng 0,6 - 0,65m3/ kg MV suy giảm

Việc sản sinh bùn:

Khi xử lý EIR, lượng vi sinh dư thừa vào khoảng 0,1 - 0,15 kg MS/kg DCO hòa tan bị khử Trị số này nhỏ hơn so với trị số có được khi xử lý ưa khí Tùy theo lượng nước vào, nó dao động trong khoảng 0,2 - 0,24 kg MS/kg DCO hòa tan bị khử Đó là một trong những ưu việt của giải pháp kỵ khí

1.3.2.2 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

Cơ chế phân huỷ hiếu khí

Các phản ứng xảy ra trong quá trình này do các vi sinh vật hoại sinh hiếu khí hoạt động cần có ôxy của không khí để phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải

Theo Eckenfelder W.W và Conon D.J (1961) quá trình phân huỷ hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn biểu thị bằng các phản ứng:

Ôxy hoá các chất hữu cơ

Enzyme CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + ∆H Các hợp chất hydratcacbon bị phân huỷ hiếu khí chủ yếu theo phương trình này

Tổng hợp xây dựng tế bào

Enzyme

CxHyOz + O2 → Tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H Đây là phương trình sơ giản tóm tắt quá trình sinh tổng hợp thành tế bào vi sinh vật

Tự ôxy hoá chất liệu tế bào tự phân huỷ:

Từ các axit amin và NH3, vi sinh vật có thể tổng hợp thành các protein mới, các enzyme và thành tế bào mới Lượng NH3 dư không được dùng hết cho việc xây dựng tế bào sẽ được vi khuẩn Nitromonas chuyển hoá thành nitrit (NO2-)

và từ nitrit chuyển thành nitrat (NO3-) nhờ vi khuẩn nitrozobacter, sau đó nhờ các

vi khuẩn phản nitrat hoà chuyển thành nitơ phân tử (N2) bay vào không khí Pha nitơ này cũng cần có ôxy, tuy rằng lượng ôxy cung cấp cho vi khuẩn nitrat hoá này không bằng pha cacbon, song tổng lượng ôxy cung cấp vẫn là rất lớn

Tác nhân sinh học

Vi sinh vật có khả năng phân huỷ hầu hết các hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên và cả một số chất hữu cơ tổng hợp Chúng sử dụng các chất hữu cơ và một

số nguyên tố khoáng làm nguồn dinh dưỡng để phát triển và sinh trưởng

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình làm sạch nước thải trong hệ thống

xử lý hiếu khí rất đa dạng và phong phú, chủ yếu là vi khuẩn và vi sinh vật

Bùn hoạt tính là môi trường tập trung với sự hiện diện của trên 20 chủng vi khuẩn khác nhau, trong đó có một số chủng chiếm đa số, ví dụ như : Aerobacter, Bacillus, Pseudomonas (hô hấp hiếu khí), Cellulomonas biazotea, Rhodopseudomonas (hô hấp tuỳ tiện) và một số vi khuẩn dạng sợi (Thiothrix, Microthrix)

Các yếu tố ảnh hưởng

Giá trị pH có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt lực enzyme trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào, hệ thống xử lý sinh học hiếu khí có thể hoạt động trong pH khá rộng từ 5,5 – 9 Tuy nhiên, pH tối ưu cho quá trình trong khoảng 6,5 – 8,5

Nhiệt độ có vai trò quan trọng trong xử lý sinh học, vì nhiệt độ quyết định vận tốc của các phản ứng ôxy hoá, các quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Với đa số các vi sinh vật, nhiệt độ trong hệ thống xử lý có thể biến động

từ 16 – 370C, nhiệt độ tối ưu 25 – 300C

Để duy trì sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo quá trình làm sạch nước thải cần đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật Các nguyên tố ảnh hưởng quyết định tới quá trình ôxy hoá là C, N và P Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào bản chất các chất ô nhiễm có trong nước thải Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ C:

N : P tối ưu là 100: 5 : 1

Các chất vô cơ, hữu cơ, nhất là các ion kim loại nặng, các ion halogen có khả năng ức chế thậm chí vô hoạt hệ enzyme ôxy hoá khử ở vi sinh vật Vì vậy cần phải kiểm tra và đảm bảo hàm lượng của chúng không được vượt quá nồng độ giới hạn cho phép

Để thực hiện quá trình ôxy hoá, vi sinh vật cần ôxy dưới dạng ôxy hoà tan Trong hệ thống xử lý hiếu khí, ôxy được cung cấp liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu

ôxy cho quá trình ôxy hoá

ƒ Các công trình xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí trong điều kiện

tự nhiên và nhân tạo:

Công trình xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên, ao hồ sinh học

Ao hồ sinh học hay còn gọi là ao hồ ổn định nước thải Xử lý nước thải trong các loại ao hồ ổn định là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xa xưa Phương pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao

