hướng dẫn HTXLNT-Module 5

hướng dẫn vận hành HTXLNT, bảo dưỡng hệ thống và khắc phục sự cố Bao gồm 8 modul - hướng dẫn chi tiết và cụ thể giúp người đọc hiểu một cách rõ ràng và đầy đủ nhất mọi khía cạnh của hệ thống xử lý nước thải

Trang 1

Khóa tập huấn vận hành và bảo dưỡng các NMXLNTTT

và Hệ thống quan trắc môi trường

tự động (AMS) ở các KCN (CS11/MPI)

3 TS Nguyễn Phương Quý, SFC

Trang 3

BÙN CẶN PHÁT SINH TỪ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Công trình xử lý Loại bùn cặn Lưu ý

Song chắn rác Kích cỡ hạt lớn Chất rắn có kích thước lớn được loại bỏ bởi song

chắn rác tự động hoặc thủ công Trong các công trình

xử lý nhỏ, loại CTR này thường được nghiền nhỏ để

xử lý cùng nước thải trong các công trình phía sau

Bể tách cát Cát và cặn Bộ phận tách cặn thường bị bỏ qua trong các công

trình tách cát

Xử lý sơ bộ trước

lắng sơ cấp

Cát và cặn Trong một số trạm xử lý có các quá trình tách cặn hay

tăng cường khả năng lắng cặn, để tránh cát và cặn có thể ảnh hưởng đến các quá trình xử lý tiếp theo

Lắng sơ cấp (lắng

đợt 1)

Bùn sơ cấp Số lượng, tính chất phụ thuộc vào tính chất của nước

thải và phương thức thu gom, vận chuyển nước thải

Việc loại bỏ cặn ở các bể lắng sơ cấp là bắt buộc theo

Cơ quan bảo vệ môi trường (EPA) của Mỹ

lý, tro, xỉ

Tính chất của các sản phẩm cuối phụ thuộc vào các chất đầu vào và công nghệ xử lý Cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về môi trường khi tái sử

Trang 4

Sục khí mở rộng 0.08 – 0.12 0.96*

Lượng bùn – CRSH sinh ra

từ các công trình xử lý nước thải

Ghi chú: * Bao gồm cả bùn sơ cấp

(Nguồn: Metcalf and Eddy, 2003)

Trang 5

Công trình xử lý Tỷ trọng riêng

của chất rắn

Tỷ trọng riêng của bùn

Phản nitrat hóa bằng bùn hoạt tính lơ

Số lượng và tính chất vật lý của bùn từ

các công trình xử lý khác nhau

[1] Giả thiết: không có quá trình xử lí sơ bộ

[2] Tách cặn bằng lắng sơ cấp thường đạt hiệu suất cao

[3] Có thể bỏ qua

[4] Bao gồm trong CRSH sinh ra từ xử lý bậc 2

Trang 6

Tính chất đặc trưng của bùn thải

Thành phần chính của bùn chưa qua xử lý

và bùn sau phân hủy sinh học

Danh mục

Bùn sơ cấp chưa xử lý

Bùn sơ cấp sau phân hủy

Bùn hoạt tính chưa xử lý Khoảng

giá trị

Giá trị

TB

Khoảng giá trị

Giá trị

TB

Khoảng giá trị

Tổng chất rắn (TS), % 5-9 6 2-5 4 0.8-1.2 Chất rắn dễ bay hơi (% TS) 60-80 65 30-60 40 59-88 Dầu mỡ, chất béo (%TS)

Ê-te hòa tan 6-30 - 5-20 18 - Ê-te chiết xuất 7-35 - - - 5-12 Protein (% of TS) 20-30 2) 15-20 18 32-41 Nitrogen (N, % of TS) 1.5-4 2.5 1.6-3.0 3.0 2.4-5.0 Phosphorus (P 2 O 5 , % TS) 0.8-2.8 1.6 1.5-4.0 2.5 2.8-11 Kali (K 2 O,% of TS) 0-1 0.4 0-3.0 1.0 0.5-0.7 Xen-lu-lô-zơ (% of TS) 8-15 10 8-1 5 10 - Iron (not as sulfide) 2.0-4.0 2.5 3.0-8.0 4.0 - Silica (SiO 2 , % of TS) 15-20 - 10-20 -

pH 5.0-8.0 6.0 6.5-7.5 7.0 6.5-8.0 Kiềm (mg/L as CaCO3) 500-1500 600 2500-3500 3000 580-1100

