bài giảng xử lý nước thải công nghiệp

Dưới tốc độ phát triển công nghiệp, đô thị hoá và sự gia tăng dân số, tài nguyên nước trong các vùng lãnh thổ ngày càng chịu áp lực càng nhiều. Hệ quả là môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp đóng một phần lớn cho sự ô nhiễm chung, bên cạnh là ô nhiễm từ nguồn nước thải sinh hoạt. Dưới tốc độ phát triển công nghiệp, đô thị hoá và sự gia tăng dân số, tài nguyên nước trong các vùng lãnh thổ ngày càng chịu áp lực càng nhiều. Hệ quả là môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp đóng một phần lớn cho sự ô nhiễm chung, bên cạnh là ô nhiễm từ nguồn nước thải sinh hoạt. Cụ thể như trong các ngành công nghiệp đặc thù như dệt may, giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9 – 11, chỉ số ôxy sinh hoá (BOD), ôxy hoá học (COD) lên đến 700mg1 và 2.500mg1, hàm lượng chất rắn lơ lửng... cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa Xyanua (CN–) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4.2 lần, hàm lượng NH3+ vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm cho các nguồn nước bề mặt trong vùng dân cư mà chưa tính đến các ngành công nghiệp có tác động nặng nề hơn đối với môi trường (như các ngành xi mạ, thép, sản xuất thức ăn, nước uống,…) và nước thải sinh hoạt. Xử lý nước thải đang là vấn đề chung của toàn xã hội nói chung, của các ngành công nghiệp nói riêng. Ngày nay các cơ quan thuộc Sở Tài Nguyên Môi Trường đang thực hiện gắt gao các phương pháp nhằm ngăn chặn tối đa các chất thải do sản xuất gây ra. Quy trình xử lý nước thải

1

1.1 M c ích, ý ngh a

Trong các nhà máy nhi t i n, th ng có m t l ng n c th i áng k hàng ngày

th i ra Ngu n n c th i này có th b nhi m b n c v t p ch t c h c, hoá h c, các t p

ch t này có th nh h ng n môi tr ng xung quanh Chính vì lý do ó, c n thi t ph i

x lý các ngu n n c th i c a nhà máy, tránh gây ô nhi m môi tr ng, không làm nh

h ng n i s ng, s c kho và s n xu t c a nhân dân a ph ng xung quanh khu v!c

nhà máy

Ngu n n c th i c a nhà máy do nhi u ngu n khác nhau Vi c x lý các ngu n

n c này c"ng c n s d#ng các công ngh h p lý khác nhau có th x lý m t cách

tri t các ngu n n c th i ó Trong nhà máy, các ngu n n c th i c phân lo i và

x lý theo 3 h th ng chính là H th ng n c th i chính; H th ng n c th i nhi m d u;

H th ng n c th i v sinh

1.1.1 H th ng n c th i chính

H th ng n c th i chính ch y u x lý ngu n n c th i t$ khu v!c lò h i, bao

g m n c x lò h i(blowdown), n c th i t$ khu v!c FGD (kh l u hu%nh), ngoài ra còn

có n c th i t$ h th ng x lý n c s b (là ngu n n c r a ng c b l c) Ngu n n c

th i này có &c i m có pH không 'n nh, l ng t p ch t c h c nhi u và l u l ng v

không 'n nh Toàn b ngu n n c th i chính c b m v h th ng x lý n c th i và

c ch a vào hai b ti n l u (Pre-retention Tank, dung tích 2000m3), và b l u tr(

(Retention Tank, dung tích 1000m3) Hai b có dung tích l n nh)m m#c ích làm b c

m 'n nh cho vi c v*n hành h th ng sau ó T i hai b , có h th ng b m hóa ch t

HCl, NaOH i u ch+nh pH và h th ng s#c khí khu y tr n tránh hi n t ng tích

bùn trong hai b này N c th i t$ hai b l u tr( ti p t#c c b m ti p sang b TK8

i u ch+nh pH l n cu i cùng tr c khi ch y tràn sang b l,ng clarifier Trong b l,ng,

phèn nhôm và ch t tr l,ng polymer c b m vào b cho m#c ích keo t# các t p ch t

l l ng nh)m t o bông bùn có kích th c l n thu*n l i cho quá trình tách các ch t r,n l

l ng Ph n n c trong, t$ b l,ng, ch y tràn sang b ch a n c trong TK9 và hòa cùng

v i ph n n c trong sau x lý c a các h th ng n c th i nhi m d u và n c th i v sinh

ti p t#c c b m qua h th ng l c Ph n bùn tách ra t$ áy b l,ng c b m qua b

tích bùn THK1 m t l n n(a tách bùn tri t, th i bùn ra ngoài qua h th ng th i x+, ph n

n c trong s- ch y tràn v TK9

Ph n n c trong chung t$ 3 h th ng n c th i chính, h th ng n c th i nhi m

d u, h th ng n c th i v sinh s- c t*p trung t i b ch a n c trong TK9 T$ ây,

n c trong c b m qua h th ng bình l c áp l!c than-cát, và bình l c ch a than ho t

tính Bình l c áp l!c than-cát nh)m m#c ích tách các bông bùn nh., không tách trong

quá trình l,ng N c t$ bình l c than-cát ti p t#c ch y sang bình l c than ho t tính Do

tính ch t h p ph# cao c a than ho t tính, &c bi t là than ho t tính có ái l!c cao v i các

ch t h(u c , các kim lo i n&ng nên m t s các t p ch t c h i s- b h p ph# và b gi( l i