Quy trình xử lý theo phương pháp ao hồ sinh học khá đơn giản và được tóm tắt như sau:

Nước thải → loại bỏ rác, cát sỏi, → các ao hồ ổn định → nước đã xử lý Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là thời gian xử lý khá dài ngày; đòi hỏi mặt bằng rộng; quá trình xử lý phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết tự nhiên

Ao hồ hiếu khí

Ao hồ hiếu khí là dạng ao nông 0,3 – 0,5m có quá trình ôxy hoá các chất bẩn hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí Loại hồ này gồm có hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo

Hồ hiếu khí tự nhiên: ôxy từ không khí dễ dàng khuyếch tán vào lớp

nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu dọi, làm cho tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải ra ôxy Để bảo đảm cho ánh sáng qua nước, chiều sâu của hồ phải nhỏ, thường là 30 – 40 cm Do chiều sâu như vậy nên diện tích hồ càng lớn càng tốt Tải của hồ (BOD) khoảng 250 – 300kg/ha.ngày Thời gian lưu của nước từ 3 – 12 ngày Hiệu quả làm sạch của hồ có thể tới 80 – 95% BOD, mầu nước có thể chuyển dần sang màu xanh của tảo

Hồ sục khí: nguồn ôxy cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí trong nước hoạt

động là các thiết bị khuấy cơ học hoặc khí nén (chủ yếu là khuấy cơ học) Nhờ vậy, mức độ hiếu khí trong hồ sẽ mạnh hơn, đều hơn và độ sâu của hồ cũng lớn hơn (2 – 4,5m) Tải BOD của hồ khoảng 400kg/ha.ngày Thời gian lưu của hồ khoảng 1 – 3 ngày có khi dài hơn

ƒ Công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ

lửng của vi sinh vật

Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aeroten

Xử lý nước thải bằng aeroten được nhà khoa học người Anh đề xuất từ năm 1887, nhưng đến năm 1914 mới được áp dụng trong thực tế và tồn tại, phát triển rộng cho tới ngày nay

Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aeroten là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các aeroten bằng sắt thép hình khối trụ Thông dụng nhất hiện nay là các aeroten hình

bể khối chữ nhật Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng ôxy hoà ta và tăng cường quá trình ôxy hoá chất hữu cơ có trong nước thải

Xử lý nước thải theo phương pháp này có ưu điểm là khả năng khử BOD cao (92 – 94%), nồng độ BOD5 sau xử lý thấp (xấp xỉ 30mg/l) Chiếm ít diện tích,

ít ảnh hưởng bởi khí hậu Nhưng phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật cao, chi phí

điện và chất dinh dưỡng lớn, lượng bùn thải ra nhiều

Mương ôxy hoá

Năm 1950, lần đầu tiên ở Hà Lan công trình đưa mương ôxy hoá vào xử lý nước thải do tiến sĩ Pasveer của viện nghiên cứu Public Enineering chủ trì Đến nay mương ôxy hoá có nhiều cải tiến và được áp dụng rộng rãi, đặc biệt ở các trạm xử lý với quy mô nhỏ

Mương ôxy hoá là một dạng cải tiến của aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh

làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng

của vi sinh vật trong nước thải) chuyển động tuần hoàn trong mương Nước thải

có độ ô nhiễm cao BOD20 = 1.000 – 5.000mg/l có thể đưa vào xử lý ở mương ôxy

hoá Tải trọng của mương tính theo bùn hoạt tính vào khoảng 200g BOD5/kg.ngày Một phần bùn được hoạt hoá ngay trong mương Do đó, lượng

bùn giảm khoảng 2,8 lần Thời gian xử lý hiếu khí là1 – 3 ngày

Phương pháp này thường được áp dụng cho các nhà máy có chênh lệch độ

cao lớn so với nguồn nước tiếp nhận Phương pháp này đầu tư không lớn, chi phí

vận hành thấp mà hiệu quả xử lý lại tương đối cao, nhưng cần nhiều diện tích xây

dựng

• Công trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng bám dính của vi

sinh vật

Lọc sinh học

Phương pháp lọc nước nói chung loài người đã biết từ lâu, song đưa nó

thành một biện pháp công nghệ xử lý nước nói chung và nước thải nói riêng mãi

tới thế kỷ 19 mới được xác lập Lọc sinh học lần đầu tiên được áp dụng ở Mỹ năm

1891và ở Anh năm 1893

Về nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt

động của vi sinh vật ở màng sinh học, ôxy hoá các chất hữu cơ có trong nước

Các màng sinh học, là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ

khí và kỵ khí tuỳ tiện Các vi khuẩn hiếu khí được tập trung ở phần ngoài của

màng lọc sinh học ở đây chúng phát triển gắn với giá mang là các vật liệu lọc

(được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám)

