đồ án tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản công suất 400m3ngày đêm

đồ án này tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản với công suất hoạt động là 400m3 trong một ngày đêm. đồ án miêu tả các khâu phát sinh chất thải trong nhà máy cũng như tính toán các thông số cần thiết để có thể thiết kế được hệ thống hoàn thiện

Danh mục hình 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 MỞ ĐẦU 3

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài 3

1.1.2 Mục đích 3

1.1.3 Phương pháp thực hiện 4

1.2 NGUỒN GỐC PHÁT SINH, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN 4

1.2.1 Nguồn gốc phát sinh các chất ô nhiễm trong ngành chế biến thủy sản 4

1.2.2 Thành phần và tính chất nước thải 6

1.2.3 Tác động của nước thải chế biến thủy hải sản đến môi trường 6

Các chất hữu cơ 7

Chất rắn lơ lửng 7

Chất dinh dưỡng (N, P) 7

Vi sinh vật 8

1.3 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học 9

1.3.1.1 Song chắn rác 9

1.3.1.2 Bể lắng cát 9

1.3.1.3 Bể lắng 9

1.3.1.3.1 Bể lắng đứng 10

1.3.1.3.2 Bể lắng ngang 10

1.3.1.3.3 Bể lắng ly tâm 10

1.3.1.3.4 Bể vớt dầu mở 10

1.3.1.3.5 Bể lọc 11

Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học 11

1.3.2 Phương pháp xử lý hóa lý 11

1.3.2.1 Phương pháp keo tụ và đông tụ 11

1.3.2.2 Tuyển nổi 13

1.3.2.3 Hấp phụ 13

1.3.2.4 Phương pháp trao đổi ion 14

1.3.2.5 Các quá trình tách bằng màng 14

1.3.2.6 Phương pháp điện hóa 15

1.3.3 Phương pháp sinh học 15

1.3.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên 16

Hồ sinh vật 16

Cánh đồng tưới - cánh đồng lọc 17

1.3.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo 17

1.3.3.2.1 Bể lọc sinh học 17

1.3.3.2.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí - bể UASB 18

1.3.3.2.3 Quá trình sinh học hiếu khí - bể Aerotank 27

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 31

2.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN 31

2.1.1 Phương án 1 31

2.1.2 Phương án 2 34

2.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 35

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 37

3.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 38

3.2.1 Song chắn rác 38

3.2.2 Bể thu gom 42

3.2.3 Bể điều hòa 43

3.2.4 Bể tuyển nổi 48

3.2.5 Bể trung gian 55

3.2.6 Bể UASB 55

3.2.7 Bể Anoxic 65

3.2.8 Bể Aerotank 67

3.2.9 Bể lắng đứng 76

3.2.10 Bể tiếp xúc khử trùng 82

3.2.11 Bể nén bùn 84

3.2.12 Sân phơi bùn 89

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 90

KẾT LUẬN 90

KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

DO : Dissolved Oxygen – Oxy hòa tan, mg/l

F/M : Food/Micro – Organism – Tỷ lệ lượng thức ăn và lượng vi sinh

vật

SS : Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng, mg/l

TSS : Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng, mg/l

TDS : Total Dissolves Solid – Tổng chất rắn hòa tan, mg/l

SBR : Sequencing Batch Reactor – Bể sinh học phản ứng theo mẻ

UASB : Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor – Bể sinh học kỵ khíXLNT : Xử lý nước thải

BTCT : Bê tông cốt thép

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

Danh mục bảng

Bảng 1.1 chỉ tiêu phân tích 3

Bảng 3.1 hiệu suất các công trình xử lý 37

Bảng 3.2 Các thông số tính cho song chắn rác 39

Bảng 3.3 hệ số β để tính sức cản cục bộ của thanh song chắn 40

Bảng 3.4 Thông số thiết kế song chắn rác 41

Bảng 3.5 thông số thiết kế bể thu gom 43

Bảng 3.6 các dạng xáo trộn trong bể điều hòa 44

Bảng 3.8 tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa 47

Bảng 3.9 các thông số tính toán bể tuyển nổi 48

Bảng 3.10 các thông số tính toán bể tuyển nổi 54

Bảng 3.11 thông số thiết kế bể trung gian 55

Bảng 3.12 thông số thiết kế bể UASB 64

Bảng 3.13 thông số thiết kế bể Anoxic 66

Bảng 3.14 các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn 68

Bảng 3.15 Các thông số thiết kế bể aerotank 75

Bảng 3.16 Các thông số thiết kế bể lắng II (bể lắng đứng) 81

Bảng 3.17 So sánh hiệu quả khử trùng của các phương pháp 82

Bảng 3.18 Tóm tắt các thông số thiết kế bể tiếp xúc khử trùng 84

Bảng 3.19 Các thông số thiết kế bể nén bùn trọng lực 85

Bảng 3.20 Tóm tắt các thông số thiết kế bể nén bùn 88

Danh mục hình

Hình 1.1 Quy trình chế biến mực nang cắt trái thông đống 5

Hình 1.2 quá trình phân hủy sinh học trong quá trình kỵ khí: 19

Hình 1.3 sơ đồ phản ứng xảy ra trong quá trình sinh học kỵ khí 22

Hình 2.1 sơ đồ công nghệ phương án 1 31

Hình 2.2 sơ đồ công nghệ phương án 2 34

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 MỞ ĐẦU

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngành công nghiệp chế biến thủy hải sản đã và đang đem lại những lợi nhuậnkhông nhỏ cho nền kinh tế Việt Nam nói chung và của người nông dân nuôi trồngthủy hải sản nói riêng Nhưng bên cạnh những lợi ích mà nó mang lại như giảm đốinghèo, tăng trưởng GDP cho quốc gia thì nó cũng để lại những hậu quả thật khólường đối với môi trường sống của chúng ta Hậu quả là các con sông, kênh rạchnước bị đen bẩn và bốc mùi hôi thối một phần là do việc sản xuất và chế biến thủyhải sản thải ra một lượng lớn nước thải có mùi hôi tanh vào môi trường mà khôngqua bất kỳ giai đoạn xử lý nào Chính điều này đã gây ảnh hưởng rất lớn đối với conngười và hệ sinh thái gần các khu vực có lượng nước thải này thải ra

Đứng trước những đòi hỏi về một môi trường sống trong lành của người dân,cũng như qui định về việc sản xuất đối với các doanh nghiệp khi nước ta gia nhậpWTO, TPP đòi hỏi mỗi một đơn vị sản xuất kinh doanh phải cần có một hệ thống xử

lý nước thải nhằm giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Đứng trướcnhững đòi hỏi cấp bách đó, nhóm đã tiếng hành nghiên cứu tính toán thiết kế hệthống xử lý nước thải của các nhà máy sản xuất và chế biến thủy hải sản

