Quá trình xử lý sinh học kỵ khí bằng bể UASB

> Mùi: có trong nước thải là do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào.. Tính chất hóa học Các thông số thể hiện tích chất hóa

I THÀNH PHÀN LÝ - HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI

1 Tính chất vật lý

Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi, nhiệt độ vàlưu lượng

> Màu: nước thải mới có màu nâu hơi sáng, tuy nhiên thường là có màu xám có vẩn

đục Màu sắc của nước thải sẽ thay đổi đáng kể nếu như bị nhiễm khuẩn, khi đó sẽ có màu đentối

> Mùi: có trong nước thải là do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp chất

hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào

> Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban đầu, do

có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc sản xuất

> Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một đặc tính vật lý của

nước thải, có đơn vị nrVngười.ngày Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi theo ngày

2 Tính chất hóa học

Các thông số thể hiện tích chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, vô cơ và khí.Hay đề đơn giản hóa, người ta xác định các thông số như: độ kiềm, BOD, COD, các chất khí hòatan, các hợp chất N, p, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù và không tan) và nước

> Độ kiềm: thực chất độ kiềm là môi trường đệm đe giữ pH trung tính của nước thải

trong suốt quá trình xử lý sinh hóa

> Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy sinh hóa

trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20°c BOD5 trong nước thải sinhhoạt thường nằm trong khoảng 100 - 300 mg/1

> Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng đế xác định lượng chất bị oxy hóa trong nước

thải COD thường trong khoảng 200 - 500 mg/1 Tuy nhiên, có một số loại nước thải công nghiệpBOD có thể tăng rất nhiều lần

> Các chất khí hòa tan: đây là những chất khí có thê hòa tan trong nước thải Nước

thải công nghiệp thường có lượng oxy hòa tan tương đối thấp

> Họp chất chứa N: số lượng và loại họp chất chứa N sẽ thay đổi đối với mỗi loại

nước thải khác nhau

>• pH: đây là cách nhanh nhất đe xác định tính axit của nước thải Nồng độ pH khỏang 1

- 14 Để xử lý nước thải có hiệu quả pH thường trong khoảng 6 - 9,5 (hay tối ưu là 6,5 - 8)

> Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hóa p thường trong khoảng 6

-20 mg/1

> Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải có thê xem là chất rắn.

> Nưó'c: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải Trong một số trường hợp,

nước có thể chiếm từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay cả ngay cả trong những loạinước thải ô nhiễm nặng nhất các chất ô nhiễm cũng chiếm 0,5%, còn đối nguồn nước thải đượcxem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%)

a Giai đoạn thủy phân và lên men:

Giai đoạn này được thực hiện trong những điều kiện khác nhau: ấm hay nóng, kị khí hoàntoàn, không hoàn toàn

Giai đoạn này thực hiện việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các acid béo dễ bayhơi ( đặc biệt là acid acctic), các chất khí (CƠ2, H2) và amoniac

Thời gian sinh trưởng của các vi khuân ớ giai đoạn này ngắn hơn so với các giai đoạn khác.Giai đoạn này được gọi là “ pha hóa nước” hay “ pha axit hóa” Gọi là hóa nước có nghĩa là

nó thủy phân các vật chât hữu cơ phức tạp đê có sản phâm bùn lỏng

b Giai đọan aceton:

Đây là giai đoạn đặc biệt với các vi khuẩn được gọi là “ khử bắt buộc proton” hoặc “ vi

khuẩn sản sinh đòi hỏi hydro” Sản phẩm của giai đoạn này là acetat

c Giai đoạn tạo methane (lên men metan)

Người ta tìm thấy 2 nhóm có khả năng thực hiện 2 phản ứng đặc trưng bởi hô hấp kị khí

> Nhóm thứ nhất gọi là acetoclastes, tạo metan từ phân hóa acid acetic

3 Sơ đồ biêu diễn toàn bộ quá trình phân hủy kị khí

Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng SVTH: Nhóm 2

4 Nguyên lý của quá trình methane:

5 Ba giai đoạn của quá trình phân hủy yếm khí

(l)hydrolysis (2) acidiíication (3) methane tbrniaiiơn

6 Nguyên lý xử lý kỵ khí

7 Các nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý kỵ khí

a Nhóm vi khuân thủy phân - Hydrolytic bacteria

Thủy phân Protein, cellulose, lignin, lipid thành acid amin, glucose, acid béo, glycerol

Quá trình có sự xúc tác của enzyme ngoại bào: cellulase, protease, lipase

1 Acid hữu cơ 2 Alcol và keton

Acetic, íòrmic, Ethanol, methanol, glycerol,

propionic, lactic, aceton, acetate, CO2 và H2

butylic, succinic

c Nhóm VK acetic - Acetogenic bacteriaChuyển hóa acid béo, alcol —> acetate, CƠ2 và H2.Đòi hỏi thế Hydro thấp