Lọc sinh học đang dùng hiện nay được chia làm hai loại: Lọc sinh học với

vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước; lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập

trong nước

Hệ thống lọc sinh học được thiết lập đầu tiên tại trại thực nghiệm

Lawrence, bang Matsachuset nước Mỹ năm 1891 Đến năm 1940 ở nước này đã

có 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học

Trước đây, vật liệu lọc thường là đá giăm, đá cuội có kích thước

25 ì 100mm với bể lọc cao 1 – 2,5m, đến nay, nhờ có plastic làm vật liệu lọc, bể

lọc có thể cao tới 9 – 10m hoặc 12 – 18m) Tuỳ thuộc vào đặc tính cũng như hàm

lượng các chất nhiễm bẩn có trong nước, người ta thiết kế hệ đưa nước thải vào

lọc bằng hệ thống phun hoặc nhỏ giọt quay có điều chỉnh thời gian lưu nước ở lọc

và tốc độ dòng chảy Với quần thể vi sinh vật bám vào các vật liệu lọc như đá

granit, vòng gốm, plastic, Quá trình ôxy hoá diễn ra rất nhanh Do vậy, hệ

thống này có những ưu điểm: Rút ngắn được thời gian xử lý; đồng thời có thể xử

lý hiệu quả nước cần có quá trình khử nitrat hoặc phản nitrat hoá Tuy vậy, hệ

thống này có nhược điểm là không khí ra khỏi màng lọc thường có mùi hôi thối

và xung quanh lọc có nhiều ruồi muỗi

1.3.3 Phương pháp xử lý cấp 3

Nước thải sau xử lý vi sinh thường còn một số các chất hữu cơ hoà tan

mang màu không bị phân huỷ bởi nấm và vi sinh vật làm cho nước vẫn còn có

màu Ngoài ra còn chứa các hợp chất vô cơ như : muối phôtpho và nitơ dư có khả năng gây phù dưỡng nguồn nước tiếp nhận Vì vậy, cần phải loại bỏ các tạp chất này ra khỏi nước thải bằng phương pháp xử lý cấp 3

Các phương pháp xử lý nước thải cấp 3 có thể chia thành hai loại: các phương pháp phục hồi và các phương pháp phân huỷ

Đa số các phương pháp hoá lý được dùng để thu hồi các chất quý thuộc loại phục hồi, còn các phương pháp hoá học và sinh học thuộc loại phân huỷ Các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước sẽ được phân huỷ theo các phản ứng ôxy hoá và một

ít theo phản ứng khử Sản phẩm phân huỷ sẽ tách ra khỏi pha lỏng ở dạng khí, cặn lắng hoặc còn lại trong nước nhưng không độc

Các phương pháp thuộc loại phục hồi và cả phương pháp hoá học (loại phân huỷ) thường chỉ được dùng để xử lý các loại nước thải đậm đặc riêng biệt, còn đối với nước thải loãng với số lượng nhiều thì không nên dùng phương pháp này vì không kinh tế và hiệu quả không cao

Nhiều trường hợp, trong hệ thống xử lý nước thải người ta dùng các quy trình công nghệ tổng hợp gồm cả phương pháp cơ học, hoá lý, sinh học

Một trong các công trình xử lý cấp 3 là ao hồ ổn định sinh học kết hợp với thả bèo nuôi cá

Đây là loại ao hồ tuỳ tiện, nông sâu, rộng hẹp tuỳ điều kiện cho phép Trong nước thải đã xử lý còn một lượng BOD5 nào đó (khoảng 60 – 80 mg/l), còn nitơ ở các dạng NH4+, NH2-, NO3- và phôtphat (nguồn P) Trong ao hồ, hệ vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, sẽ hoạt động ở ba vùng: kỵ khí ở đáy, tuỳ tiện ở vùng giữa và hiếu khí ở vùng trên gần mặt nước Vi sinh vật hoạt động sẽ phân huỷ nốt phần BOD còn lại hoặc phần COD được chuyển sang dễ phân huỷ ở vùng hiếu khí, tảo phát triển sẽ sử dụng nguồn N và P cho việc tăng sinh khối, đồng thời thải

ra O2 phục vụ cho vi sinh vật hiếu khí Ngược lại, vi sinh vật hiếu khí hoạt động

sẽ thải ra CO2, cung cấp nguồn cácbon phục vụ cho tảo và các loại thực vật thuỷ sinh khác trong quá trình quang hợp

Thực vật thuỷ sinh ở ao hồ ổn định xử lý cấp 3 thường là bèo cái, bèo tây, rau muống Các loại này phát triển, ngoài cung cấp ôxy cho vi sinh vật còn có

bộ rễ cho vi khuẩn hiếu khí bám, bộ lá che ánh sáng mặt trời để cho vi khuẩn khỏi bị chiếu bởi tia tử ngoại và như vậy thúc đẩy nhanh quá trình làm sạch nước Các thực vật thuỷ sinh và tảo còn có khả năng hấp thụ kim loại nặng