1.1.2 Mục đích

Xử lý nước thải nhà máy đang xét hoạt động sản xuất thủy sản lưu lượng trungbình là 400 m3/ngày đêm, với các thông số đầu vào ở bảng 1, và mức độ yêu cầu cầnđạt được QCVN 11-MT:2015/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chếbiến thủy sản, cột B để có thể thải vào nguồn tiếp nhận

1.2.1 Nguồn gốc phát sinh các chất ô nhiễm trong ngành chế biến thủy sản

Tùy thuộc vào các loại nguyên liệu như tôm, cá, sò, mực, cua… mà công nghệ sẽ

có nhiều điểm riêng biệt tuy nhiên quy trình sản xuất có các dạng sau:

Hình 1.1 Quy trình chế biến mực nang cắt trái thông đống bao

(nguồn: quy trình chế biến mực trái thông, công ty TNHH Hải Nam)

SS : 1 2

8 –

280 mg/L COD :400 – 2.200 mg/L

N tc : 57 –

126 mg/L

P tc : 23 – 98 mg/L

1.2.2 Thành phần và tính chất nước thải

Với các quy trình công nghệ như trên thì nguồn phát sinh chất thải gây ô nhiễmchủ yếu trong các công ty chế biến đông lạnh thì được chia làm ba dạng: chất thải rắn,chất thải lỏng và chất thải khí Trong quá trình sản xuất còn gây ra các nguồn ô nhiễmkhác như tiếng ồn, độ rung và khả năng gây cháy nổ

Chất thải rắn

Chất thải rắn thu được từ quá trình chế biến tôm, mực, cá, sò có đầu vỏ tôm, vỏ

sò, da, mai mực, nội tạng…Thành phần chính của phế thải sản xuất các sản phẩmthuỷ sản chủ yếu là các chất hữu cơ giàu đạm, canxi, phốtpho Toàn bộ phế liệu nàyđược tận dụng để chế biến các sản phẩm phụ, hoặc đem bán cho dân làm thức ăn chongười, thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm hoặc thuỷ sản

Ngoài ra còn có một lượng nhỏ rác thải sinh hoạt, các bao bì, dây niềng hư hỏnghoặc đã qua sử dụng với thành phần đặc trưng của rác thải đô thị

Chất thải lỏng

Nước thải trong công ty máy chế biến đông lạnh phần lớn là nước thải trong quátrình sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệsinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến, nước vệ sinh cho công nhân

Lượng nước thải và nguồn gây ô nhiễm chính là do nước thải trong sản xuất

Chất thải khí

Khí thải sinh ra từ công ty có thể là:

Khí thải Chlor sinh ra trong quá trình khử trùng thiết bị, nhà xưởng chế biến vàkhử trùng nguyên liệu, bán thành phẩm

Mùi tanh từ mực, tôm nguyên liêu, mùi hôi tanh từ nơi chứa phế thải, vỏ sò,cống rãnh

1.2.3 Tác động của nước thải chế biến thủy hải sản đến môi trường

Nước thải chế biến thuỷ sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu không được

xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực

Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản có thể thấm xuống đất

và gây ô nhiễm nước ngầm Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinhdưỡng và vi trùng rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt.

Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biến thuỷsản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và thủy sinh vật,

cụ thể như sau:

Các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bị phânhủy Trong nước thải chứa các chất như cacbonhydrat, protein, chất béo khi xả vàonguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụngôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa cókhả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá Oxy hòa tan giảm không chỉgây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch củanguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp

Chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nướcđược ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinhđồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòngsông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè…

Chất dinh dưỡng (N, P)

Nồng độ các chất nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ cácloài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếuoxy Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chấtlượng nước của thủy vực Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màngkhiến cho bên dưới không có ánh sáng Quá trình quang hợp của các thực vật tầngdưới bị ngưng trệ Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước,ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước

Amonia rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ Nồng độ làm chết tôm, cá, từ

1,2  3 mg/l Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêucầu nồng độ Amonia không vượt quá 1mg/l.

Vi sinh vật

Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước lànguồn ô nhiễm đặc biệt Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay quacác nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn,bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính

1.3 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học

Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hòa tan

và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Những công trình xử lý cơ họcbao gồm

1.3.1.1 Song chắn rác

Song chắn rác nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi: giấy,rau cỏ, rác … được gọi chung là rác Rác được chuyển tới máy nghiền để nghiền nhỏ,sau đó được chuyển tới bể phân hủy cặn (bể mêtan) Đối với các tạp chất < 5 mmthường dùng lưới chắn rác Cấu tạo của thanh chắn rác gồm các thanh kim loại tiếtdiện hình chữ nhật, hình tròn hoặc bầu dục… Song chắn rác được chia làm 2 loại diđộng hoặc cố định, có thể thu gom rác bằng thủ công hoặc cơ khí Song chắn rácđược đặt nghiêng một góc 60 – 900theo hướng dòng chảy

1.3.1.2 Bể lắng cát

Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều

so với trọng lượng riêng của nước như xỉ than, cát ra khỏi nước thả Cát từ bể lắngcát được đưa đi phơi khô ở sân phơi và cát khô thường được sử dụng lại cho nhữngmục đích xây dựng

1.3.1.3 Bể lắng

Bể lắng dùng để tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượngriêng của nước Chất lơ lửng nặng hơn sẽ từ từ lắng xuống đáy, còn chất lơ lửng nhẹhơn sẽ nổi lên mặt nước hoặc tiếp tục theo dòng nước đến công trình xử lý tiếp theo.Dùng những thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi (ta gọi là cặn )tới công trình xử lý cặn

- Dựa vào chức năng, vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt 1 trước

công trình xử lý sinh học và bể lắng đợt 2 sau công trình xử lý sinh học

- Dựa vào nguyên tắc hoạt động, người ta có thể chia ra các loại bể lắng như: bể lắng

hoạt động gián đoạn hoặc bể lắng hoạt động liên tục

- Dựa vào cấu tạo có thể chia bể lắng thành các loại như sau: bể lắng đứng, bể lắng

ngang, bể lắng ly tâm và một số bể lắng khác

1.3.1.3.1 Bể lắng đứng

Bể lắng đứng có dạng hình tròn hoặc hình chữ nhật trên mặt bằng Bể lắng đứngthường dùng cho các trạm xử lý có công suất dưới 20.000 m3/ngàyđêm Nước thảiđược dẫn vào ống trung tâm và chuyển động từ dưới lên theo phương thẳng đứng.Vận tốc dòng nước chuyển động lên phải nhỏ hơn vận tốc của các hạt lắng Nướctrong được tập trung vào máng thu phía trên Cặn lắng được chứa ở phần hình nónhoặc chóp cụt phía dưới

1.3.1.3.3 Bể lắng ly tâm

Bể lắng ly tâm có dạng hình tròn trên mặt bằng Bể lắng ly tâm được dùng chocác trạm xử lý có công suất lớn hơn 20.000 m3/ngàyđêm Trong bể lắng nước chảy từtrung tâm ra quanh thành bể Cặn lắng được dồn vào hố thu cặn được xây dựng ởtrung tâm đáy bể bằng hệ thống cào gom cặn ở phần dưới dàn quay hợp với trục 1góc 450 Đáy bể thường được thiết kế với độ dốc i = 0,02 – 0,05 Dàn quay với tốc độ2-3 vòng trong 1 giờ Nước trong được thu vào máng đặt dọc theo thành bể phía trên

1.3.1.3.4 Bể vớt dầu mở

Bể vớt dầu mỡ thường được áp dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ (nướcthải công ngiệp), nhằm tách các tạp chất nhẹ Đối với thải sinh hoạt khi hàm lượng

dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chấtnổi.