2

Hinh 7.1: S h th ng x lý n c th i DC2-NM N Ph L i

3

nh : các t p ch t h(u c gây màu, mùi, các h t keo, các ion kim lo i n&ng, các anion bán

kính l n Ph n n c trong sau x lý l,ng, l c t yêu c u các ch+ ch t l ng n c th i

theo các tiêu chu n quy nh (thông th ng là ch t l ng n c th i lo i A) s- c b m

th i ra ngoài môi tr ng

1.1.2 H th ng n c th i nhi m d u

H th ng n c th i nhi m d u x lý toàn b ngu n n c th i có nhi m d u c a

nhà máy nh : t$ khu v!c lò h i, khu v!c máy nghi n, khu v!c tr m bi n th , khu v!c b

d u FO /&c i m c a ngu n n c này là có nhi u t p v*t là các ch t d u, m0 công

nghi p Toàn b ngu n n c th i này c b m v b tách d u n'i (API : ) c a tr m x

lý n c T i ây, b tách d u n'i có dung tích 1000m3 'n nh dòng n c và tách ph n

d u n'i qua h th ng máng g t d u n'i Ph n n c sau b API còn l1n d u trong n c

c b m qua bình tách d u tinh (CPI: corrugated plate interceptor) T i ây, n c

nhi m d u ch y qua các t m nh!a cong zíc z,c v i l u l ng th p, do ti p xúc ma sát,

ph n d u l1n trong n c s- d n tích t# thành kích th c l n nh2 h n n c và n'i lên trên,

tách ra kh.i dòng n c và ch y tràn ra b ch a d u th i Ph n n c trong sau b tách

d u tinh s- ch y v t*p chung TK9 chu n b cho quá trình l c ti p theo nh mô t

trên

1.1.3 H th ng n c th i v sinh

H th ng n c th i v sinh x lý toàn b ngu n n c th i v sinh khu v!c nhà

máy Ngu n n c th i này có &c i m l1n nhi u các t p ch t h(u c ch a phân hu3

Ngu n n c th i này ch y t! nhiên v b ch a và c lo i b các t p v*t qua h th ng

l i ch,n rác và h th ng cào rác Ph n n c th i s- c b m qua b s#c khí, t i ây các

ch t h(u c có trong n c th i s- b oxy hóa nh các vi sinh v*t s4n có Quá trình này

c t5ng t c nh h th ng qu t s#c khí cung c p không khí cho quá trình oxy hoá t p

ch t h(u c nh các vi sinh v*t Ph n n c trong t$ b này s- ch y tràn sang b l,ng, t i

ây x y ra quá trình l,ng tách bùn Ph n bùn c b m tr l i b s#c khí làm t5ng quá

trình khu y tr n và ti p xúc, thúc y quá trình oxy hoá t p ch t h(u c N c trong ch y

tràn sang TK9 ti p t#c quá trình x lý l c sau ó H th ng l c than ho t tính m b o

quá trình tách các t p ch t h(u c m t cách tri t

1.2 Các ph ng pháp x lý n c th i

1.2.1 X lý n c b ng ph ng pháp hóa h c và hóa lý

1.2.1.1 Ph ng pháp keo t

1.2.1.2 Ph ng pháp trung hòa

N c th i s n xu t trong nhi u l6nh v!c có ch a nhi u axit ho&c ki m / ng5n

ng$a hi n t ng xâm th!c các công trình thoát n c và tránh cho các quá trình sinh hóa

các công trình làm s ch và trong h , sông không b phá ho i, ng i ta ph i trung hòa

các lo i n c th i ó Trung hòa còn v i m#c ích làm cho m t s mu i kim lo i n&ng

l,ng xu ng và tách ra kh.i n c

4

Công ngh u tiên: tính n kh n5ng trung hòa l1n nhau gi(a các lo i n c th i

ch a axit và ki m

Quá trình trung hòa c th!c hi n trong các b trung hòa ki u làm vi c liên t#c

hay gián o n theo chu k% NT sau khi trung hòa có th cho l,ng các h l,ng t*p trung

và n u i u ki n thu*n l i, các h này có th tích có th tr( c c&n l,ng trong kho ng

10-15 n5m

Th tích c&n l,ng ph# thu c vào n ng axit, ion kim lo i n&ng trong NT, vào

d ng và li u l ng hóa ch t, vào m c l,ng trong, Ví d#: khi trung hòa NT b)ng vôi

s(a ch bi n t$ vôi th tr ng ch a 50% CaO ho t tính s- t o nhi u c&n nh t

Vi c l!a ch n bi n pháp trung hòa ph# thu c vào l ng NT, ch x th i, n ng

, hóa ch t có a ph ng / i v i NT s n xu t, vi c trung hòa b)ng hóa ch t khá khó

kh5n vì thành ph n và l u l ng NT trong các tr m trung hòa dao ng r t l n trong

ngày êm Ngoài vi c c n thi t ph i xây d!ng b i u hòa v i th tích l n còn ph i có

thi t b t! ng i u ch+nh l ng hóa ch t vào Thông s chính i u ch+nh ph' bi n là

i l ng pH Trong th!c t c n ph i ti n hành th!c nghi m v i t$ng lo i NT ti n

hành bi n pháp trung hòa vì trong NT này ch a nhi u h p ch t h(u c , axit, mu i phân ly

y u có nh h ng n vi c o pH b)ng i n hóa h c

a Trung hòa b ng cách tr n NT ch a axit và NT ch a ki m

Ph ng pháp này c dùng khi NT c a xí nghi p là axit còn xí nghi p g n ó có

NT ki m C hai lo i NT này u không ch a các c u t gây ô nhi m khác

b Trung hòa NT b ng cách cho thêm hóa ch t

N u NT ch a quá nhi u axit hay ki m t i m c không th trung hòa b)ng cách tr n

l1n chúng v i nhau c thì ph i cho thêm hóa ch t Ph ng pháp này th ng trung

hòa axit Hóa ch t s d#ng: ph li u công nghi p a ph ng

/ trung hòa axit vô c có th dùng b t k% dung d ch có tính baz nào Hóa ch t

r ti n và d ki m là Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3, ôlômit, còn NaOH và xô a Na2CO3

ch+ c dùng khi chúng là ph li u

Li u l ng hóa ch t c xác nh theo i u ki n trung hòa hoàn toàn axit t! do

và l y l n h n tính toán m t chút Vi c a dung d ch công tác vào NT c ti n hành

nh b m ho&c các thi t b nh l ng (ki u phao, nh m c v i áp l!c c nh,…)