1.3.4 Phương pháp xử lý bùn

Trong quá trình xử lý nước thải, thu được một lượng lớn bùn cặn, đó là các tạp chất vô cơ, hữu cơ Bùn cặn ở công đoạn xử lý cấp 1 chủ yếu là các cặn vô cơ, bùn cặn thu được ở công đoạn xử lý cấp 2 chủ yếu là tạp chất hữu cơ chưa nhiều sinh khối vi sinh vật

Thành phần và tính chất và tỷ lệ về lượng của các loại bùn rất khác nhau phụ thuộc vào các thông số của nước thải và công nghệ xử lý nước thải Hiện nay

có một số phương pháp xử lý bùn cặn như sau:

Đốt cháy: Phương pháp này được nhiều nhà máy áp dụng Bùn được dùng

để đốt trong các nồi hơi thu hồi hoặc lò nung vôi kết hợp với một số loại nhiên

liệu khác

Chôn lấp: Đây là phương pháp được áp dụng từ lâu nhưng ngày nay do

luật bảo vệ môi trường đòi hỏi ngày càng cao nên việc chi phí đầu tư xây dựng

khu chôn lấp tăng lên và do đó phương pháp này ngày càng được ít áp dụng

1.4 Xử lý nước thải của công nghiệp giấy trên thế giới và ở Việt Nam

Nước thải của công nghiệp sản xuất giấy có tải lượng ô nhiễm lớn Trong

nước thải có lẫn xơ sợi xenluylô, nhiều chất rắn lơ lửng, nhiều chất hữu cơ hoà

tan ở dạng khó và dễ phân huỷ sinh học

Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp giấy bao gồm xử lý hoá lý

và xử lý sinh học

Phương pháp xử lý hoá lý chủ yếu là phương pháp lắng và keo tụ Phương

pháp keo tụ hoá học là làm keo lắng các hạt rắn lơ lửng, một phần chất hữu cơ

hoà tan hợp chất photpho, một số chất độc và khử màu Phương pháp này ứng

dụng trước và sau phương pháp sinh học Chất keo tụ thông thường là phèn sắt,

phèn nhôm và vôi Dùng chất trợ keo tụ là các chất polyme làm tăng tốc độ lắng

Với phèn sắt cần pH thích hợp là 5–11, phèn nhôm cần pH từ 5–7 và vôi pH >11

Phương pháp sinh học chỉ xử lý các chất hữu cơ hoà tan Các chất này dễ

phân huỷ hiếu khí và kỵ khí bởi vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) có trong nước

thải Nước thải giấy thường bị ô nhiễm các chất hữu cơ cao, đặc biệt là hợp chất

lignin Hợp chất này không bị phân huỷ hiếu khí và phân huỷ kỵ khí rất chậm bởi

các vi sinh vật trong nước thải Do vậy, nước thải công nghiệp giấy, nhất là dịch

đen trong quá trình nấu bột giấy, cần phải xử lý cục bộ để tách lignin

Đặc điểm của nước thải công nghiệp giấy thường có tỷ lệ BOD5/COD≤ 0,55 và hàm lượng COD lớn hơn 1.000 mg/l Do vậy, trong xử lý cơ

bản bằng phương pháp sinh học thường có hai công đoạn: công đoạn kỵ khí

(metan hoá) đặt trước, công đoạn xử lý hiếu khí đặt sau trong quy trình xử lý

Các công trình xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy theo dạng ao hồ kỵ

khí đã được xây dựng đầu tiên ở các nhà máy sản xuất giấy tái chế Bắc Mỹ :

Inland Cotainer Corp Newpord Indiana năm 1979 và Sonoco Product Company

Hartsville, South Carolina

Từ những năm 80 của thế kỷ trước nhiều nhà máy sản xuất bột giấy và

giấy trên thế giới đã xây dựng các công trình xử lý nước thải theo phương pháp

sinh học kỵ khí dạng: tiếp xúc, dòng hướng lên (UASB), giá đệm, lọc sinh học

- Nhà máy sản xuất bột giấy CTMP Lanaken, Bỉ vào năm 1988 Quá trình

xử lý đã loại được 70% lượng COD và 85% BOD5 (lọc sinh học)

- Công ty sản xuất cáctông Allard Paper Company D’Aubigne Racan, Pháp vào cuối năm 1988 Nước thải sau xử lý có hàm lượng COD giảm 72,2%, BOD5 giảm 83,3% (kỵ khí giá đệm)

Trên thế giới, nước thải của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy thường