1.3.1.3.5 Bể lọc

Bể lọc nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách chonước thải đi qua lớp lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc Bể này được sử dụng chủyếu cho một số loại nước thải công nghiệp Quá trình phân riêng được thực hiện nhờvách ngăn xốp, nó cho nước đi qua và giữ pha phân tán lại Quá trình diễn ra dưới tácdụng của áp suất cột nước

Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học

Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảmBOD đến 30% Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý cơ học có thểdùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, thoáng gió đông tụ sinh học, hiệu quả xử lý có thểđạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40-50 % theo BOD

Trong số các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bểlắng trong có ngăn phân huỷ là những công trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặnlắng

1.3.2 Phương pháp xử lý hóa lý

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý là áp dụng cácquá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tácđộng với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặnhoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường Giai đoạn xử

lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơhọc, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh

Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là : keo tụ,đông tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc …

1.3.2.1 Phương pháp keo tụ và đông tụ

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể táchđược các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích

thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả bằng phương pháp lắng,cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hổ giữa các hạt phân tán liênkết thành tập hợp các hạt, nhằm tăng vận tốc lắng của chúng Việc khử các hạt keorắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứđến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quátrình đông tụ (coagulation), còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏgọi là quá trình keo tụ (flocculation).

Phương pháp keo tụ

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước.Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúctrực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trêncác hạt lơ lửng

Chất keo tụ thường dùng có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp chất keo tựnhiên là tinh bột, ete, xenlulozơ, dectrin (C6H10O5)n và dioxyt silic hoạt tính(xSiO2.yH2O)

Phương pháp đông tụ

Quá trình thuỷ phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo cácgiai đoạn sau :

Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH = Me(OH)3+ H+

Me3++ 3HOH= Me(OH)3 + 3H+Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hoặc hỗn hợp của chúng Việcchọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hoá lý, giá thành, nồng độ tạpchất trong nước, pH

Các muối nhôm được dùng làm chất đông tụ: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2,Al(OH)2Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Thường sunfat nhôm làm chất

hoặc dạng dung dịch 50% và giá thành tương đối rẻ.

Các muối sắt được dùng làm chất đông tụ: Fe(SO3).2H2O, Fe(SO4)3.3H2O,FeSO4.7H2O và FeCl3 Hiệu quả lắng cao khi sử dụng dạng khô hay dung dịch10-15%

1.3.2.2 Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắnhoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong xử lý nước thải,tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học Ưuđiểm cơ bản của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàntoàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm, trong một thời gian ngắn Khi các hạt đã nổilên bề mặt, chúng có thể thu gom bằng bộ phận vớt bọt

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường làkhông khí ) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tậphợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng

1.3.2.3 Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi cácchất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi nước thải cóchứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân huỷ bằng conđường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và chiphí riêng cho lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này làhợp lý hơn cả

Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính, các chất tổng hợp vàchất thải của vài ngành sản xuất được dùng làm chất hấp phụ (tro, rỉ, mạt cưa …).Chất hấp phụ vô cơ như đất sét, silicagen, keo nhôm và các chất hydroxit kim loại ítđược sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn Chất hấpphụ phổ biến nhất là than hoạt tính, nhưng chúng cần có các tính chất xác định như :tương tác yếu với các phân tử nước và mạnh với các chất hữu cơ, có lỗ xốp thô để cóthể hấp phụ các phân tử hữu cơ lớn và phức tạp, có khả năng phục hồi Ngoài ra, than

phải bền với nước và thấm nước nhanh Quan trọng là than phải có hoạt tính xúc tácthấp đối với phản ứng oxy hóa bởi vì một số chất hữu cơ trong nước thải có khả năng

bị oxy hoá và bị hoá nhựa Các chất hoá nhựa bít kín lổ xốp của than và cản trở việctái sinh nó ở nhiệt độ thấp nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thànhcác lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

1.3.2.4 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổivới ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi làcác ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước

Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit,những chất này mang tính axit Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit vàchúng mang tính kiềm Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion gọi làcác ionit lưỡng tính

Phương pháp trao đổi ion thường được ứng dụng để loại ra khỏi nước các kimloại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, M,…v…v…, các hợp chất của Asen, photpho,Cyanua và các chất phóng xạ

Các chất trao đổi ion là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên haytổng hợp nhân tạo Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loạikhoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau … vô cơ tổng hợp gồm silicagen,pecmutit (chất làm mềm nước ), các oxyt khó tan và hydroxyt của một số kim loạinhư nhôm, crôm, ziriconi … Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồmaxit humic và than đá chúng mang tính axit, các chất có nguồn gốc tổng hợp là cácnhựa có bề mặt riêng lớn là những hợp chất cao phân tử

1.3.2.5 Các quá trình tách bằng màng

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau.Viêc ứng dụng màng để tách các chất phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó quamàng Người ta dùng các kỹ thuật như: điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc vàcác quá trình tương tự khác

Thẩm thấu ngược và siêu lọc là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thẩm thấu,dưới áp suất cao hơn áp suất thấm lọc Màng lọc cho các phân tử dung môi đi qua vàgiữ lại các chất hoà tan Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được

sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấunhỏ (ví dụ như các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét …) Còn thẩm thấu ngượcthường được sử dụng để khử các vật liêu có khối lượng phân tử thấp và có áp suấtcao

1.3.2.6 Phương pháp điện hóa

Mục đích của phương pháp này là xử lý các tạp chất tan và phân tán

trong nước thải, có thể áp dụng trong quá trình oxy hoá dương cực, khử âm

cực, đông tụ điện và điện thẩm tích Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các

điện cực khi cho dòng điện 1 chiều đi qua nước thải

Nhược điểm lớn của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn

1.3.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật

để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các hợpchất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trongquá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinhtrưởng và sinh sản vì thế sinh khối của chúng được tăng lê Quá trình phân hủy cácchất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Phương pháp xử lý sinhhọc có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điềukiện kỵ khí( không có oxy)

Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nướcthải chứa chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ Do vậy phương pháp này thườngđược áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏi nước thải có hàm lượngchất hữu cơ cao

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước

- Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạngkeo và dạng hoà tan thành thể

khí và thành các vỏ tế bào vi sinh.

- Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơtrong nước thải

- Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

1.3.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hoà tan trong điều kiện tự nhiên người

ta xử lí nước thải trong ao, hồ ( hồ sinh vật) hay trên đất (cánh đồng tưới, cánh đồnglọc…)

Hồ sinh vật

Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxyhoá, hồ ổn định nước thải, … xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học Trong hồsinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo

và các loại thủy sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước mặt Visinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từkhông khí để oxy hoá các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitratamon sinh ra từ sự phân huỷ, oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạtđộng bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không đượcthấp hơn 60C

Theo bản chất quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu khí,

hồ sinh vật tuỳ tiện (Faculative) và hồ sinh vật yếm khí

 Hồ sinh học hiếu khí

Quá trình xử lí nước thải xảy ra trong điều kiện đầy đủ oxy, oxy được cung cấpqua mặt thoáng và nhờ quang hợp của tảo hoặc hồ được làm thoáng cưỡng bức nhờcác hệ thống thiết bị cấp khí Độ sâu của hồ sinh vật hiếu khí không lớn từ 0,5-1,5m

 Hồ sinh vật tùy tiện

Có độ sâu từ 1.5 – 2.5m, trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu lớp nước cóthể diễn ra hai quá trình: oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí các chất bẩn hữu cơ.Trong hồ sinh vật tùy tiện vi khuẩn và tảo có quan hệ tương hổ đóng vai trò cơ bản

đối với sự chuyển hóa các chất.

 Hồ sinh vật yếm khí

Có độ sâu trên 3m, với sự tham gia của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắtbuộc và kỵ khí không bắt buộc Các vi sinh vật này tiến hành hàng chục phản ứnghoá sinh học để phân huỷ và biến đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những chấtđơn giản, dễ xử lý Hiệu suất giảm BOD trong hồ có thể lên đến 70% Tuy nhiênnước thải sau khi ra khỏi hồ vẫn có BOD cao nên loại hồ này chỉ chủ yếu áp dụngcho xử lý nước thải công nghiệp rất đậm đặc và dùng làm hồ bậc 1 trong tổ hợp nhiềubậc

Cánh đồng tưới - cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác, có thể tiếp nhận và xử lý nước thải

Xử lý trong điều kiện này diễn ra dưới tác dụng của vi sinh vật, ánh sáng mặt trời,không khí và dưới ảnh hưởng của các hoạt động sống thực vật, chất thải bị hấp thụ vàgiữ lại trong đất, sau đó các loại vi khuẩn có sẵn trong đất sẽ phân huỷ chúng thànhcác chất đơn giản để cây trồng hấp thụ Nước thải sau khi ngấm vào đất, một phầnđược cây trồng sử dụng Phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hoặc bổsung cho nước nguồn

1.3.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo 1.3.3.2.1 Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó nước thải được lọc qua vật liệurắn có bao bọc một lớp màng vi sinh vật Bể lọc sinh học gồm các phần chính nhưsau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều lên toàn bộ bềmặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống phân phối khí cho bể lọc

Quá trình oxy hóa chất thải trong bể lọc sinh học diễn ra giống như trên cánhđồng lọc nhưng với cường độ lớn hơn nhiều Màng vi sinh vật đã sử dụng và xác visinh vật chết theo nước trôi khỏi bể được tách khỏi nước thải ở bể lắng đợt 2 Để đảmbảo quá trình oxy hoá sinh hóa diễn ra ổn định, oxy được cấp cho bể lọc bằng cácbiện pháp thông gió tự nhiên hoặc thông gió nhân tạo Vật liệu lọc của bể lọc sinh

học có thể là nhựa Plastic, xỉ vòng gốm, đá Granit……

 Bể lọc sinh học cao tải

Bể lọc sinh học cao tải có cấu tạo và quản lý khác với bể lọc sinh học nhỏ giọt,nước thải tưới lên mặt bể nhờ hệ thống phân phối phản lực Bể có tải trọng 10 – 20

m3nước thải/1m2bề mặt bể/ngàyđêm Nếu trường hợp BOD của nước thải quá lớnngười ta tiến hành pha loãng chúng bằng nước thải đã làm sạch Bể được thiết kế chocác trạm xử lý dưới 5000 m3/ngày đêm

1.3.3.2.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí - bể UASB

Hình 1.2 quá trình phân hủy sinh học trong quá trình kỵ khí

phản ứng tổng quát của quá trình có thể được viết:

Hợp chất hữu cơ + H2O → sinh khối + CH4+CO2+NH3

Giai đoạn thủy phân

Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ phức tạp được thủy phân thành những chất đơngiản hơn (để có thể thâm nhập vào tế bào vi khuẩn) với sự tham gia của các enzymngoại bào của các vi khuẩn thủy phân (vi khuẩn lên men) Dưới tác dụng của các loạimen khác nhau do nhiều loài vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp nhưhydratcacbon, protein, lipit dễ dàng bị phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giản, dễbay hơi như etanol, các axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic Và các khí

Chất hữu cơ phức tạp (gluxit, protein, lipit)

Chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, peptit, axit amin, glixerin, axit béo)

Các axit béo dễ bay hơi (propionic, butiric, lactic ), etanol

CH 4 , CO 2 , H 2 O

CO2, H2, NH3.

Giai đoạn axit hóa

Những hợp chất tạo ra trong giai đoạn thủy phân vẫn quá lớn để được vi sinh vật hấpthụ nên cần được phân giải tiếp Giai đoạn này bắt đầu bằng sự vận chuyển chất nềnqua màng tế bào xuyên qua màng đến màng trong rồi đến tế bào chất với sự tham giacủa các protein vận chuyển Ở đó các axit amin, đường đơn và axit béo mạch dài đềubiến đổi về các axit hữu cơ mạch ngắn hơn, một ít khí hydro và khí CO2, Giai đoạnnày còn có thể là giai đoạn lên men

Cơ chế axit hóa các axit béo và glycerin (sản phẩm thủy phân chất béo) tương đốiphức tạp, có thể tóm tắt như sau:

Glyxerin bị phân giải thành một số chất trung gian để tạo sản phẩm cuối cùng Sảnphẩm trung gian vẫn song song tồn tại cùng sản phẩm cuối

Axit béo mạch dài LCFA chủ yếu bị phân giải phức tạp như sau:

Axit béo + CoA <=> acyl - CoA

Phản ứng hoạt hóa này được thực hiện nhờ enzym Acyl-CoA snthetaza nằm ở màngtrong tế bào vi khuẩn Đối với chất béo, sản phẩm tạo thành chủ yếu là axit axetic.Đối với các axit béo chứa số C lẻ, trong sản phẩm ngoài axit axetic là chủ yếu cònchứa các axit propionic

Các axit béo chưa bảo hòa được no hóa (ngay sau khi liên kết este được phân cắt)trước khi trải qua quá trình oxy hóa β Một số sản phẩm phụ của quá trình như rượu,peroxit, các axit trung gian cùng cơ thể được tạo thành từ các con đường khác (oxyhóa α, )bởi một số nhóm vi khuẩn và nấm

Sản phẩm lên men tạo mùi hôi thối khó chịu do H2S, indol, scatol, mecaptan Đượcsinh ra và pH môi trường tăng dần lên

Giai đoạn axetat hóa

Các vi khuẩn tạo metan vẫn không thể trực tiếp sử dụng các sản phẩm của quátrình axit hóa nêu trên, ngoại trừ các axit axetic, do vậy các chất này cần được phângiải tiếp thành những phân tử đơn giản hơn nữa Sản phẩm phân giải là axit axetic, khí

H2, CO2, được tạo thành bởi vi khuẩn axetat hóa:

CH3CH2OH (ethanol)+H2O → CH3COO-+ H++ 2H2

CH3CH2COO-(propionic) + 3H2O→CH3COO-+ HCO3-+ H++ 3H2

CH3(CH2)2COO-(butyric) + 2H2O→ 2CH3COO-+ H+ + 2H2Đặc điểm nổi bật của giai đoạn axetat hóa là sự tạo thành nhiều khí hydro, mà khínày ngay lập tức được vi sinh vật metan ở giai đoạn sau sử dụng như là chất nền cùngvới CO2 Mức độ phân giải các chất trong giai đoạn này phụ thuộc rất nhiều vào ápsuất riêng phần của khí hydro trong bể kỵ khí Nếu vì lý do nào đó mà sự tiêu thụ khíhydro bị ức chế hay bị chậm lạ, hydro tích lũy làm áp suất riêng phần của nó tăng lênthì sự tạo thành nó (bởi vi khuẩn axetat hóa) sẽ giảm mạnh

Trong khi axetat (sản phẩm giai đoạn axetat hóa) là cơ chất mà vi khuẩn sinh metan sửdụng trực tiếp thì chính sự tích tụ của nó sẽ gây ức chế sự phân giải của các axit béobay hơi khác Bản thân axit axetic ở nồng độ quá cao cũng gây pH thấp và ảnh hưởngtốc độ phân giải axit béo bay hơi Nói chung, khoảng pH và nhiệt độ tối ưu giai đoạnnày là 6,8 -7,8 và 35oc - 42oc

Giai đoạn tạo metan

Đây là bước cuối cùng trong cả quá trình phân giải kỵ khí tạo sản phẩm mongmuốn là khí sinh học với thành phần có ích là khí metan bằng các tổ hợp các conđường sau

Con đường 1 :

CO2+ 4H2→ CH4+ 2H2OLoại vi sinh vật hydrogenotrophi methanogen sử dụng cơ chất là hydro và CO2 Dưới30% lượng metan sinh ra bằng con đường này

Con đường 2

CH3COOH → CO2+ CH44CO + 2H2O → CH4+ 3CO2Loại vi sinh vật acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2.Khoảng 70% lượng metan sinh ra qua con đường này Tuy nhiên, năng lượng giải

phóng từ con đường này nhỏ CO2 giải phóng ra lại được khử thành metan bằng conđường 1 Chỉ có 1 số loài vi sinh vật sử dụng được cơ chất là cacbon monoxit.

Con đường 3

CH3OH + H2→ CH4+ H2O4(CH3)3-N + 6H2O → 9CH4+ 3CO2+ 4 NH3Loại vi sinh vật methylotrophic methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm metyl.Chỉ một lượng không đáng kể được sinh ra bằng con đường này

Nhiều nghiêng cứu trên các cơ chất hòa tan khác nhau trước đây đã cho thấy giaiđoạn này diễn tiến khá chậm chạp Quá trình lên men metan có thể sinh ra ở hệ sinhthái “lạnh” (10-15oc), ôn hòa (30 - 40oc) và thậm chí ở hệ sinh thái nóng (>45oc) Vềhóa sinh trong giai đoạn lên men metan tất cả các hợp chất hữu cơ phức tạp đềuchuyển về sản phẩm cuối cùng là CO2, H2và CH4được mô tả như sau

Hình 1.3 sơ đồ phản ứng xảy ra trong quá trình sinh học kỵ khí

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí

Tạp chất hữu cơ không tan (đạm

và chất béo)

Vi khuẩn len men và vi

khuẩn thủy phân

Các chất hữu cơ hòa tan

Vi khuẩn sản sinh

Các axit béo dễ bay hơi CO 2 , H 2

Tế bào Tế

bào

Thời gian lưu bùn

Thời gian lưu bùn (SRT) là thông số quan trọng thường được lựa chọn làm thông

số thiết kế bể phân hủy Giá trị SRT thường được chọn là 12 - 15 ngày Nếu thời gianlưu bùn trong bể qua ngắn (<10 ngày), sẽ xảy ra hiện tượng cạn kiệt vi sinh vật lênmen metan, tức là vi sinh vật loại bỏ lớn hơn vi sinh vật tạo thành

Thời gian lưu nước (HRT) cũng là một thông số khá quan trọng Khi thời gian lưungắn, áp suất riêng phần của khí hydro tăng lên, gây ức chế vi sinh vật sinh metan vàảnh hưởng đến chất lượng khí sinh học (hàm lượng metan thấp)

Nhiệt độ

Vùng nhiệt độ để xảy ra quá trình phân hủy kỵ khí khá rộng và mỗi vùng nhiệt độthích hợp với từng loại vi sinh vật kỵ khí khác nhau Vùng nhiệt độ ấm - trung bình: 20

- 45oc và vùng nhiệt độ cao - nóng: 45 - 65oc sẽ thích hợp cho sự hoạt động của nhóm

vi sinh vật lên men metan Một số nhóm vi sinh vật kỵ khí có khả năng hoạt động ởvùng nhiệt độ thấp - lạnh: 10 - 15oc Khi nhiệt độ < 10oc thì vi khuẩn tạo metan hầunhư không hoạt động Nhiệt độ tối ưu đối với sinh vật sinh metan là: ưa ấm - 35oc vàhiếu nhiệt - 55oc

pH

Trong quá trình xử lý kỵ khí, các giai đoạn phân hủy có ảnh hưởng trực tiếp qualại lẫn nhau, làm thay đổi quá trình phân hủy chung Đối với nước thải mới nạp vàocông trình thì nhóm vi sinh vật axit hóa thích nghi hơn nhóm vi sinh vật metan hóa.Khi pH giảm mạnh (pH<6) sẽ làm cho khí metan sinh ra giảm đi Khoảng pH tối ưugiao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 - 8,5

Tính chất của chất nền

Hàm lượng tổng chất rắn (TS) của mẩu ủ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phânhủy Hàm lượng chất rắn quá cao không đủ hòa tan các chất cũng như không đủ phaloãng các chất trung gian khiến hiệu quả sinh khí giảm

Hàm lượng tổng chất rắn bay hơi (VS) của mẩu thể hiện bản chất của chất rắn nền,

bao gồm những chất dễ phân hủy (đường, tinh bột) và những chất khó phân hủy(xenlulo, dầu mỡ ở hàm lượng cao) Tốc độ và mức độ phân hủy của mẫu phụ thuộc rấtlớn vào thành phần phần trăm mỗi thành phần kể trên trong mẫu.