c Trung hòa NT ch a axit b ng cách l c qua nh ng l p v t li u trung hòa

S d#ng cho NT ch a HCl, HNO3, H2SO4 v i hàm l ng d i 5g/l và không

ch a mu i kim lo i n&ng

Cách ti n hành: cho NT ti p xúc các b v*t li u l c là á vôi, magiezit, á hoa

c ng, ôlômit,… kích th c h t 3-8 cm v i t c ph# thu c vào v*t li u nh ng không

quá 5m3/h và th i gian ti p xúc không quá 10 phút, n c th i có th chuy n ng ngang

ho&c ng trong b l c

d Dùng khí th i, khói t lò h i trung hòa NT ch a ki m

5

/ây là bi n pháp khá kinh t trung hòa NT ch a ki m vì khí t$ ng khói cháy

t t th ng ch a kho ng 14% CO2

1.2.1.3 Ph ng pháp oxy hóa kh

Các ch t b n trong NT công nghi p có th phân ra hai lo i: vô c và h(u c Các

ch t h(u c th ng là m, m0, ng, các h p ch t ch a phenol, ch a nit , nên có th

b phân h y vi sinh v*t, do ó có th dùng ph ng pháp sinh h c x lý Các ch t vô c

th ng là nh(ng ch t không x lý b)ng ph ng pháp sinh h c c Các ion kim lo i

n&ng không th XL b)ng VSV c"ng nh không lo i c d i d ng c&n, ch+ 1 ph n b

h p ph# b)ng BHT Th y ngân, asen, còn là nh(ng ch t r t c khó XL mà còn tiêu

di t các VSV có l i trong NT

a XLNT ch a xianua b ng ph ng pháp oxy hóa kh

Vi c l!a ch n bi n pháp XLNT ph# thu c vào tính ch t lý hóa c a NT Cách th c

th ng dùng là oxy hóa xianua chuy n sang d ng xianat, feri, fero, các c&n k t t a t$

nh(ng xianua n gi n, ph c ch t r i sau ó tách kh.i n c th i b)ng ph ng pháp l,ng

ho&c l c

C n u tiên l!a ch n bi n pháp oxy hóa xianua c thành xianat không c vì ây

là bi n pháp t t nh t 7 ây, nhóm CN- b phân h y hoàn toàn và n c s- không nhi m

• Dùng clo l.ng trong môi tr ng ki m:

/ oxy hóa xianua n gi n, tan c: CN- + Cl2 + 2OH- CNO- + + H2O

/ oxy hóa xianua ph c h p, tan c:

• Dùng permanganat:

/ oxy hóa xianua n gi n, tan c:

/ oxy hóa xianua ph c h p, tan c:

L u ý: quá trình oxy hóa là nh oxi nguyên t m i sinh, không ph i là O2 nên n u

làm thoáng thì xianua không th b oxy hóa c mà ch+ m t ph n b th'i i mà thôi

b XLNT ch a crom b ng ph ng pháp oxy hóa kh

Nguyên t,c: chuy n Cr6+ s- bi n v Cr3+, ti p ó tách d ng hidroxit k t t a

Các ch t kh có th dùng: Na2S, Na2SO3, NaHSO3, FeSO4, SO2, khói ch a khí

SO2,

-Các ph n ng chuy n Cr6+ v Cr3+:

Cr2O72- + 3S2- + 14H+ 2Cr3+ + 3S0 + 7H2O

Cr2O72- + 3HSO3- + 5H+ 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O

Cr2O72- + 6Fe2- + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

6

N u dùng n c Na2S thì trong dung d ch Na2S b th y phân m nh và t o k t t a

Cr(OH)3 nên không c n thêm vôi: S2- + 2H2O H2S + 2OH N u dùng NaHSO3, FeSO4

thì c n cho thêm vôi s(a (ho&c lo i ki m nào ó) k t t a Cr(OH)3

Công ngh x lý nh sau: / u tiên NT c i u hòa l u l ng và n ng Sau

ó ki m tra pH n u th y pH > 4 c n i u ch+nh sao cho pH 2-4 tr c khi th!c hi n ph n

ng kh , ng th i c n xác nh l ng Cr6+ tính toán l ng ch t kh ( th ng dùng

g p 1,25 l n l ng tính toán theo lý thuy t)

Ch t kh th ng c chu n b d i d ng dung d ch 10% và cho vào b ph n ng

nh thi t b nh l ng Th i gian khu y tr n b ph n ng d i 30 phút, sau khi ph n

ng kh k t thúc cho vôi s(a vào ( c chu n b v i n ng kho ng 2,5%) cho t pH

9, ti p t#c khu y kho ng 3-5 phút sau ó cho NT sang b l,ng v i th i gian kho ng 2h

c Ph ng pháp oxy hóa i n hóa

/ c dùng x lý NT v i m#c ích phân h y các ch t c trong NT ho&c thu

h i các kim lo i quí trên i n c!c

Áp d#ng: X lý NT các phân x ng m niken, m b c, các nhà máy làm giàu kim

lo i, phân x ng t y r a g+ kim lo i

Ví d#: trên c!c catot có th thu h i kho ng 60-70% ng trong NT ch a các h p

ch t ng xianua b)ng oxy hóa i n hóa

Ví d#: i n phân các dung d ch ch a s,t sunfat và axit sunfuaric t! do b)ng màng

trao 'i anion s- ph#c h i t i 80-90 % axit sunfuaric và thu h i w c b t s,t v i l ng

20-50kg/m3 dung d ch

N u dùng ph ng pháp i n phân, NT sau x lý có th dùng l i chu n b cho

các dung d ch m và dung d ch axit sunfuaric có th dùng l i cho các quá trình i n phân

sau Theo kinh nghi m các nghiên c u và th!c t cho th y: n u NT ch a xianua v i n ng

làm s ch" (self purification) c a ngu n n c Kh n5ng ó c th hi n qua 2 quá trình:

Qúa trình xáo tr n (pha loãng ) thu n tuý lý h c gi(a n c th i v i ngu n

n c

Quá trình khoáng hoá các ch t h(u c nhi m b n trong ngu n n c

Do hai quá trình trên n ng các ch t ô nhi m a vào ngu n n c sau m t th i

gian s- gi m xu ng én m t m c nào ó

/ i v i ngu n n c có dòng ch y (sông) n c th i c pha loãng v i ngu n

n c và theo dòng ch y ' ra bi n hay m t n i nào ó Quãng ng có có th chia

thành nh(ng vùng nh sau:

Vùng ngay mi ng c ng x n c th i

Vùng ph#c h i l i tr ng thái bình th ng Quá trình t! làm s ch ã k t thúc

Kh n5ng t! làm s ch ngu n n c ph# thu c vào nhi u nhân t : quan tr ng nh t là

l u l ng c a ngu n n c, m&t thoáng ngu n n c, sâu c a ngu n n c, nhi t

,…

/ xác nh m c c n thi t làm s ch n c th i tr c khi cho x ra ngu n n c,

c n ánh giá chính xác kh n5ng t! làm s ch c a ngu n n c b)ng cách ti n hành nghiên

c u c n th*n v thu3 v5n, thu3 sinh và thành ph n hoá lý c a ngu n n c

Hình7.2: Phân chia các vùng c a dòng ch y theo kh n ng t làm s ch c a ngu n n c

Khi xác nh m c xáo tr n gi(a n c th i v i n c sông không l y toàn b l u

l ng n c sông túnh vì khía c nh c ng x quá trình xáo tr n ch a th t hoàn toàn

ch+ t mà ch+ t hoàn toàn m t kho ng cách nào ó xa c ng x m&t khác, t+ l gi(a

l u l ng n c th i và l u l ng n vs ngu n càng l nthì kho ng cách t$ c ng x én

i m tính toán (là n i ã th!c hi n quá trình xáo tr n hoàn toàn) s- càng l n

1.2.2.2 C s lý thuy t cho x lý n c b ng ph ng pháp sinh h c

a Quá trình hi u khí và hi u khí không b t bu c (tùy nghi)

/ thi t k và v*n hành m t b x lý sinh h c có hi u qu chúng ta ph i n,m v(ng

các ki n th c sinh h c có liên quan n quá trình x lý Trong các b x lý sinh h c các

vi khu n óng vai trò quan tr ng hàng u vì nó ch u trách nhi m phân h y các thành

ph n h(u c trong n c th i Trong các b bùn ho t tính m t ph n ch t th i h(u c s-

8

c các vi khu n hi u khí và hi u khí không b,t bu c s d#ng l y n5ng l ng

t'ng h p các ch t h(u c còn l i thành t bào vi khu n m i Vi khu n trong b bùn ho t

tính thu c các gi ng Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium,

Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai lo i vi khu n nitrát hóa là Nitrosomonas

và Nitrobacter Ngoài ra còn có cáclo i hình s i nh Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix,

Lecicothrix và Geotrichum Ngoài các vi khu n các vi sinh v*t khác c"ng óng vai trò

quan tr ng trong các b bùn ho t tính Ví d# nh các nguyên sinh ng v*t và Rotifer 5n

các vi khu n làm cho n c th i u ra s ch h n v m&t vi sinh

Khi b x lý c xây d!ng xong và a vào v*n hành thì các vi khu n có s4n

trong n c th i b,t u phát tri n theo chu k% phát tri n c a các vi khu n trong m t m

c y vi khu n Trong th i gian u, s m a h th ng x lý vào ho t ng 'n nh có

th dùng bùn c a các b x lý ang ho t ng g n ó cho thêm vào b m i nh là m t

hình th c c y thêm vi khu n cho b x lý Chu k% phát tri n c a các vi khu n trong b x

lý bao g m 4 giai o n:

Giai o n ch*m (lag-phase): x y ra khi b b,t u a vào ho t ng và bùn c a

các b khác c c y thêm vào b /ây là giai o n các vi khu n thích nghi

v i môi tr ng m i và b,t u quá trình phân bào

Giai o n t5ng tr ng (log-growth phase): giai o n này các t bào vi khu n ti n

hành phân bào và t5ng nhanh v s l ng T c phân bào ph# thu c vào th i

gian c n thi t cho các l n phân bào và l ng th c 5n trong môi tr ng

Giai o n cân b)ng (stationary phase): lúc này m*t vi khu n c gi( m t s

l ng 'n nh Nguyên nhân c a giai o n này là (a) các ch t dinh d 0ngc n

thi t cho quá trình t5ng tr ng c a vi khu n ã b s d#ng h t, (b) s l ng vi

khu n sinh ra b)ng v i s l ng vi khu n ch t i

Giai o n ch t (log-death phase): trong giai o n này s l ng vi khu n ch t i

nhi u h n s l ng vi khu n c sinh ra, do ó m*t vi khu n trong b gi m

nhanh Giai o n này có th do các loài có kích th c kh ki n ho&c là &c i m

c a môi tr ng

9

C"ng c n nó thêm r)ng th trên ch+ mô t s! t5ng tr ng c a m t qu n th vi

khu n n c Th!c t trong b x lý có nhi u qu n th khác nhau và có th t5ng

tr ng gi ng nhau v d ng nh ng khác nhau v th i gian t5ng tr ng c"ng nh +nh c a

th Trong m t giai o n b t k% nào ó s- có m t loài có s l ng ch o do th i

i m ó các i u ki n nh pH, oxy, dinh d 0ng, nhi t phù h p cho loài ó S! bi n

ng v các vi sinh v*t ch o trong b x lý c bi u di n trong hình bên d i Khi

thi t k và v*n hành h th ng x lý chúng ta ph i ý t i c h vi sinh v*t này, không

nên ngh6 r)ng ây là m t "h p en" v i nh(ng vi sinh v*t bí m*t

Hình 7.4: th v s t ng tr ng t ng i c a các vi sinh v t trong b x lý n c th i

Hình 7.3: th i n hình v s t ng tr ng c a vi khu n trong b x lý

10

Nh ã nói trên vi khu n óng vai trò quan tr ng hàng u trong các b x lý

n c th i Do ó trong các b này chúng ta ph i duy trì m t m*t vi khu n cao t ng

thích v i l u l ng các ch t ô nhi m a vào b /i u này có th th!c hi n thông qua

quá trình thi t k và v*n hành Trong quá trình thi t k chúng ta ph i tính toán chính xác