Tỉ lệ hữu cơ (mg/L HAc) 200-2000 500 100-600 200 1100-1700 Năng lượng, kJ/kg TS

23,000-29,000 25,000 9,000- 12,000 19,000-23,000

Trang 7

Tổng quan các phương pháp xử lý bùn tại trạm XLNT

Trang 8

Các phương án xử lý bùn

từ Trạm xử lý nước thải

Bùn sinh học

Bùn sơ

Ổn định hiếu khí

Năng lượng

Sấy

Ủ compost

Nhiệt phân Khí hóa Đốt

Chôn lấp

Trạm xử lý nước

thải

Ổn định hóa học

Năng lượng

Trang 10

Phương pháp Loại bùn cặn Mức độ phổ biến và hiệu suất

Lắng trọng lực,

cùng trong bể lắng

sơ cấp, thứ cấp

Bùn sơ cấp, bùn hoạt tính dư

Bùn sơ cấp chưa qua xử lý Thường xuyên sử dụng, cho kết quả tốt;

Thỉnh thoảng sử dụng hydroclone để tách cát khỏi bùn;

Có thể có mùi

Bùn sơ cấp và bùn hoạt tính dư

Thường sử dụng

Các nhà máy công suất nhỏ, hàm lượng chất rắn sau nén thường từ 6%

4-Các nhà máy lớn, kết quả rất khác nhau.

Có thể có mùi khi trời ấm nóng

Bùn hoạt tính dư Ít khi sử dụng

Hàm lượng chất rắn thấp (2-3%) Tuyển nổi áp lực Bùn sơ cấp và bùn hoạt tính

dư

Ít sử dụng;

Hiệu suất tương tự như nén trọng lực.

Bùn hoạt tính dư Thường sử dụng, nhưng ngày càng ít do chi phí vận hành cao;

Hiệu suất tốt: hàm lượng chất rắn: 3.5-5%

Tách ly tâm Bùn hoạt tính dư Sử dụng trong các nhà máy vừa và lớn;

Hiệu suất tốt: hàm lượng chất rắn 4- 6%

Ép bùn băng tải Bùn hoạt tính dư Thường sử dụng;

Hiệu suất tốt: hàm lượng chất rắn 3-6%

Thiết bị tách nước Bùn hoạt tính dư Ít sử dụng;

Trang 12

- Bể nén bùn cặn

• Nguyên lí làm việc của quá trình này tương tự như bể

lắng thông thường Bể thường có dạng hình tròn và bùn loãng được đưa vào ống trung tâm, sau đó phân phối ra toàn diện tích bể Bùn hoạt tính được lắng và nén lại, bùn

ra được xả từ đáy hồ, qua ống hình côn

• Tải lượng thủy lực tối đa dao động từ 15,5 đến 31

m3/m2/d đối với bùn sơ cấp, từ 4 đến 8 m3/m2/ngđ đối với bùn hoạt tính, và từ 6 - 12 m3/m2/ngđ đối với hỗn hợp bùn

sơ cấp và bùn hoạt tính

• Nếu tải lượng thủy lực thiết kế cao có thể gây ra hiện

tượng chất rắn bị cuốn theo dòng chảy;

• Nếu tải lượng thủy lực thấp thì bùn sẽ bị phân hủy, có mùi hôi thối và bị nổi trên bề mặt bể

Các công trình xử lý, ổn định bùn cặn

Trang 14

- Bể nén bùn cặn

- Do đặc điểm của quá trình làm đặc, khi thiết kế công trình, cần xem xét đến điều kiện vận hành

- Trong quá trình vận hành, cần duy trì lớp bùn dưới

đáy bể để giữ một lượng bùn nhất định cho quá trình làm đặc tiếp theo

- Thông số vận hành quan trọng nhất trong kỹ thuật làm đặc chính là tỉ lệ về thể tích Giá trị này phản ánh tỉ lệ về thể tích của lớp bùn được giữ lại trong bể và lượng bùn

được xả ra ngoài

Trang 15

loãng Bùn đặc lb/ft2/ngđ kg/m

2 / ngđ Bùn từ các quá trình xử lí riêng

100-150 Bùn sau bể lọc sinh học nhỏ giọt 1-4 3-6 8-10 40-50 Bùn từ đĩa quay sinh học 1-3,5 2-5 7-10 35-50 Bùn hoạt tính từ quá trình xử lí hiếu