Các chất dinh dưỡng đại lượng và vi lượng

Các chất dinh dưỡng đại lượng cần cho quá trình sinh trưởng và phát triển của visinh vật trong hệ thống phân hũy kỵ khí gồm N và P là chủ yếu Tỷ lệ thích hợp đề nghị

là 20:1 đến 30:1 cho C:N và 7:1 đối với N:P, trong đó N và P đều phải ở dạng dễ hấpthụ bởi vi sinh vật sinh metan Trái lại, quá ít N không đủ cho vi sinh vật metan tiêu thụ

và sản lượng khí sinh học giảm

Nồng độ vừa đủ của một số kim loại có tác dụng kích thích sự trao đổi chất ở visin vật lên men metan thông qua sự ảnh hưởng lên hoạt tính enzym của chúng Các chất

vi lượng cần có mặt trong enzym bao gồm: Ba, Ca, Mg, Na, Co, Ni, Fe, H2S và một sốnguyên tố dạng vết như Se, Tu, Mo

Các chất gây độc

Các chất có mặt trong môi trường ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và phát triểncủa vi sinh vật kỵ khí Oxygen được coi là độc tố của quá trình này Một số dẫn suất củametan như CCl4, CHCl3, CH2Cl2 và một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn ), các chất nhưHCHO, SO2, H2S cũng gây độc cho vi sinh vật kỵ khí NH4+gây ức chế cho quá trình

kỵ khí và S2-được coi là chất gây ức chế cho quá trình metan hóa Các chất có tính oxymạnh như thuốc tím, các halogen và các muối có oxy của nó, ozon, Được coi là chấtdiệt khuẩn hữu hiệu hiện nay

Các kim loại nặng và cả kim loại nhẹ đều được coi là dinh dưỡng vi lượng nếuhiện diện với hàm lượng đủ thấp và sẽ được coi là chất gây độc nếu nồng độ của chúngvượt quá ngưỡng cho phép Độc tính của kim loại nói chung tăng theo hóa trị và nguyên

tử lượng của chúng Dạng tồn tại của kim loại nặng cũng ảnh hưỡng đến ngưỡng gâyđộc, các muối kết tủa hay các phức chất không thể đi qua màng tế bào nên khả nănghoạt động ít hơn các muối hòa tan

Đối với chất nền chứa nhiều nito, sự tạo thành và tích tụ muối amoni (NH4+) và

amoniac (NH3) mang cả tính tích cực và tiêu cực Nói chung, NH4+có thể được vi sinhvật sử dụng như là chất dinh dưỡng, trong khi đó NH3gây ức chế và gây độc cho quátrình phân hủy Đối với quá trình kỵ khí, nồng độ amoni trong khoảng 50 - 200 mg/l.Tuy nhiên, amoni thường hiện diện trong nước thải ở nồng độ cao và nếu nồng độ đạttới mức nào đó sẽ trở thành chất gây độc Amoni có thể có mặt trong dòng nước thảiđầu vào, hoặc nó có thể được tạo thành do sự phá vỡ các hợp chất hữu cơ có chứa nito,

ví dụ như protein

NH3+ H2O↔NH4++ OH

-Cả hai dạng NH3 và NH4+ đều ảnh hưởng đến quá trình nhưng ở nồng độ khácnhau NH3 thường có ảnh hưởng nhiều hơn và có thể gây độc cho quá trình phân hủy ởnồng độ khoảng 100 mg/l Trong khi đó, nồng độ NH4+thường cao ở mức 7.000 - 9.000mg/l và rất tốt cho quá trình xử lý, không gây ức chế cho quá trình

Nếu tổng nồng độ NH3 và NH4+ quá cao trong nước thải sẽ trở thành chất ức chếcho quá trình xử lý, và nồng độ này thay đổi tùy thuộc vào pH và nhiệt độ Trong điềukiện mesophilic (25 - 35oc), nồng độ amoni có thể đạt được giá trị 10.000 mg/l và nồng

độ NH3 vẫn thấp hơn 100 mg/l ở khoảng pH = 7 Khi nồng độ tổng amoni đạt 2000mg/l có thể khiến cho nồng độ NH3ở mức gây độc khi pH lên đến 7,5 - 8 Tuy nhiên,trong điều kiện thermophilic (55oc) nồng độ tổng amoni phải duy trì dưới 2000 mg/l,khi đó nồng độ NH3dưới mức gây độc

Sự khuấy đảo hỗn hợp phân hủy

Khuấy đảo hỗn hợp phân hủy có tác dụng làm tăng sự phân bố đồng đều và tăng

cơ hội tiếp xúc giữa vi khuẩn, chất nền và các chất dinh dưỡng với nhau, đồng thời cũng

có tác dụng điều hòa nhiệt độ tại mọi điểm phân hủy trong bể, giảm tình trạng tăng haygiảm nhiệt độ cục bộ

Kết cấu hệ thống

Các bể phân hủy theo mẻ không khuấy trộn, không gia nhiệt và thời gian lưu dài(30 - 60 ngày): sản lượng khí và tốc độ nạp chất nền thấp vì xảy ra hiện tượng phân tầngtrong bể Kết cấu này đơn giản, rẻ tiền, dễ vận hành, nhưng đòi hỏi diện tích mặt bằng

Loại bể có kết cấu cho phép tốc độ nạp chất nền cao, được gia nhiệt và có thờigian lưu khoảng 15 ngày, khuấy trộn hoàn chỉnh, nồng độ chất nền (tính theo chất khô)khoảng 10 - 15 % Loại bể này có hiệu quả phân hủy cao và chất lượng khí sinh học thuđược tốt