Thế hidro cao: acetate tạo thành giảm, các chất chuyển hóa thành acid propionic, butyric,ethanol —> metan giảm

Mối quan hệ cộng sinh giữa VK acctic và VK metan

Lactohaciỉỉus Actynomyces

Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng SVTH: Nhóm 2

d

VK metan - Methanogens

VK metan chia thành 3 nhóm phụ

> VK metan hydrogenotrophic: CƠ2 + 4H2 —> CH4 + 2H2O

> Vk metan acetotrophic: CH3COOH —> CH4 + CO2

> Methylotrophic methanogens:

3CH3OH + 6H+ 3CH4 + 3H20 (3.10)4(CH3)3 - N + 6H2O -> 9CH4 + 3CƠ2 + 4NH3

Nhóm VK metan bao gồm cả gram âm và gram dương, tăng trưởng chậm

Methanococcus sp (*a) Thiobacillus sp (*d)

Nitrobacter sp (*c) Nitrosomonas sp (*b)

Desulfovibrio sp (*f) Acinctobactcr sp (*e)

1 Khái niệm:

ƯASB ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là bế phản ứng kị khí, dòng nước chuyến độngthẳng đứng từ dưới lên trên đi qua đệm bùn trong đó bao gồm các sinh khối được hình thành

dưới dạng hạt nhỏ hay lớn Giải pháp này cho phép nước thải tiếp xúc với hạt bùn Các khí sinh

ra trong quá trình thủy phân lại là nguyên nhân tạo nên sự chuyên động bên trong đệm bùn

Bê lăng sau bê phản ứng có thê hợp khôi hoặc tách riêng Dựa trên nguyên lí đệm này nênhiện nay có nhiều kiểu thiết bị khác nhau

Nguvên tắc: Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bê và nước

thải đi lên với vận tốc 0.6 - 0.9 m/h Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí xảy ra(bùn + nước thải) tạo ra khí (70 - 80% CH4)

Sơ đồ thiết bị phản ứng UASB trong phòng thỉ nghiệm

D<STRIBWTIOW

srrrEM

Ọuá trình Nhu cầu oxy hóa

học, COD vào(mg/l)

Thời gian lunnước trong bể (h)

Tải trọng chất hữu

cơ ( kgCOD/m3.ngày)

Hiệu suất khửCOD (%)

Quá trình phân hủy các chất nền tạo ra hai vùng riêng biệt trong bể: lớp bùn và đệm bùn.

> Lóp bùn chiếm khoảng V A dưới đáy be (theo chiều cao) là một lớp hạt bùn với nồng

độ 5 -7%

> Đệm bùn nằm ở phía trên lớp bùn với nồng độ chất rắn rất cao từ 1000-3000mg/l baogồm những hạt bùn nhỏ luôn chuyển động, không gian của đệm bùn kể từ phía trên lóp bùn đến

Bc mặt của bể phản ứng có nồng độ chất rắn thấp nhất

Nước chuyên động từ dưới lên trên và được tiếp xúc với lớp bùn và xảy ra quá trình phân

hủy sinh học Trước khi vào ngăn lắng, nước chảy qua những tấm chắn đế tách khí Các bọt khíkhi bám vào các hạt bùn được giữ lại trong những túi nằm phía dưới tấm chắn và cuối cùng thì

được thoát ra ngoài khi áp suất đã đủ lớn

Nước trong ngăn lắng tràn qua máng thu đê đưa ra ngoài, bùn lắng lại trong ngăn lắng tuầnhoàn ở phía dưới ngăn lắng Vì Sinh khối ở dạng hạt nên quá trình lắng xảy ra rất có hiệu quả,

thêm vào đó là việc bố trí rất nhiều vách ngăn làm thay đổi dòng chảy nhiều lần tạo thuận lợi choviệc tách khí và do đó khí không gây cản trở cho quá trình lắng

Từ nguyên lý hoạt động của thiết bị có thể thấy ràng chìa khóa thành công của UASB là vấn

đề tạo hạt bùn

Lý

❖ Lý thuyết spaghetti trong việc tạo thành bùn hạt:

Sự hình thành bùn hạt trong thực tế là một quá trình tự nhiên Hiện tượng này thường xuất

hiện trong tất cả các hệ thống xử lý nước thải dùng công nghệ sinh học đáp ứng được nhũng điềukiện cơ bản

Một trong những lý thuyết đê giải thích quá trình tạo hạt của bùn là lý thuyết “spaghetti”,

trong đó vi sinh vật dạng sợi đan xen vào nhau tạo thành một viên nấm (viên spaghetti)

Các viên ban đầu này có thố hình thành một bồ mặt lôi kéo các vi sinh vật khác tham gia vàoquá trình phân huỷ kỵ khí và hình thành bùn hạt

1-1.5 mm

Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng SVTH: Nhóm 2

lí Các vi khuẫin methan khác nhau Hỉ Dan chéo nhau tạo thảnh bông

III: Tạo thành viên spaghetti

IV: các ví khuẫn kỵ khí ỉiÁn lên bề mậtvièn spaghettivà tạo thành bùn hạt

Ba quá trình: phân hủy - lắng bùn - tách khí diễn ra trong cùng một công trình;