Trang 16

loãng Bùn đặc lb/ft2/ngđ kg/m

2 / ngđ Hỗn hợp bùn

Bùn từ quá trình xử lí sơ cấp và sau

bể lọc sinh học nhỏ giọt 2-6 5-9 12-20 60-100 Bùn từ quá trình xử lí sơ cấp và sau

Bùn từ quá trình xử lí sơ cấp và hoạt

tính 0,5-1,5 2,5-4,0 4-6 4-7 5-14 8-16 25-70 40-80 Bùn hoạt tính và sau bẻ lọc sinh học 0,5-2,5 2-4 4-8 20-40 Bùn sau xử lí bậc 3

120-300

0-150

Trang 17

- Làm đặc bùn bằng Tuyển nổi

• Không khí được nén vào chất lỏng tạo thành hỗn hợp khí – nước, được đưa vào công trình xử lý từ dưới đáy; sẽ tạo ra các bọt khí mịn, có kích thước nhỏ và kéo hạt cặn lên trên

Trang 18

• So với phương pháp lắng trọng lực, phương pháp này thích hợp dùng khi hàm lượng chất rắn lớn hơn, do sự phân tách chất rắn xảy ra nhanh hơn trong nước thải

• Tải lượng chất rắn cao thường dẫn đến cặn được tập trung ở phía đáy và khi tải lượng chất nổi lớn, cần gạt váng liên tục

Trang 19

Bể lắng kết hợp tuyển nổi, xử lí (làm đặc) bùn

hoạt tính dư

Trang 20

lượng cho các phản ứng duy trì tế bào

• Sau đó, vi sinh vật sẽ ở trong giai đoạn nội sinh Các mô

bị ôxy hóa hiếu khí thành cacbon dioxit, nước và

ammonia

Trang 21

- Ổn định hiếu khí bùn cặn

Bể phân hủy hiếu khí bùn

a) Chế độ làm việc theo mẻ, có cấp khí; b) Chế độ làm việc liên tục, có cấp khí

Trang 22

- Mục đích quan trọng của quá trình phân hủy hiếu khí là giảm khối lượng của chất rắn

- Hiệu suất xử lý chất rắn của quá trình phân hủy hiếu khí dao động từ 35 đến 50%

được tính toán bằng thời gian lưu giữ cần thiết để đạt được mức giảm chất rắn dễ bay hơi yêu cầu

- SRT từ 10 tới 20 ngày được lấy làm định mức để thiết kế các hệ thống phân hủy hiếu khí

- Nếu bể phân hủy hiếu khí được vận hành với quá trình trộn hoàn toàn, có phân chia giai đoạn (hai hoặc ba giai đoạn), thì tổng SRT sẽ được chia đều ra cho mỗi giai đoạn

Trang 23

• Hàm lượng ôxy cần thiết:

– Ôxy phải được cấp liên tục trong suốt quá trình phân hủy hiếu khí

– Để ôxy hóa 1 mol tế bào, cần 7 mol ôxy (tức là để ôxy hóa 1 kg tế bào cần 2,3 kg ôxy Để ôxy hóa hết 1 kg BOD, cần ít nhất từ 1,6 – 1,9 kg ôxy Nồng độ ôxy dư nên được duy trì ở mức ít nhất là 1mg/l hoặc lớn hơn sau khi kết thúc quá trình phân hủy hiếu khí

Trang 24

• Năng lượng cần thiết để khuấy trộn: Để đảm bảo điều kiện

vận hành, hỗn hợp bùn trong bể nên được trộn đều

Trong các bể hiếu khí lớn, các thiết bị trộn được lắp đặt để đảm bảo hiệu quả của quá trình trộn

• Năng lượng cần thiết cho quá trình phân hủy hiếu khí

được sử dụng cho nhiều công đoạn

• Nếu sử dụng polyme trong quá trình cô đặc trước đó, đặc biệt khi cô đặc bằng ly tâm thì năng lượng sử dụng cho quá trình trộn có thể rất lớn