Xuất phát từ hạn chế kết cấu thông thường đòi hỏi phải pha loãng chất nền nguyênthủy để đạt hàm lượng chất rắn 5- 15% (kết cấu “ướt”), kết cấu hệ thống phân hủy chấtthải với hàm lượng chất rắn cao 20 - 40% (kết cấu “khô”) đã ra đời Kết cấu “khô” chophép đơn giản hơn trong khâu tách loại các hợp phần vô cơ, thể tích bể phân hủy nhỏhơn, tốc độ nạp chất nền cao hơn, năng lượng cần thiết để gia nhiệt ít hơn trong khi mức

độ nhạy cảm với các chất ức chế, mức độ phân hủy chất thải và sản lượng khí sinh họccũng tương đương kết cấu “ướt” Nhưng kết cấu mới đòi hỏi đầu tư cao cho bộ phậnkhuấy đảo

b) bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược - UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor)

Bể UASB được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải của các nhà máy côngnghiệp thực phẩm

Bể chia làm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men Tron bể diễn ra 2 quá trình: lọctrong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại 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 tốt với chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phânhủy xảy ra tích cực Nhờ các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trongnước thải, đi từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy Trong bể, các vi sinh vât liênkết nhau và hình thành các hạt bùn đủ lớn đủ nặng để không bị cuốn trôi ra khỏi bể Cácloại khí tạo ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu CH2 và CO2) sẽ tạo ra dòng tuần hoàncục bộ, giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định Cácbọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên tạo thành hỗn hợp phia1 trên bề mặt Khi

va phải lớp lưới chắn phí trên, các bọt khí vỡ ra và tạo thành các hạt bùn được tách ra

khỏi hỗn hợp lại lắng xuống dưới Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòngnước hướng lên phải giữ ở khoảng 0,6 - 0,9 m/h.

Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 - 5 năm/lần nếu nước thải đưa vào đã qua bểlắng I, hoặc 3 - 6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực tiếp Bể được sử dụng để

xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

Ưu điểm:

Chi phí đầu tư, vận hành thấp, lượng hóa chất cần bổ xung ít, không đòi hỏi cấpkhí, do đó ít tiêu hao năng lượng, có thể thu hồi, tái xử dụng năng lượng từ biogas,lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích côngtrình

Khuyết điểm:

* giai đoạn khởi động kéo dài

* dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động

* bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại

* khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động

1.3.3.2.3 Quá trình sinh học hiếu khí - bể Aerotank

a) Quá trình sinh học hiếu khí

Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy cácchất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH Thích hợp Quátrình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể miêu tả bằng sơ đồ sau:(CHO)nNS + O2 → CO2+ H2O + NH4 + H2S + Tế bào vi sinh vật + ∆H

Trong điều kiện hiếu khí NH4+và H2S cũng bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa,sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:

NH4 + 2O2→ NO3-+ 2H+H2O + ∆H; H2S + 2O2→ SO42- + 2H+ + ∆H

Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí gồm các quá trình dinh dưỡng: vi sinhvật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượngkim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản Quá trình phân hủy: visinh vật oxi hóa các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành

nước và CO2 hoặc tạo ra các chất khí khác So với công nghệ kỵ khí thì công nghệhiếu khí có các ưu điểm là những hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử

lý cao hơn và triệt để hơn Công nghệ hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp nhưphương pháp hóa học, hóa lý

Quá trình sinh học hiếu khí:

Thực chất quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí

là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO2,

H2O, NO3-, và SO42- Cũng như xử lý kỵ khí , khi xử lý các chất bẩn phức tạp nhưprotein, tinh bột, chất béo Sẽ bị thủy phân bởi các men ngoại bào cho các chất đơngiản là axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đường đơn Các chất đơn giảnnày sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vậtliệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là

CO2và H2O Cơ chế xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn

Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhuu cầu

năng lượng của tế bào

CxHyOZN + (x+y/4+z/3+¾)O2→ xCO2+ [(y-3)/2]H2O +NH3

Giai đoạn 2: (quá trình đồng hóa) - tổng hợp để xây dựng tế bào

CxHyOZN + NH3+ O2→ xCO2+ C5H7NO2

Giai đoạn 3:(quá trình dị hóa) - hô hấp nội bào

C5H7NO2+ 5O2 → xCO2+ H2O; NH3+ O2→ O2+HNO2→ HNO3

Khi không có đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy rabằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào

Các yếu tố ảnh hưởng liên quan quá trình phân hủy sinh học

Quá trình hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính tức phụ thuộc vào chỉ

số bùn Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặcngược lại Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này Khi tiến hành

men

men

quá trình cần phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tantrong nước ra khỏi bể lắng đợt II ≥ 2(mg/l).

khác với quá trình xử lý kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấphơn nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải

≤ 1000 (mg/l) còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải ≤ 500(mg/l) Ngoài ra trong nước thải cũng cần có đủ các nguyên tố vi lượng như K, Na,

Mg, Ca, Mn, Fe, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl Thường có đủ trong nước thải Tùy theohàm lượng cơ chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ dinh dưỡng cần thiết làkhác nhau Thông thường cần duy trì nguyên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích hợp:BODtoàn phần:N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1 Nếu thời gian xử lý là 20 ngàythì giữ ở tỷ lệ: BODtoàn phần: N: P = 200:5:1

Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng Khi đó hoạt tính sinhhọc của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phòng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vikhuẩn dạng sợi Vì vậy nồng độ các chất độc và các kim loại nặng phải nằm tronggiời hạn cho phép pH và nhiệt độ môi trường là các yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đếnquá trình xử lý sinh học nước thải Mỗi loại gen khác nhau sẽ có một pH tối khácnhau Cùng một loại gen nhưng thu được từ các nguồn khác nhau sẽ có pH tối ưukhác nhau Giá trị pH tối ưu cho đa số vi sinh vật từ 6,5 - 8,5 pH <5 sẽ thúc đẩy nấmphát triển Nếu pH > 9 sẽ phá hũy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽchết

Mỗi loại gen khác nhau sẽ có nhiệt độ tối thích khác nhau Nhiệt độ này khôngphải hằng số mà phụ thuộc vào cơ chất, pH, nồng độ men, chủng men Nước thải cónhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25 - 37oc hoặc từ 20 - 80oc, tối ưu từ

25oc - 35oc Men từ thực vật có nhiệt độ thích hợp từ 50 - 60oc, men từ động vật từ 40

- 50oc.

Ngoài ra, quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượngchất lơ lững chảy vào bể xử lý cũng như các loại vi sin vật và cấu trúc các chất bẩnhữu cơ

b) bể Aerotank

Aerotank được phân loại theo nhiều cách: chế độ thủy động lực dòng chảy vào,chế độ làm việc của bùn hoạt tính, cấu tạo bể Aerotank

Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: bùn hoạt tính hình thành và phát triển Lúc này, cơ chất và chất

dinh dưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít, theo thời gian quá trình thíchnghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùntăng mạnh Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đoạn này rất cao Tốc

độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này có khi gấp 3 lần giai đoạn 2 Tốc độ phân hủychất bẩn hữu cơ tăng dần

Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực enzym đạt tối đa và kéo dài

trong thời gian tiếp theo Tốc độ phân hủy hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ bị phânhủy nhiều nhât Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi trong một thời gian khádài

Giai đoạn 3: tốc độ tiêu thụ oxy có chiểu hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên.

Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra.Sau cùng nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

NƯỚC THẢI 2.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN

2.1.1 Phương án 1

Ký hiệu:

Đường nước thải

Đường nước tuần hoàn

Đường khí cấp vào

Đường bùn tuần hoàn

Đường bùn thải

Đường châm hóa chất

Hình 2.1 sơ đồ công nghệ phương án 1

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước từ nguồn thải của nhà máy đi vào bể thu gom phía trước có đặt song chắnrác loại bỏ các loại rác thô có thể làm hư hại các công trình phía sau, nước thải được

Bể khử trùng

Máy thổi khí

chlorin

Bể chứa bùn Sân phơi bùn

Bùn thải

sau xử lý

bơm từ bể thu gom qua bể tuyển nổi, tại đây các loại đầu mỡ và chất rắn lơ lững đượcthanh gạt phía trên bể loại bỏ ra khỏi nước thải và quá trình này được cấp khí mịn từmáy thổi khí, các bọt khí nhỏ bám vào các hạt dầu mỡ và chất rắn lơ lững và kéochúng nổi lên mặt nước, sau đó nước tự chảy qua máng tràn đến bể điều hòa, tại đâynước thải được cấp không khí từ máy thổi khí giúp trộn đều các thành phần có trongnước thải và đo nồng độ các chất ở mức phù hợp để giúp cho các công trình sinh họcphía sau hoạt động tốt Sau bể điều hòa nước tự chảy qua bể trung gian, tại bể trunggian sẽ không được cấp khí nhằm loại bỏ hàm lượng oxy hòa tan trước khi đi vào bểUASB Nước thải được xử lý kỵ khí trong bể UASB loại bỏ phần lớn các chất hữu cơ

và bùn lắng được đưa sang bể chứa bùn, sau đó nước thải chảy sang bể Anoxic tiếp tục

xử lý N Nước thải tiếp tục sang bể Aerotank xử lý các chất hữu cơ và một phần nướcthải được tuần hoàn trở lại bể Anoxic để xử lý N, nước thải từ Aerotank đi qua bể lắng,lắng bùn, lượng bùn này một phần tuần hoàn trở về bể Arotank để đảm bảo sinh khối,một phần được đưa sang bể chứa bùn và được máy ép bùn làm khô bùn Nước từ máy

ép bùn tuần hoàn về bể thu gom tiếp tục xử lý, lượng bùn khô sau ép được mang đichôn lấp hay làm nguyên liệu cho các công việc khác, và sau lắng nước thải đi qua bểtrung hòa trước khi được bơm vào bể khử trùng và châm hóa chất trên đường ống, sau

bể khử trùng nước thải đạt chuẩn đầu ra quy định tại cột B QCVN11-MT:2015/BTNMT

Ưu điểm:

- Công nghệ này hiện nay đang được áp dụng rất phổ biến ở các nhà máy sản xuất thực

phẩm

- Phù hợp với điều kiện khí hậu tại nước ta

- Hiệu quả xử lý các công trình cao, nước thải đầu ra đạt chuẩn

- Chi phí cho thi không quá lớn

- Phù hợp cho các loại nước thải có COD từ thấp tới cao

- Các hạn chế của công nghệ dễ dàng khác phục

- Ít sử dụng hóa chất, chỉ sử dụng cho giai đoạn khử trùng

- Khử được lượng lớn N ở bể Anoxic

Khuyết điểm:

- Rất nhạy cảm với các chất ức chế

- Thời gian khởi động vận hành dài (3-4 tháng)

- Chỉ thực hiện với các nhà máy có diện tích đất rộng lớn

2.1.2 Phương án 2

Ký hiệu:

Đường nước thải

Đường nước tuần hoàn

chlorin

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước thải qua song chắn rác được tách bỏ một phần rác có kích thước lớn, rác

từ đây được thu đem chôn lấp, thải bỏ Nước thải chảy qua bể lắng cát Nước thảiđược lấy qua máng thu và bơm lên bể điều hòa, có gắn hệ thống thổi khí để ổn địnhlưu lượng và nồng độ Sau đó, nước thải được bơm đến bể lắng 1, được sử dụng là bểlắng đứng để tách một phần chất hữu cơ dễ lắng Bùn thu được tại đây là dạng bùntươi, được bơm về bể chứa bùn Nước được tiếp tục đưa qua bể UASB, sau côngtrình này nước được đưa qua bể lọc sinh học cao tải Nước thu được cho chảy qua bểlắng đợt 2, sau đó khử trùng bằng clo trước khi đưa ra ra nguồn tiếp nhận

Bùn dư được thu tại bể chưa bùn, đem nén bùn để giảm độ ẩm, rồi đưa qua sânphơi bùn để tiếp tục làm giảm bớt lượng nước Bùn sau khi xử lý được đem chôn lấphoặc sử dụng để bón cho cây trồng Nước từ bể nén bùn được tuần hoàn về bể điềuhòa để tiếp tục tham gia quá trình xử lý

Ưu điểm:

- Vận hành tương đối đơn giản

- Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao

- Xử Nồng độ cặn khô từ 15%-25%

Nhược điểm:

- Không phù hợp với nước thải có SS cao

- Dễ bị bít kín ở bể lọc sinh học cao tải

- Phải sử dụng nơi có nhiều đất thường là vùng nông thôn, thị trấn

- Có sử dụng polymer châm vào để tăng khả năng tách nước

- Hoạt động phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và khí hậu

- Cần có lao động thủ công để xúc bùn khô từ sân phơi bùn lên xe tải

- Thời gian làm khô bùn dài

2.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Tóm lại qua hai phương án xử lý nước thải chế biến thủy hải sản tôi đã quyếtđịnh chọn phương án 1 để tiến hành tính toán và thiết kế hệ thống xử lý

Lý do mà nhóm chọn phương án 1.

- Phù hợp với điều kiện khí hậu ở Việt Nam

- Vận hành tương đối đơn giản

- Không xử dụng nhiều hóa chất trong quá trình vận hành

- Chi phí vận hành thấp

- Không phải bị tắt nghẽn hệ thống xử lý như 2 phương án Bên cạnh đó không phảitốn chi phí cho việc mua các loại vật liệu lọc

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

3.1 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

3.1.1 Hiệu suất cần thiết xử lý nước thải

Bảng 3.1 hiệu suất các công trình xử lý

DẦU MỠ KHOÁNG