được xử lý hoá lý sau đó tiến hành xử lý sinh học kết hợp giữa phương pháp kỵ khí và hiếu khí Với quy trình công nghệ này nước thải của các nhà máy sản xuất bột giấy theo công nghệ hoá nhiệt cơ (CTMP) đã cho phép giảm được COD từ

80 – 90%, BOD5 từ 90 – 98% Công ty sản xuất giấy in báo từ giấy loại Roemond của Hà Lan đã áp dụng mô hình này và nước thải sau xử lý đã đạt tiêu chuẩn cho phép thải vào nguồn tiếp nhận

Nghiên cứu xử lý sinh học kỵ khí kết hợp với hiếu khí đối với nước thải của khu công nghiệp bột giấy và giấy Dalaman SEKA của Ulas Tezel và các công

sự cho kết quả tách loại được 91% COD và 58% AOX

Nhìn chung, ngành công nghiệp bột giấy và giấy ở Việt Nam còn phát triển chậm so với thế giới cả về trình độ kỹ thuật và quy mô sản xuất Hiện tại, ngành giấy có khoảng 46,6% doanh nghiệp có công suất dưới 1.000 tấn/năm, 42% doanh nghiệp có công suất từ 1.000 tấn đến 10.000 tấn/năm, chỉ có khoảng

4 doanh nghiệp có công suất trên 50.000 tấn/năm Những doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ sản xuất tới 75% lượng giấy cả nước Các doanh nghiệp này nằm rải rác tại các địa phương, do đó có nguy cơ gây ô nhiễm tại các cơ sở này rất cao Theo điều tra của Viện nghiên cứu Chiến lược, chính sách công nghiệp, hiện có khoảng 90% doanh nghiệp trong tổng số gần 500 doanh nghiệp sản xuất giấy trong cả nước không có hệ thống xử lý nước thải hoặc có nhưng không đạt yêu cầu

Một trong các các doanh nghiệp sản xuất giấy ở Việt Nam đã có công trình xử lý nước thải là Công ty giấy Bãi Bằng Nước thải sau khi xử lý hoá lý

được đưa vào xử lý sinh học theo phương pháp hiếu khí Nước thải sau xử lý đạt mức cấp B theo Tiêu chuẩn Việt Nam

Các doanh nghiệp sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh ở Việt Nam đều có quy mô vừa và nhỏ, công suất dưới 5.000 tấn/năm Nguyên liệu được

sử dụng là tre nứa Bột giấy sản xuất theo phương pháp này chủ yếu dùng để sản xuất giấy vàng mã Một phần rất nhỏ được phối trộn với bột hoá học chưa tẩy trắng để sản xuất giấy bao gói Hiện nay, mặt hàng giấy vàng mã được xuất khẩu 100% sang thị trường Đài Loan Năm 2007 sản lượng giấy vàng mã xuất khẩu đạt 95.000 tấn

Bột giấy sản xuất theo phương pháp kiềm lạnh ở Việt Nam chủ yếu được dùng để sản xuất giấy vàng mã Bột giấy sản xuất theo phương pháp kiềm lạnh có công nghệ rất đơn giản Nguyên liệu được chặt mảnh và ngâm trong ở bể xây bằng bê tông hoặc kim loại với dung dịch xút, ở nhiệt độ thường trong khoảng thời gian từ 3 – 7 ngày Nguyên liệu được rửa 3 – 4 lần, sau đó được nghiền trong máy nghiền thành bột giấy Toàn bộ phần nước ngâm được lấy lại để sử dụng cho các lần ngâm tiếp theo Phần nước rửa có độ màu và ô nhiễm cao được thải ra môi trường Trong các nhà máy sản xuất giấy vàng mã phần nước xeo hầu như

được thu hồi để tái sử dụng

Cũng như các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, các cơ sở sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh ở Việt Nam hầu như chưa có hệ thống xử lý nước thải Hiện tại, chúng ta lại chưa có một nghiên cứu chuyên sâu nào về xử lý nước thải

của loại hình công nghệ này Bởi vậy, việc nghiên cứu để đưa ra được quy trình công nghệ xử lý nước thải cho các cơ sở sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh là một việc làm cần thiết, góp phần giúp cho các doanh nghiệp sản xuất phát triển bền vững

Quy trình công nghệ kiềm lạnh được tiến hành như sau: Tre đã được

chặt mảnh (lấy tại Công ty cổ phần Giấy Hoà Bình) được ngâm trong dung dịch xút (NaOH) với mức dùng 10% so với nguyên liệu khô tuyệt đối; tỷ dịch 1/6; thời gian ngâm 7 ngày (tuần hoàn dịch ngâm trong ba ngày đầu) Sau khi kết thúc thời gian ngâm, toàn bộ nước ngâm được lấy lại để dùng ngâm các mẻ tiếp theo Nguyên liệu được rửa 3 lần Toàn bộ nước rửa được lấy lại dùng cho nghiên cứu