Vì bùn kỵ khí có thc hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không hoạt độngnên bể có khả năng hoạt động theo mùa

Xử lí được hàm lượng chất hữu cơ cao, tối đa là 4000 mg/1, BOD 500 mg/1, điều này khôngthể thực hiện được ở các bể sinh học hiếu khí hay chỉ áp dụng ở những bể đặc biệt như Aerotankcao tải So với Aerotank (0.3 - 0.5 kgBOD/m3/ngày) thì bể ƯASB chịu được tải trọnggấp 10 lầnkhoảng 3-8 kgBOD/mVngày, từ đó giảm được thể tích bể.

Không tốn năng lượng cho việc cấp khí vì đây là bê xử lí sinh học kị khí, đối với các bế hiếukhí thì năng lượng này là rất lớn

Xử lí các chất độc hại, chất hữu cơ khó phân hủy rất tốt

Khả năng chịu sốc cao do tải lượng lớn

ít tốn diện tích

b Nhược điểm

Khởi động lâu, phải khởi động một tháng trước khi hoạtđộng

Hiệu quả xử lí không ổn định vì đây là quá trinh sinh học xảy ra tự nhiên nênchúng ta khôngthể can thiệp sâu vào hệ thống

Lượng khí sinh ra không ôn địnhgây khó khăn cho vận hành hệ thống thu khí

Xử lí không đạt hiệu quả khi nồng độBOD thấp

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí

b Thời gian lun:

Tùy thuộc nuớc thải và điều kiện môi truờng Đủ lâu cho phép các hoạt động trao đổi kỵ khíxảy ra

và VK khửtranh ở tỷ số2.7

có lợi cho VK

Phương pháp sinh học xử lý môi tnrờng SVTH: Nhóm 2

III ỨNG DỤNG BẺ UASB ĐẺ xử LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Khảo sát và phân tích mẫu nước thải chưa qua hệ thống xử lý tại một số nhà máy chế biếnthủy sản cho thấy:

❖ Lý Hàm lượng ô nhiễm hữu cơ (BOD) cao gấp 20 đến 40 lần;

❖ Lý Hàm lượng vi sinh (colitòrm) vượt gấp ngàn lần và hàm lượng chất rắn lơ lửng trongnước (SS) vượt hơn 100 lần tiêu chuẩn nước thải công nghiệp cho phép thải vực nướcdùng làm mục đích sinh hoạt (TCVN 5945:2005 cột A)

❖ Lý Thu gom, cân bằng nước thải và tách dầu mở

❖ Lý Xử lý bậc 1 bằng phương pháp sinh học yếm khí trong bể UASB

❖ Lý Xử lý bậc 2 bằng phương pháp sinh học hiếu khí trong bổ AEROTEN

❖ Lý Xử lý bậc 3 bằng phương pháp hóa lý: keo tụ, lắng lọc và khử trùng

Bùn lắng tụ được hút vào ngăn chứa bùn, bể phân hủy bùn và cuối cùng được hút thải vào bãirác hoặc dùng đê bón cây

Bê lọc áp lực

Nguồn tiếp nhận (QCVN 24:2 009/BTNMT, cột A)

Diễn giải công nghệ:

❖ Lý Nước thải trước khi đi vào bể gom được tách các chất rắn thô bằng lưới chắn rác Nước thảisau khi qua SCR sê tự chảy qua bể tách dầu kết hợp bể lắng cát

Nước sau khi qua bể tách dầu kết hợp bể lắng cát sẽ tự chảy vào bề điều hòa, máy khuấy trộnchìm sẽ hòa trộn đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn ở bềsinh ra mùi khó chịu

Nước sau be điều hòa được bơm lên bổ UASB Đây là công trình sinh học hoạt động trongđiều kiện kỵ khí, xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao

Nước thải sau khi qua bể ƯASB sẽ tự chảy vào cụm be anoxic và be aerotank

Nước sau cụm bê anoxic - aerotank tự chảy vào bê lắng Nước được phân phối vào ống trungtâm của bế lắng và được hướng dòng từ trên xuống

Các bông cặn vi sinh sê va chạm, tăng kích thước và khối lượng trong quá trình chuyển độngtrong ổng tung tâm

Bùn lang xuống đáy bế Một phần được tuần hoàn lại bế anoxic, một phần được đưa đến bcchứa bùn

Nước trong chảy tràn qua máng răng cưa của bể lắng và tự chảy vào bể trung gian lưu giữnước trong khoảng thời gian nhất định

Băng Kết quả nước thải đâ u ra nhà máy chế biến thủy sản sau khi xử lý.

“> Như vậy, hệ thống xử lý nước thãi đã loại bỏ 90% chất rắn lơ lửng, 96-97%

COD, BOD