th i gian t n l u c a vi khu n trong b x lý và th i gian này ph i l n các vi khu n

có th sinh s n c Trong quá trình v*n hành, các i u ki n c n thi t cho quá trình t5ng

tr ng c a vi khu n (pH, ch t dinh d 0ng, nhi t , khu y tr n ) ph i c i u ch+nh

m c thu*n l i nh t cho vi khu n

T+ l bùn b m hoàn l u v b ph n ng Các ch t dinh d 0ng

Các y u t môi tr ng (nhi t , pH)

B l c sinh

Hi u su t thông khí T+ l hoàn l u Cách s,p x p các c t l c Cách phân ph i l u l ng n c

B ph*n truy n ng M*t c a nguyên li u c u t o 6a V*n t c quay

T+ l bùn b m hoàn l u v b ph n ng Các ch t dinh d 0ng

Các y u t môi tr ng (nhi t , pH)

B l c sinh

11

Hi u su t thông khí T+ l hoàn l u Cách s,p x p các c t l c Cách phân ph i l u l ng n c

B ph*n truy n ng M*t c a nguyên li u c u t o 6a V*n t c quay

Các h th ng y m khí ng d#ng kh n5ng phân h y ch t h(u c c a vi sinh v*t

trong i u ki n không có oxy Quá trình phân h y y m khí ch t h(u c r t ph c t p liên

h n hàng tr5m ph n ng và s n ph m trung gian Tuy nhiên ng i ta th ng n gi n

hóa chúng b)ng ph ng trình sau ây:

y m khí CH 4 + CO 2 + H 2 + NH 3 + H 2 S

Quá trình phân h y y m khí c chia thành 3 giai o n chính nh sau:

Phân h y các ch t h(u c cao phân t

T o nên các axít

T o methane

Giai o n I

Hình 7.5: Ba giai o n c a quá trình lên men y m khí (Mc Cathy, 1981)

Các nhân t môi tr ng nh h ng n quá trình lên men y m khí

12

Quá trình lên men y m khí có th c kh i ng m t cách nhanh chóng n u nh

ch t th i c a m t h m ang ho t ng c dùng làm ch t m i ( a vi khu n ang

ho t ng vào m ) Hàm l ng ch t r,n trong nguyên li u n p cho h m nên c

i u ch+nh m c 5 ¸ 10%, 90 ¸ 95% còn l i là n c

nh h ng c a nhi t

Nhi t và s! bi n 'i c a nhi t trong ngày và các mùa nh h ng n t c

phân h y ch t h(u c Thông th ng biên nhi t sau ây c chú ý n trong quá

trình x lý y m khí:

25 - 40oC: ây là kho ng nhi t thích h p cho các vi sinh v*t a m

50 - 65oC: nhi t thích h p cho các vi sinh v*t a nhi t

Nói chung khi nhi t t5ng t c sinh khí t5ng nh ng nhi t trong kho ng

40-45oC thì t c sinh khí gi m vì kho ng nhi t này không thích h p cho c hai lo i

vi khu n, nhi t trên 60oC t c sinh khí gi m t ng t và quá trình sinh khí b k m

hãm hoàn toàn 65oC tr lên

Hình 7.6: nh h ng c a nhi t lên kh n ng sinh khí c a h m

7 các n c vùng ôn i nhi t môi tr ng th p; do ó t c sinh khí ch*m và

nhi t d i 10oC th tích khí s n xu t c gi m m nh / c i thi n t c sinh khí

ng i ta có th dùng Biogas un nóng nguyên li u n p, ho&c un n c nóng trao 'i

nhi t qua các ng hình xo,n c l,p &t s4n trong lòng h m Ngoài ra ng i ta còn dùng

các t m nh!a trong bao h m l i, nhi t bên trong t m nh!a trong s- cao h n nhi t

môi tr ng t$ 5 8 10oC, ho&c thi t k cho ph n trên h m ch a n c và l ng n c

này c un nóng lên b)ng b c x m&t tr i, ho&c t o l p cách nhi t v i môi tr ng b)ng

cách ph phân compost ho&c lá cây lên h m

nh h ng c a pH và ki m (alkalinity)

pH trong h m nên c i u ch+nh m c 6,6 8 7,6 t i u trong kho ng 7 8 7,2

vì tuy r)ng vi khu n t o acid có th ch u c pH th p kho ng 5,5 nh ng vi khu n t o

methane b c ch pH ó pH c a h m có khi h xu ng th p h n 6,6 do s! tích t# quá

các acid béo do h m b n p quá t i ho&c do các c t trong nguyên li u n p c ch

ho t ng c a vi khu n methane Trong tr ng h p này ng i ta l*p t c ng ng n p cho

13

h m vi khu n sinh methane s d#ng h t các acid th$a, khi h m t c t c

sinh khí bình th ng tr l i ng i ta m i n p l i nguyên li u cho h m theo úng l ng

quy nh Ngoài ra ng i ta có th dùng vôi trung hòa pH c a h m Alkalinity c a

h m nên c gi( kho ng 1.000 - 5.000 mg/L t o kh n5ng m t t cho nguyên

li u n p

nh h ng c a m n

Th ng trên 90% tr ng l ng nguyên li u là n c TTNLM ã tìm hi u kh n5ng

sinh Biogas c a h m tùy thu c n ng mu i trong n c K t qu cho th y vi khu n

tham gia trong quá trình sinh khí methane có kh n5ng d n d n thích nghi v i n ng

c a mu i 5n NaCl trong n c V i n ng < 0,3% kh n5ng sinh khí không b gi m

áng k Nh v*y vi c v*n hành các h th ng x lý y m khí t i các vùng n c l trong

mùa khô không g&p tr ng i nhi u

Các ch t dinh d ng

/ b o m n5ng su t sinh khí c a h m , nguyên li u n p nên ph i tr n t

c t+ s C/N t$ 25/1-30/1 b i vì các vi khu n s d#ng carbon nhanh h n s d#ng m

t$ 25-30 l n Các nguyên t khác nh P, Na, K và Ca c"ng quan tr ng i v i quá trình

sinh khí tuy nhiên C/N c coi là nhân t quy t nh

nh h ng l ng nguyên li u n p

nh h ng c a l ng nguyên li u n p có th bi u th b)ng 2 nhân t sau:

Hàm l ng ch t h(u c bi u th b)ng kg COD/m 3 /ngày hay VS/m3/ngày

Th i gian l u tr( h9n h p n p trong h m HRT

L ng ch t h(u c n p cao s- làm tích t# các acid béo do các vi khu n giai o n

3 không s d#ng k p làm gi m pH c a h m gây b t l i cho các vi khu n methane

nh h ng c a các ch t khóang trong nguyên li u n p

Các ch t khóang trong nguyên li u n p có tác ng tích c!c ho&c tiêu c!c n quá

trình sinh khí methane Ví d# n ng th p Nikel làm t5ng quá trình sinh khí

Các ch t khóang này còn gây hi n t ng c ng h ng ho&c i kháng Hi n t ng

c ng h ng là hi n t ng t5ng c tính c a m t nguyên t do s! có m&t m t nguyên t

14

Khu y tr n

Khu y tr n t o i u ki n cho vi khu n ti p xúc v i ch t th i làm t5ng nhanh quá

trình sinh khí Nó còn làm gi m thi u s! l,ng ng c a các ch t r,n xu ng áy h m và s!

t o b t và váng trên m&t h m

D!a vào kh n5ng s ng c a VSV phân h y – oxy hóa các ch t h(u c d ng

keo và hòa tan có trong n c th i Bao g m:

XL sinh h c trong i u ki n t! nhiên: cánh ng t i, bãi l c, h sinh h c,…

XL sinh h c trong i u ki n nhân t o: b l c sinh h c, b k khí, b hi u

1.2.2.3 X lý n c th i b ng ph ng pháp sinh h c trong i u ki n t nhiên

chi u sâu c a ao, h

X lý ch t h(u c hòa tan

n c m&t; l p gi(a là quá trình k khí không b,t

bu c; l p áy h là quá trình k khí

X lý n c th i qua l c ho&c ch a qua l c, n c

th i công nghi p

có khu y

tr n

Cách kho ng

ho&c song song

n i ti p ho&c song song

B ng 7.4: Các thông s tham kh o trong quá trình thi t k

1.2.2.4 X lý n c th i b ng ph ng pháp sinh h c trong i u ki n nhân t o

a T&ng quan

16

b X lý hi u khí, các d ng b x lý hi u khí

B bùn ho t tính

Quá trình bùn ho t tính hay b hi u khí (Aerotank) là quá trình x lý sinh h c hi u

khí, trong ó n ng cao c a vi sinh v*t m i c t o thành c tr n u v i n c

th i Quy trình x lý n c th i b)ng bùn ho t tính c th!c hi n n c Anh t$ n5m

1914, ã c duy trì và phát tri n n nay, v i ph m vi ng d#ng r ng rãi x lý n c

th i sinh ho t và n c th i công nghi p

Bùn ho t tính bao g m nh(ng sinh v*t s ng k t l i thành d ng h t ho&c d ng bông

v i trung tâm là các ch t n n r,n l l ng (40%) Ch t n n trong bùn ho t tính có th n

90% là ph n chaát r,n c a rêu, t o và các ph n sót r,n khác nhau Bùn hi u khí d ng

bông bùn vàng nâu, d l,ng là h keo vô nh hình còn bùn k: khí d ng bông ho&c d ng

h t màu en Nh(ng sinh v*t s ng trong bùn là vi khu n n bào ho&c a bào, n m men,

n m m c, x khu n, các ng v*t nguyên sinh và ng v*t h ;ng, dòi, giun, ôi khi là

các u trùng sâu b Vai trò c b n trong quá trình làm s ch n c th i c a bùn ho t tính

là vi khu n, có th chia ra làm 8 nhóm

Trong n c th i các t bào c a loài Zooglea có kh n5ng sinh ra bao nh y xung

quanh t bào có tác d#ng g,n k t các vi khu n các h t l l ng khó l,ng các ch t màu ch t

gây mùi… và phát tri n thành các h t bông c&n Các h t bông c&n này khi c khu y

o và th'i khí s- d n d n l n lên do h p ph# nhi u h t r,n l l ng nh., t bào vi sinh

v*t, nguyên sinh ng v*t và các ch t c Nh(ng h t bông này khi ng$ng th'i khí ho&c

khi các c ch t c n ki t, chúng s- l,ng xu ng t o ra bùn ho t tính Trong bùn ho t tính

luôn có m&t ng v*t nguyên sinh mà i di n là Sarcodina, Mastigophora, Ciliata,

Suctoria và vài lo i sinh v*t ph c t p khác Quan h gi(a ng v*t nguyên sinh và vi

khu n là quan h “M i - thú” thu c cân b)ng ng ch t h(u c - vi khu n - ng v*t

nguyên sinh Khi bùn l,ng xu ng là “bùn già” ho t tính bùn b gi m Ho t tính c a bùn

có th c ho t hoá tr l i b)ng cách cung c p y dinh d 0ng và c ch t h(u c

Ph n l n các vi sinh v*t u có kh n5ng xâm chi m, bám dính trên b m&t v*t r,n khi có

c ch t, mu i khoáng và oxi t o nên màng sinh h c d ng nh y có màu thay 'i theo

thành ph n n c th i t$ vàng xám n nâu t i Trên màng l c sinh h c có ch a hàng tri u

n hàng t3 t bào vi khu n, n m men, n m m c và m t s ng v*t nguyên sinh khác

Tuy nhiên khác v i h qu n th vi sinh v*t trong bùn ho t tính thành ph n loài và s

l ng các loài trong màng sinh h c t ng i ng nh t Công th c bùn ho t tính th ng

17

Hình 7.7 S h th ng hi u khí

Quá trình sinh h c x y ra qua 3 giai o n:

Giai o n 1: Bùn ho t tính hình thành và phát tri n Lúc này, c ch t và ch t dinh

d 0ng ang r t phong phú, sinh kh i bùn còn ít Theo th i gian, quá trình thích nghi c a

vi sinh v*t t5ng, chúng sinh tr ng r t m nh theo c p s nhân, sinh kh i bùn t5ng m nh

Vì v*y, l ng oxy tiêu th# t5ng d n, vào cu i giai o n này r t cao T c tiêu th# oxy

vào cu i giai o n này có khi g p 3 l n giai o n 2 T c phân h y ch t b n h(u c

t5ng d n

Giai o n 2: Vi sinh v*t phát tri n 'n nh, ho t l!c enzym t t i a và kéo dài

trong th i gian ti p theo T c phân h y ch t h(u c t t i a, các ch t h(u c b phân

h y nhi u nh t T c tiêu th# oxy g n nh không thay 'i trong m t th i gian khá dài

Giai o n 3: T c tiêu th# oxy có chi u h ng gi m d n và sau ó l i t5ng lên

T c phân h y ch t b n h(u c gi m d n và quá trình Nitrat hóa Amôniac x y ra Sau

cùng, nhu c u tiêu th# oxy l i gi m và quá trình làm vi c c a Aerotank k t thúc

18

Hình 7.8 B bùn ho t tính

H th ng b bùn ho t tính g m các lo i: b bùn ho t tính truy n th ng, b bùn

ho t tính ti p xúc-'n nh, b bùn ho t tính thông khí kéo dài, b bùn ho t tính thông khí

cao có khu y o hoàn ch+nh, b bùn ho t tính ch n l c

B bùn ho t tính truy n th ng: Bùn ho t tính dòng truy n th ng u tiên c s

d#ng là các b n hi u khí dài, h2p L ng oxy c n dùng thay 'i d c theo chi u dài c a b

ph n ng sinh hóa Do ó h th ng này s d#ng các thi t b thông gió làm thoáng b m&t

l ng oxy cung c p phù h p v i nhu c u s d#ng d c theo chi u dài b B ph n ng

th ng có d ng hình ch( nh*t, v i dòng vào và tu n hoàn bùn ho t tính i vào b 1 u

và ch t l.ng trong b c hòa tr n (dòng th i) s- i ra u i di n Mô hình dòng

ch y g n gi ng nh h th ng dòng ch y u, v i s! phân b th i gian l u ch t ph# thu c

vào t3 l chi u dài và chi u r ng c a b n ch a, h9n h p trong b g m oxy do thi t b

cung c p, các ch t n n có s4n trong dòng vào và dòng ra

L ng không khí c p vào t$ 55 m3/1kg BOD5 n 65 m3/1kg BOD5 c n kh Ch+

s th tích bùn th ng dao ng t$ 50 – 150 ml/g bùn, tu'i c a bùn th ng t$ 3 – 15

ngày N ng BOD u vào th ng < 400mg/l, hi u qu làm s ch th ng t$ 80 – 95%

B bùn ho t tính ti p xúc - n nh: H th ng này chia b ph n ng thành 2

vùng: vùng ti p xúc là n i x y ra quá trình chuy n hóa các v*t ch t h(u c trong n c

th i u vào và vùng 'n nh là n i bùn ho t tính tu n hoàn t$ thi t b l c c s#c khí

'n nh v*t ch t h(u c Do n ng ch t r,n l l ng trong n c khá cao trong vùng b

'n nh (t ng ng v i n ng bùn ho t tính tu n hoàn), t'ng th tích b ph n ng

sinh hóa (vùng ti p xúc và 'n nh) có th nh h n, gi ng nh lo i b bùn ki u truy n

th ng, trong khi v1n duy trì th i gian l u bùn nh c" Vì v*y, b bùn lo i này c s

d#ng có th v$a làm gi m th tích b ph n ng, ho&c có th làm gia t5ng kh n5ng l u

ch a bùn c a b bùn ho t tính truy n th ng

19

Trong vùng ti p xúc, th i gian lưu t$ 20 – 60 phút (ph# thu c nồng độ dịng

vào) Dịng bùn tái sinh th ng chi m 25 – 75% dịng n c th i u vào Th tích c a

vùng 'n nh chi m 50 – 60% t'ng th tích c a tồn h th ng, v i th i gian l u n c

th ng t$ 0,5 – 2 gi , trong khi th tích vùng ti p xúc là 30 – 35% t'ng th tích chung,

v i th i gian l u n c là 4 – 6 gi tùy thu c vào dịng bùn ho t tính tu n hồn Hi u qu

x lý c a h th ng này th ng t 85 – 95% BOD5 và các ch t r,n l l ng

Hình 7.9 B bùn ho t tính ti p xúc - n nh

B bùn ti p xúc-'n nh th ng dùng trong x lý n c th i sinh ho t v i l ng

áng k các h p ch t h(u c d i d ng các ph n t ch t r,n

B bùn ho t tính thơng khí kéo dài: Th ng cĩ th i gian l u bùn kéo dài 'n

nh l ng sinh kh i r,n t$ quá trình chuy n hĩa c a các v*t ch t h(u c b phân h y b i

vi khu n Th i gian l u bùn th ng kéo dài t$ 20 – 30 ngày, ng ngh6a v i vi c c n th i

gian l u n c kho ng 24 gi duy trì kh n5ng pha tr n n ng các ch t r,n l l ng

trong n c Th i gian l u n c kéo dài cĩ 2 tác d#ng: làm gi m l ng ch t r,n b lo i b

và làm t5ng s! 'n nh c a quá trình Tuy nhiên, i v i b ph n ng lo i l n thì y u t

20

Hình 7.10: H th ng b bùn ho t tính thơng khí kéo dài

B bùn ho t tính thơng khí c ng cao cĩ khu y o hồn ch nh: B hi u khí

cĩ t c thơng khí c ng cao và khu y o hồn ch+nh là lo i Aerotank t ng i lý

t ng x lý n c th i cĩ m c ơ nhi m c"ng nh n ng các ch t l l ng cao

Aerotank lo i này s- cĩ th i gian làm vi c ng,n Rút ng,n c th i gian thơng khí b)ng

v*n hành t3 s F/M cao, gi m tu'i th bùn ho t tính (th i gian l u bùn trong b ng,n)