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xử lý cấp 1- xử lý hoá lý

Nước thải trước khi tiến hành xử lý hoá lý được lọc bỏ cát sạn và xơ sợi Sau đó tiến hành xử lý hóa lý Các hoá chất được sử dụng trong quá trình xử lý hoá lý:

- Dung dịch sữa vôi – Ca(OH)2;

- Dung dịch phèn nhôm - Al2(SO4)3.18H2O;

- Dung dịch axit sunphuric - H2SO4;

- Dung dịch polyaluminium clorua (PAC);

- Chất trợ keo tụ polyacrylamit loại cation PAA(C) và loại anion PAA(A) Trong xử lý hóa lý đề tài sẽ tiến hành xử lý kết hợp hoặc một hóa chất đơn

lẻ kể trên để tìm ra phương pháp, loại hóa chất và mức dùng thích hợp đạt hiệu quả cả về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế

2.2.2 Xử lý cấp 2 - xử lý sinh học

2.2.2.1 Xử lý theo phương pháp kỵ khí

• Tạo lập và nhân nuôi hệ vi sinh vật kỵ khí dùng để xử lý nước thải của bột giấy

sản xuất theo phương pháp kiềm lạnh:

Bùn hoạt tính được lấy từ thiết bị xử lý kỵ khí nước thải sinh biogas (đề tài của Viện tiến hành năm 2007) Nạp bùn hoạt tính kỵ khí vào các can nhựa kín với thể tích bằng 10% thể tích của can, độ ẩm 70% cho nước vào đầy can Đậy nắp

can lại, cứ mỗi ngày đảo trộn 2 lần Tiến hành thí nghiệm với nồng độ COD đầu vào khác nhau của nước thải, các thông số khác giữ nguyên Tiến hành tạo lập và theo dõi khả năng phân huỷ chất hữu cơ của hệ vi sinh vật trong mô hình thực nghiệm yếm khí gián đoạn Sử dụng hệ vi sinh vật đã tạo lập được để xử lý gián

đoạn các mẻ nước thải tiếp theo cho tới khi hiệu suất xử lý đạt mức ổn định

Hệ vi sinh vật thu được, được bảo quản lạnh đông ở 0oC Trước khi sử dụng bùn được hoạt hoá trở lại Nước thải sử dụng trong quá trình hoạt hoá là nước thải của bột giấy sản xuất theo phương pháp kiềm lạnh đã được xử lý hoá lý

và pH được điều chỉnh tới 6,8 – 7,0 Nước thải đầu vào được pha loãng bằng nước máy ở ngưỡng COD 500mg/l sau đó tăng dần lên mức ô nhiễm thực tế để tránh hiện tượng sốc cho vi sinh vật Vì môi trường nước thải không phải là môi trường tối ưu phát triển nhanh nhất của vi sinh vật nên trong suốt thời gian hoạt hoá hay hoạt động của hệ thống phải bổ sung thêm dinh dưỡng Mức bổ sung dinh dưỡng duy trì theo hàm lượng BOD5 : N : P = 100 : 3 : 0,5 Nguồn nitơ

được thêm vào dưới dạng muối amoni clorua; nguồn photpho được thêm vào dưới dạng muối phôtphat Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ phòng (28-370C)

• Phương pháp xử lý kỵ khí

Cho bùn hoạt tính kỵ khí đã được hoạt hoá vào các chai nhựa dung tích 1 lít với thể tích khoảng 18 – 20% thể tích của chai Cho nước thải đã được trung hoà tới pH = 7 vào đầy các chai (không để có chỗ trống, tránh dư thừa tối đa không khí làm ảnh hưởng tới hệ vi sinh vật kỵ khí) Bổ sung dinh dưỡng theo tỷ

lệ BOD5 : N : P = 100 : 3 : 0,5 Đậy nắp chai lại, lắc trộn 2 lần trong 1 ngày Các thí nghiệm được tiến hành tại nhiệt độ phòng (28 – 370C) Lấy mẫu tại các khoảng thời gian khác nhau để xác định hàm lượng COD

2.2.2.2 Xử lý theo phương pháp hiếu khí

• Tạo lập hệ vi sinh vật hiếu khí

Bùn hoạt tính hiếu khí được lấy tại bể hoạt hoá bùn trong hệ thống xử lý nước thải của công ty giấy Bãi Bằng Bùn được bảo quản lạnh và trước khi sử dụng được hoạt hoá trở lại