• Nếu sử dụng phương pháp trộn bằng hệ thống khuếch

tán không khí hạt mịn, cần cân nhắc lựa chọn hệ thống

sục khí có hạn chế nồng độ chất rắn thức ăn nhằm đạt

hiệu quả trộn tối ưu

Trang 25

• Quá trình vận hành: Quá trình vận hành các bể hiếu khí phụ thuộc vào dung lượng đệm của hệ thống, pH có thể tụt xuống dưới 5,5 (do sự tăng các ion nitrat trong dung dịch và giảm dung lượng đệm để tạo ra các bọt khí)

• Nếu pH giảm thấp thì các vi sinh vật dạng sợi sẽ có môi trường phát

triển

• Độ pH cần phải được kiểm tra định kỳ và được điều chỉnh kịp thời

• Nồng độ ôxy hòa tan và tỉ lệ hô hấp cũng phải được kiểm tra để đảm bảo vận hành ổn định

• Trong trường hợp quá trình phân hủy hiếu khí bùn chưa được làm đặc thì cần trang bị thêm thiết bị gạn nhằm làm đặc các chất rắn sau xử lý trước khi đưa sang các bước xử lý tiếp theo

Trang 26

- Lên men kỵ khí bùn cặn

bậc

• Trong bể phân hủy kị khí cao

tải một bậc, các yếu tố cơ bản

để diễn ra quá trình cấp nhiệt,

trộn bổ sung, và làm đặc bùn

• Bùn được trộn với khí tuần

hoàn, bơm hoặc máy trộn ống

hút (tách biệt với quá trình tách

cặn và chất nổi) và bùn được

gia nhiệt tới khi đạt được mức

độ chuyển hóa tối đa

Trang 27

• Tính chất của hỗn hợp bùn là yếu tố quyết định đến hiệu

suất làm việc của bể; bùn cần được bơm tới bể liên tục hoặc theo mẻ 30 phút hoặc 2 tiếng một lần nhằm duy trì điều kiện

ổn định trong bể phản ứng

• Đối với những bể cấp bùn theo ngày với chu kỳ 8 hoặc 24 tiếng thì phải đưa hết bùn sau khi đã xử lí khỏi bể trước khi đưa bùn mới vào

• Do không có quá trình tuyển nổi trong bể cao tải nên tổng lượng chất rắn giảm đi rơi vào khoảng 45 tới 50% và được chuyển hóa thành khí, bùn sản phẩm được cô đặc còn bằng khoảng một nửa so với ban đầu

Trang 29

• Trước kia, bể hai bậc thường được sử dụng nhiều;

• Hiện tại loại hình này rất ít khi được sử dụng

• Ngăn thứ 2 được thiết kế có tải trọng cao (gấp 2 lần), không được gia nhiệt và có chức năng như một bể chứa

• Bể đầu tiên có vai trò phân hủy, được gia nhiệt và lắp đặt

các thiết bị trộn

• Nhược điểm của loại bể này là chi phí xây dựng cao và

không tận dụng được diện tích, đặc biệt là diện tích của

ngăn nhứ hai vì ngăn này không có tác dụng phân hủy bùn

Trang 30

• Thiết kế bể phân hủy kị khí trong điều kiện lên men ấm

a Thời gian lưu bùn

• Các bể thiết kế dựa theo tiêu chí này cần lưu ý tính toán tới việc áp dụng các nguyên lý làm việc của quá trình phân hủy kị khí Về cơ bản, các sản

CO2

Thời gian lưu chất rắn khuyến cáo khi thiết kế bể phân hủy kị khí trong

điều kiện khuấy trộn hoàn toàn [1]

Nhiệt độ vận hành, ºC SRTmin (ngđ) SRT(ngđ) max

Trang 31

Thông số thiết kế Đơn vị Hệ đơn vị US Giá trị Đơn vị Hệ đơn vị SI Giá trị

Trang 32

• Thiết kế bể phân hủy kị khí trong điều kiện lên men ấm

• Thông số thiết kế bể phân hủy kị khí cao tải trong điều kiện lên men ấm

Trang 33

Thời gian phân hủy,

ngđ Hiệu suất phân hủy chất rắn bay hơi, %

Trang 34

• Mức độ ổn định của quá trình phân hủy thường được đánh giá bằng độ giảm nồng độ % chất rắn bay hơi (phụ thuộc vào thời gian lưu và tính chất bùn thải)