Trong b Aerotank khu y o hồn ch+nh, n c th i, bùn ho t tính, oxy hịa tan c

khu y tr n u, t c th i Do v*y, n ng bùn ho t tính và oxy hịa tan c phân b u

m i n i trong b và d1n n quá trình oxy hĩa c ng u và hi u qu cao

Hình 7.11 B Aerotank thơng khí c ng cao cĩ khu y o hồn ch nh

D!a trên nguyên lý làm vi c c a aerotannk khu y o hồn ch+nh, ng i ta thay khơng khí nén b)ng cách s#c oxy tinh khi t B ph n ng th ng cĩ nhi u ng5n, kín và

cung c p các dịng n c giàu oxy d ng khí hịa tr n trong ch t l.ng Dịng n c th i

vào và dịng bùn ho t tính tu n hồn ch+ c a vào ng5n u tiên cùng v i oxy

(th ng tinh khi t 98%) 7 m9i ng5n cĩ s! pha tr n hồn tồn trong t$ng ơ S! pha tr n

các ch t r,n l l ng và oxy hịa tan c cung c p cho m9i ng5n Các lo i máy mĩc s

d#ng trong lo i b này là: máy th'i khí b m&t t c nh và tuabin &t trong n c Vi c

s d#ng ngu n oxy cĩ tinh khi t cao s- cĩ tác d#ng làm gia t5ng n ng oxy tham gia

trong m9i ng5n, vì v*y s- làm t5ng t3 l chuy n hĩa th tích oxy h n so v i h th ng s

d#ng khơng khí /i u này s- làm cho th tích b ph n ng sinh hĩa c n s d#ng nh l i,

vì v*y th i gian l u n c ch+ cịn kho ng 2 – 4 gi Th i gian l u bùn t i thi u t$ 1 – 2

X ra ngu n

ti p nh*n

X bùn d

21

ngày th ng c s d#ng x lý n c th i sinh ho t, còn i v i n c th i công

nghi p c n th i gian l u bùn dài h n

Hình 7.12 Aerotank v i khí nén là oxy

B bùn ho t tính ch n l c: B bùn ho t tính này ch+ m i c phát minh g n ây,

c dùng ki m soát s! t5ng tr ng quá m c c a các vi khu n lên men, có th g m

các loài gây h i Nó cung c p i u ki n môi tr ng có l i cho s! t5ng tr ng c a các vi

sinh v*t k t bông, k t qu là làm gia t5ng kh n5ng l,ng ng c a bùn ho t tính B bùn

ho t tính ch n l c s d#ng 2 c ch th!c hi n ch n l c các vi sinh v*t: ng h c và

trao 'i ch t C ch ng h c c th!c hi n b)ng cách l i d#ng t i tr ng u vào cao,

do ó cung c p kh n5ng ch n l c hi u qu vi sinh v*t có th d dàng phân h y các

ch t n n h(u c t c cao C ch trao 'i ch t c ti n hành b)ng cách ki m soát

22

Hình 7.13: B bùn ho t tính ch!n l!c

B bùn ho t tính khu y tr n hoàn toàn

Lo i b bùn ho t tính khu y tr n hoàn toàn ã c phát minh vào cu i nh(ng

n5m 50 c a th k3 XX, m#c ích là x lý n c th i công nghi p có n ng *m &c,

&c bi t là các ch t h(u c khó phân h y Vi c x lý lo i n c th i này th ng khó th!c

hi n trong b bùn ho t tính truy n th ng do n ng các ch t h(u c u vào quá cao,

ng5n ch&n s! t o thành sinh kh i, khi n cho quá trình x lý kém hi u qu

L,ng Dòng vào

23

Hình 7.14 B bùn ho t tính khu y tr n hồn tồn

Hình 7.14 mơ t 2 mơ hình b ph n ng sinh hĩa th ng c s d#ng khu y

tr n hồn tồn Lo i th nh t c s d#ng v i h th ng thơng giĩ khu ch tán, khu y

tr n hồn tồn m t cách hi u qu b)ng cách b' sung dịng vào d c theo chi u dài, ph n

u i m chính c a h th ng này là pha lỗng ngay t c kh,c n ng c a các ch t

c h i (kim lo i n&ng) trong tồn th tích b , khơng x y ra hi n t ng quá t i c#c b

b t c ph n nào c a b , áp d#ng thích h p cho lo i n c th i cĩ ch+ s th tích bùn cao,

c&n khĩ l,ng

Dịng ch y nút (B bùn ho t tính c p khí gi m d n)

S này áp d#ng khi th y r)ng u vào c a b c n l ng oxy l n h n (do n ng

ch t h(u c vào b aerotank c gi m d n t$ u n cu i b ), do ĩ ph i cung c p

khơng khí nhi u h n u vào và gi m d n các ơ ti p theo áp ng c ng tiêu

th# oxy khơng u trong tồn b

Khơng gi ng v i d ng bùn ho t tính truy n th ng, dịng n c thải c a vào

h th ng này nh(ng v trí khác nhau d c theo chi u dài b Cĩ nhi u d ng b bùn ho t

tính lo i này v i vi c phân b v trí cung c p dịng vào tu% thu c vào hình d ng thi t k

L,ng

Dịng vào

Dịng ra

Bùn ho t tính tu n hồn Bùn d