• Phương pháp xử lý hiếu khí

Phương pháp xử lý sinh học bùn hoạt tính kế thừa từ kết quả nghiên cứu của Viện về xử lý nước thải tiến hành năm 2004 Nước thải sau xử lý kỵ khí được cho vào các ống đong thuỷ tinh dung tích 1 lít Sau đó bổ sung bùn hoạt tính hiếu khí ở mức 30% theo thể tích, dinh dưỡng ở mức COD : N : P = 100 : 5 : 1 Sử dụng máy sục khí nhỏ để sục khí Thí nghiệm cũng tiến hành trong

điều kiện nhiệt độ phòng Sau các thời gian xử lý, mẫu được để lắng và lấy mẫu

để xác định các thông số

2.2.3 Xử lý cấp 3

Nước thải sau quá trình xử lý hiếu khí được cho vào các xô nhựa dung tích

15 lít Tiến hành trồng các loại thực vật thuỷ sinh (bèo tây, cây ngổ dại) Quan sát sự sinh trưởng của các loại thực vật đó Song song tiến hành mẫu đối chứng bằng nước máy Các thí nghiệm được tiến hành trong nhà có mái che

- Xác định nhu cầu ôxy hoá học (COD) : ISO 15705 – 2002

- Xác định nhu cầu ôxy sinh hoá sau 5 ngày (BOB5) : TCVN 6002 – 1995

- Xác định hàm lượng nitơ tổng: TCVN 5987 – 1995 – Phương pháp Kendan

- Xác định hàm lượng phôpho tổng: 4500 - p- E - Ascorbic acid - Method

2.4 Thiết bị nghiên cứu của hệ thống pilot

2.4.1 Thiết bị xử lý kỵ khớ nước thải thu biogas

Thiết bị do Viện khoa học và Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội thiết kế và chế tạo:

- Serial: 100150071

- Dung tích: 50 lít

Cấu tạo thiết bị

1 Khoang tiếp liệu

2 Khoang thủy phân

A Van tiếp liệu

B Van kiểm tra pH, t0

H Van tuần hoàn

H×nh 2.1 : CÊu t¹o thiÕt bÞ nghiªn cøu xö lý kþ khÝ thu Biogas

Thiết bị được làm từ Inox với dung tích 50 lít, chia thành hai ngăn riêng biệt và có kết cấu màng nước làm cho thiết bị kín hoàn toàn

- Khoang 1: Khoang chứa bùn cặn và cũng là khoang tiếp liệu

- Khoang 2: Khoang chứa đệm đã được cố định vi sinh vật có khả năng chuyển

hoá các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn thành các hợp chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ Đồng thời ở đây cũng xảy ra quá trình lên men các axit hữu cơ, axit hữu cơ hình thành sẽ làm giảm pH của dịch được xử lý Khoang này có thể có đệm hoặc không có đệm (UASB)

- Khoang 3: Khoang xử lý nước thải giai đoạn cuối, ở đây xảy ra đồng thời hai

quá trình: lên men các axít hữu cơ và khí hoá, các vi khuẩn đặc biệt là các vi khuẩn metan sẽ chuyển hoá các axít phân tử lượng nhỏ thành khí sinh học: CH4

- Khoang 4: Khoang thu gom khí biogas Khí sinh học tạo thành thoát ra được

thu gom vào túi chứa khí Khi túi đầy (thể hiện bằng đồng hồ đo áp hoặc lớp vỏ phía trên được nâng lên) biogas được nạp vào bình gas bằng máy nén khí

Các bộ phận phụ trợ:

• Khoang 1có van A là tiếp liệu với bộ phận phân phối nước và 1van xả bùnG

• Khoang 2 có 1 ống thủy và 1 van để kiểm tra pH và nhiệt độ

• Khoang 3 có 1 van lấy mẫu F, một van tuần hoàn H và một van xả bùn K

• Khoang 4 có van thoát khí E và đồng hồ đo áp 8

Các bộ phận phụ kiện kèm theo thiết bị

+ Máy điều nhiệt: Do thiết bị nhỏ quá trình toả nhiệt bề mặt vào mùa đông

không đảm bảo nhiệt độ lên men vì vậy thiết bị được trang bị một bộ điều nhiệt để ổn định nhiệt độ tối ưu cho quá trình ở 35 – 370C hoặc 50- 550C, tuỳ theo tính ưa nhiệt của các vi sinh vật được sử dụng

+ Bơm tuần hoàn: Được sử dụng để tuần hoàn gián đoạn dung dịch lên men

trong thiết bị, tránh hiện tượng ức chế cục bộ và điều hoà pH trong khoang tiếp liệu và thuỷ phân

+ Bộ phận thu gom khí: Chóp thu khí dung tích 50 lít

• Nguyên tắc làm việc:

Nước thải cần nghiên cứu được đưa lên thùng cao vị 5, từ đây nước thải được đưa vào khoang tiếp liệu của thiết bị qua van tiếp liệu để điều chỉnh lưu lượng cho phù hợp với yêu cầu nghiên cứu