Trang 35

• Đa số các bể phân hủy kị khí đều có dạng hình trụ tròn

• Trước kia, các bể dạng chữ nhật được sử dụng rộng rãi; tuy nhiên, loại bể này có nhược điểm trộn không đều

• Do đó, các chuyên gia Đức đã phát triển và cải thiện các bể phân hủy với hình trụ hoặc hình trứng

• Bể kiểu Đức truyền thống có hình dạng hình trụ, mái dốc và đáy hình nón Trong một số trường hợp có thể được thiết kế theo dạng hình cầu Bể dạng trứng được dùng rộng rãi tại châu Âu, đặc biệt là Đức, và hiện đang được áp dụng khá nhiều tại Mỹ

Trang 36

• Để cải thiện hiệu quả của quá trình phân hủy kị khí, có thể

làm đặc bùn đưa vào hoặc làm đặc một phần bùn đưa vào để tăng thời gian lưu chất rắn

• Trong một số nghiên cứu trước đây, một phần bùn được tuần hoàn lại một phần bùn đã phân hủy, sau đó được kết hợp làm đặc với bùn nước thải và bùn sơ cấp chưa qua xử lý

• Hàm lượng chất rắn bay hơi trong bùn được dùng để đánh giá hiệu suất của quá trình phân hủy

Trang 38

• Sân phơi bùn

• Sân phơi bùn bằng năng lượng mặt trời

• Thiết bị làm khô bùn bằng ly tâm

• Máy ép bùn băng tải

• Máy ép bùn khung bản

5.2 Các công trình làm khô bùn cặn

Trang 39

-Máy ép bùn khung bản

• Quá trình tách nước được thực hiện trong điều kiện áp lực

cao

• Ưu điểm: đảm bảo chất lượng bùn khô sau khi tách

• Hạn chế là máy móc phức tạp, tốn nhiều hóa chất, yêu cầu

công nhân vận hành và tuổi thọ của băng tải không cao

• Máy ép bùn khung bản được thiết kế bao gồm một số tấm

chắn hình chữ nhật, bố trí tại hai đầu của máy ép bùn để hỗ trợ cho việc ép bùn khi hai tấm di chuyển ngược nhau trên một khung thép với một tấm di chuyển và một tấm cố định

• Các tấm vải lọc được bố trí trên bề mặt của mỗi tấm chắn Các tấm chắn được ép vào với một áp lực đủ mạnh để giữ bùn và tách nước trong suốt quá trình lọc

• Búa thủy lực hoặc ốc vít được sử dụng để ép các tấm chắn

Trang 40

(%) Hàm

lượng cặn đầu vào (%)

l/giây kg/giờ Đặc trưng Khoảng dao

động Bùn sơ cấp, thô 3-7 1,8-3,2 360-550 1-4 28 26-32 Bùn hoạt tính khô

(WAS) 1-4 0,7-2,5 45-180 3-10 15 12-20 Bùn sơ cấp + WAS

(50:50) 3-6 1,3-3,2 180-320 2-8 23 20-28 Bùn sơ cấp + WAS

(40:60) 3-6 1,3-3,2 180-320 2-10 20 18-25 Bùn sơ cấp và sau

lọc sinh học 3-6 1,3-3,2 180-320 2-8 25 23-30

Bùn sau phân hủy kị

Trang 41

(%) Hàm

lượng cặn đầu vào (%)

l/giây kg/giờ Đặc trưng Khoảng dao

động Bùn sơ cấp 3-7 1,3-3,2 360-550 2-5 28 24-30

(50:50), đặc 4-8 0,7-3,2 135-225 2-8 18 12-25 Bùn WAS nhờ ôxy 1-3 0,7-2,5 90-180 4-10 18 15-23

Trang 42

-Máy ép bùn khung bản

Nguyên lý hoạt động:

• bùn trộn hóa chất được bơm vào khoảng trống giữa hai chắn, và áp

khoảng từ 1-3 tiếng, quá trình này sẽ ép các chất lỏng có trong bùn ra ngoài thông qua tấm lọc và chảy ra khỏi tấm chắn, sau đó các tấm chắn tách ra và đưa bùn khô dạng bánh ra khỏi máy ép Nước chảy ra

từ máy ép bùn sẽ được đưa trở lại nhà máy để xử lý

• Các bánh bùn sau khi ép có độ dày khoảng 25 mm đến 38 mm và độ

ẩm khoảng 48% đến 70%

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	2,44 MB