Khoang tiếp liệu được bố trí hệ thống phân phối nước hình xương cá để phân phối nước đều trên tiết diện của khoang và có hệ thống điều nhiệt (ống xoắn ruột gà) để ổn định nhiệt theo yêu cầu nghiên cứu

Từ khoang tiếp liệu, nước thải được đi từ dưới lên qua lớp đệm có cố định

vi sinh vật (thiết bị lọc yếm khí) hoặc qua lớp bùn lơ lửng khi không có đÖm (thiết bị UASB) và tại đây các vi sinh vật hô hấp tùy tiện hoặc hô hấp yếm khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, chuyển hóa thành các axit hữu cơ, các chất trung tính, … để thuận tiện cho quá trình chuyển hóa thành khí metan Sau

đó nước thải sẽ được đưa xuống đáy khoang 3 – khoang metan và sẽ đi từ dưới lên Nhờ các vi khuẩn metan, các axit, chất trung tính, … được chuyển hóa thành khí biogas

Khí biogas được chứa tại khoang khí, được theo dõi qua đồng hồ đo áp và định kỳ được nén vào bình khí hoặc đem đi đốt Nước thải sau xử lý được đưa ra ngoài qua đường thoát

Trong quá trình nghiên cứu, có thể lấy mẫu để kiểm soát tình trạng hoạt động của thiết bị tại khoang lên men axit (khoang 2) thông qua van B và nước thải sau xử lý qua van F Lấy mẫu phân tích chất lượng khí biogas qua van E

Định kỳ có thể rút bớt các cặn vô cơ ở đáy thiết bị nhờ van G và H và tuần hoàn bùn đề tăng hiệu quả xử lý

Để thiết bị hoạt động ổn định và kín hoàn toàn cần duy trì lượng nước trong máng nước, có thể bổ sung thêm nước vào máng nước qua van C và rút bớt nước qua van D

• Phương pháp nghiên cứu:

Thiết bị được dùng để nghiên cứu xử lý kỵ khí các đối tượng nước thải giàu chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học thu khí biogas với quy mô phòng thí nghiệm

Thiết bị có thể được nghiên cứu ở các chế độ khác nhau:

- Chế độ có đệm - thiết bị lọc yếm khí: lớp đệm được cố định vi sinh vật có hoạt lực cao để chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải thành các axit

và các chất trung tính, … Lớp đệm còn có tác dụng phân bố đều dòng nước thải từ khoang tiếp liệu đi lên và lọc các cặn có kích thước lớn, tránh tạo lớp váng trên bề mặt

- Chế độ không có đệm (UASB): trường hợp này thiết bị không được bố trí đệm, khi đó nhờ dòng chảy của nước thải (từ khoang tiếp liệu đi lên) và quá trình đối lưu do nhiệt và khí sinh ra lớp bùn ở trạng thái lỏng giả (lơ lửng), dòng nước thải sẽ tiếp xúc trực tiếp với các vi sinh vật

2.4.2 ThiÕt bÞ xö lý hiÕu khÝ

ThiÕt bÞ do ViÖn khoa häc vµ C«ng nghÖ M«i tr−êng - Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o:

Cấu tạo thiết bị

1 Bể aeroten V A = 60 lít

2 Bể lắng V L = 18 lít

3 Bơm cấp khí

4 Bơm tuần hoàn bùn

5 Bính chứa nước thải

6 Van điều chỉnh lưu lượng

7 Bộ phận phân phối khí

8 Nước thải sau xử lý

9, 10 Van tuần hoàn bùn

11 Van xả bùn 12,13 Van xả

Hình 2.2: Cấu tạo thiết bị nghiên cứu xử lý nước thải theo phương pháp

sinh học hiếu kí - Aeroten

Thiết bị được làm từ Mica dày 5mm, gồm 2 bể:

- 01 bể oxy hóa (bể Aeroten) với dung tích 60 lít

- 01 bể lắng đứng có dung tích 18 lít

Các bộ phận phụ trợ:

• Thùng cao vị (5) để chứa nước thải cần nghiên cứu xử lý khi thiết bị chạy liên tục, lưu lượng nước thải cần xử lý được điều chỉnh bằng van 6 trước khi chảy vào bề oxy hóa

• Bể oxy hóa có máng phân phối và máng thu nước đảm bảo nước được phân phối, thu đều trong tiết diện bể

• Bể oxy hóa có hệ thống phân phối khí (7) đảm bảo không khí hòa tan đều, tốt trong nước nhằm nâng cao hiệu quả xử lý

• Bể oxy hóa có van xả nước trong (13) và van xả đáy (12) khi bể ngừng làm việc

• Bể lắng đứng có van tuần hoàn bùn (9), (10) và van xả bùn (11)

P 1

12

34

56

P 2

7

11

101213