Đề cương Công nghệ môi trường

Câu 2: Nêu nguyên tắc hoạt động của bể aerotank, biophin, UASB:Nước thải được trộn bùn hoạt tính đi vào bể, khi vào bể được sục khí giúp các vsv và hỗn hợp phát triển tạo thành bùn lắng

ĐỀ CƯƠNG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG I- Xử lý nước thải:

Câu 1: Sơ đồ cấu tạo BLĐ, BLN, BL ly tâm:

- Bể lắng đứng:

+Nguyên ý hoạt động :

Áp dụng cho awsnh nguồn nước có công suất Q <20000 m3/ ngày đêm

Nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới ên trên còn các hạt cặn rơi ngược chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống

- Bể lắng ngang:

+Nguyên ý hoạt động: trong bể ắng ngang , quỹ đạo hoạt động à tổng hợp của ực

rơi tự do và ực đẩy của nước theo phương nằm ngang và có dạng đường thẳng ứng dụng cho trạm có công suất >15000m3/ngày đêm

- Bể Ly Tâm

+ nguyên lý hoạt động :nước chuyển động theo nguyên tắc từ phía tâm bể ra phía

ngoài và từ dưới lên trên Bể có hệ thống gạt bùn đáy nên không yêu cầu có tốc độ lớn

Áp dụng cho bể có công suất Q>= 20000m3/ngày đêm

Câu 2: Nêu nguyên tắc hoạt động của bể aerotank, biophin, UASB:

Nước thải được

trộn bùn hoạt

tính đi vào bể,

khi vào bể

được sục khí

giúp các vsv và

hỗn hợp phát

triển tạo thành

bùn lắng xuống

bùn sau khi ra

bề aerotank

được hoàn lưu

lại

Prud: ứng dụng

cho hầu hết các

loại nước thải ô

nhiễm hữu cơ,

trường học,

khu dân cư,

bệnh viện,…

- BOD:C

OB= 0,5

- BOD:N:

+ Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy những hợp chất hữu

cơ thành CO2, H2O và muối Khi bắt đầu tiến hành thì vi sinh vật đã

có sẵn trong nguyên liệu

mà ở đó nó được sử dụng như một lớp lọc Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc phân hủy các dạng của hợp chất hữu

cơ và dẫn xuất halogen

+ Nguyên liệu lọc dùng cho quá trình lọc thường

là than bùn, đất, cacbon đã được hoạt hóa và

polysterene cũng có thể được sử dụng Sử dụng nguyên liệu lọc vô cùng quan trọng bởi vì nó phải cung cấp cho vi sinh vật dinh dưỡng, sự phát triển

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí

xảy ra (bùn + nước thải) tạo ra khí (70 – 80% CH4) Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn

và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể Tại đây quá trình tách pha khí – lỏng – rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5– 10% Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải đi lên vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0.6 – 0.9 m/h ( nếu bùn ở dạng bùn hạt ) pH thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khí dao động trong khoảng 6.6 – 7.6

Các giai đoạn xảy ra trong quá trình kỵ khí

– Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất

P =

100:5:1

Bể được sử

dụng nhiều

trong ngành có

hàm lượng

trong CHC cao

như nước thải

bia, giấy

về mặt sinh học, và có dung tích hấp thụ tốt

+ Hệ thống lọc khí thải

là nơi chứa các nguyên liệu lọc và nơi sinh sản cho các vi sinh vật Ở đây các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học

(biofilm), đây là một màng mỏng và ẩm bao quanh các nguyên liệu lọc quá trình xử lý tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong khí thải để tiến hành thủy phân

cao phân tử

– Giai đoạn 2: Axít hóa – Giai đoạn 3: Methane hóa Giai đoạn này chuyển

từ sản phẩm đã methane hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt

Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử.

Dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và chất không tan (polysaccharides, proteins, lipids) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các amino acid, acid béo)

Quá trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất

Giai đoạn 2: Axít hóa

Vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới

Sự hình thành các acid có thể làm pH giảmxuống đến 4.0

Giai đoạn 3: Methane hóa.

Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã methane hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn

kỵ khí nghiêm ngặt

Các phương trình phản ứng:

– CH3COOH = CH4 + CO2 – 2C2H5OH + CO2 = CH4 + 2CH3COOH – CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O

Các protein có khả năng phân hủy bị thủy phân: NH3 + HOH = NH4- +

OH-Khi OH- sinh ra sẽ phản ứng với CO2 tạo thành ion bicacbonat

Câu 3:Đề xuất dây chuyền cho 1 nhà máy xử lí nước thải:

A, Nước thải sinh hoạt:

- Thành phần chủ yếu là các chất hữu cơ:

- Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải:

SBR là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó

diễn ra quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải

B, nước thải sản xuất chứa kim loại: + chứa xyannua,phenol, hydroxit sắt

Bể tách dầu mỡ: tách các chất hữu cơ không tan trong nước

Bể keo tụ tạo bông: đây là loai bể kết hợp giữa phương pháp hóa học và cơ học Trong quá trình này phải thêm vào bể một lượng phèn nhôm nhất định để tạo khả

năng kết dính giữa các hạt lơ lửng (hydroxit sắt II) tập hợp các cặn nhỏ thành cặn lớn dễ tách Mục đích của quá trình này là loại bỏ cặn trong bể lắng tiếp theo Trong bể keo tụ tạo bông sẽ xảy ra 2 quá trình:

Keo tụ phá vỡ trạng thái bền của hạt keo,

Tạo bông kết dính các hạt keo bị phá bền

Bể lắng:để lắng các bông cặn đã keo tụ, phần nước sạch trong bể lắng được qua bể khử trùng

Bể khử trùng được châm NaOCl diệt những vi khuẩn còn sót lại

C, Nước thải sản xuất trong nghành sản xuất thực phẩm có hàm lượng CHC cao.

Thành phần chứa chất ô nhiễm:

+ Chứa hàm lượng nito, photpho cao

+ Với những nhiên liệu, nước thải chứa hàm lượng protein, chất béo vfa dầu mỡ cao

+ TSS,BOD,COD , vi khuẩn cao

+ Có chứa mặn màu tinh bột

+ Ít các chất độc hại

thích :

Bể thiếu khí (Anoxic) :Bể anoxic là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học

Bể sinh học hiếu khí (aerotank) Bể xử lý sinh học hiếu khí là quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính hiếu khí là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bằng bùn hoạt tính có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp

trong hỗn hợp bùn và nước thải từ bể thổi khí qua

Bể khử trùng:Bể trung gian có nhiệm vụ tiếp nhận nước sau lắng sinh học (để phục vụ bơm lọc áp lực) và dd khử trùng: dd Clo, nước Javel,… châm vào bể để khử trùng các vi khuẩn, vi sinh vật có hại trước khi xả thải ra môi trường tiếp nhận

Bể lọc áp lực: Nhiệm vụ của bồn lọc loại bỏ các hạt cặn nhỏ không thể lắng được trong bể lắng sinh học Ngoài ra quá trình này giúp giảm mùi khó chịu trong nước thải

D, Nước thải bênh viện:

- Thành phần:

+ Có nhiều thành phần độc hại chứa nhiều kháng từ hoạt động X- quang, các chất phóng xạ long, bệnh phẩm

+ Chứa các thành phần nước thải sinh hoạt trong bênh viện

- Sơ đồ công nghệ:

\

Bể thiếu khí (Anoxic) :Bể anoxic là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học

Bể khử trùng:Bể trung gian có nhiệm vụ tiếp nhận nước sau lắng sinh học (để phục

vụ bơm lọc áp lực) và dd khử trùng: dd Clo, nước Javel,… châm vào bể để khử trùng các vi khuẩn, vi sinh vật có hại trước khi xả thải ra môi trường tiếp nhận

Bể lọc áp lực: Nhiệm vụ của bồn lọc loại bỏ các hạt cặn nhỏ không thể lắng được trong bể lắng sinh học Ngoài ra quá trình này giúp giảm mùi khó chịu trong nước thải

Bể UASB: phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất vô cơ đơn giản

và khí biogas

Bể MBBR:nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, thì trong bể sinh học hiếu khí dính bám lơ lững còn xảy ra quá trình Nitritrat hóa và Denitrate, giúp loại bỏ các hợp chất nito, photpho trong nước thải, do đó không cần sử dụng bể Anoxic

II Xử lý khí thải:

Câu 1: Sơ đầu cấu tạo, nguyên tắc làm việc của: buồng lắng bụi, cyclon, lọc bụi túi vải, lọc bụi ướt, lọc bụi tĩnh điện:

* Buồng lắng bụi:

- Buồng lắng có tấm chắn thành nhiều ngăn:

+ Nguyên lý:

 Những tấm chắn để các hạt bụi va đập do lực quán tính khi động năng bằng

0 nó sẽ lắng xuống

 Trong buồng lắng bụi nhiều ngăn dòng tăng chuyển động theo hình rích rắc

từ ngăn này sang ngăn khác

 Do hạt bụi sẽ được lắng xuống nhờ: trọng lực của và sự va đập vào các tấm chắn do lực quán tính gây ra

 Nhờ đó kích thước của buồng lắng có thể giảm nhỏ và hiệu quả lọc tăng lên Nhờ đó hiệu quả lọc bụi của loại buồng này cao có thể đạt được 85-98%

- Buống lắng bụi có tấm chắn ở cửa khí vào: buồng lắng có sử dụng tấm chắn để tạo sự tăng giảm chiều hướng chuyển động đột ngột của không khí do đó bụi dễ dàng tách ra khỏi luồng khí và rơi xuống phễu chứa

* Xyclon:

- Nguyên lý: + Không khí cùng với bụi sẽ đi vào thiết bị theo phương tiếp tuyến với ống trụ và chuyển động xoáy tròn đi xuống phía dưới Khi dòng khí và bụi

chuyển động theo quỹ đạo tròn (dòng xoáy) thì các hạt bụi có trọng lượng lớn hơn các phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực ty tâm văng ra xa trục và va vào thành Khi bụi chạm thành, nó sẽ bị mất quán tính và rơi xuống ngăn chứa bụi phía dưới Còn với hạt bụi nhẹ thì nó sẽ đọng lại làm thành lớp rồi cuối cùng khi đủ nặng nó cũng bị rơi xuống đáy

+ Từ hộp chứa bụi đáy đó người ta lấy đưa bụi ra ngoài Như vậy bụi sẽ bị tách ra khỏi không khí, còn không khí tiếp tục chuyển động xoáy của mình, phần không khí gần trục xoáy trung tâm tương đối sạch, sẽ đi ra ngoài

* Lọc bụi túi vải:

- Khí cần lọc được đưa vào phễu chứa bụi rồi theo các ống túi vải đi từ trong ra ngoài hoặc từ ngoài vào trong để đi vào ống góp khí sạch và thoát ra ngoài Khi bụi

đã bám nhiều trên mặt trong hoặc mặt ngoài của ống tay áo làm cho sức cản của chúng tăng cao ảnh hưởng đến năng suất lọc, người ta tiến hành hoàn nguyên bằng cách rung để giũ bụi kết hợp với thổi khí ngược từ ngoài vào ống tay áo hoặc phụt không khí nén kiểu xung lực để không khí đi từ trong ra ngoài ống tay áo

* Lọc bụi ướt:

- Dàn mưa:

+ nguyên lý:

- Thiết bị lọc có đĩa chứa nước sủi bọt:

+ Nguyên lý: nước được cấp vào đĩa vừa đủ để tạo 1 lớp nước có bề cao thích hợp, dòng khí đi từ dưới lên trên qua đĩa đục lỗ làm cho nước sủi bọt Bụi trong khí tiếp xúc với bề mặt của hạt bong bóng nước và bị giữ lại tạo thành các huyền phù, rồi theo nước chảy xuống thùng chứa

- Thiết bị rửa khí kiểu đĩa quay:

+Nguyên lý: bụi trong dòng khí đi qua hệ thống khử bụi gồm nhiều tấm đục lỗ hay lưới bằng kim loại, những tấm lưới này luôn được thấm bằng dung dịch chất lỏng thích hợp và quay tròn đầu trong một không gian hình trụ Những hạt bụi trong dòng khí gặp bề mặt chất lỏng sẽ bị làm ướt và bị giữ lại rồi trôi theo những giọt nước rơi xuống

* Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi:

- Nguyên lý: dòng khí thải được dẫn qua một ống thắt, tại đây tốc độ dòng khí tăng lên cao, tại chỗ thắt ống có lắp vòi phun nước và nhờ động năng của dòng khí ở chỗ thắt dòng khí sẽ kéo theo nước và xé nước thành những giọt mịn(sol khí) và bụi ở trong dòng khí sẽ va đập vào các giọt nước và bị đọng lại trên bề mặt giọt nước

+ những giọt nước mang theo bụi sẽ bị dòng khí chuyển động xoắn ốc theo thân hình trụ và bị ép vào thành và chảy xuống dưới

+ Còn khí sạch thoát ra ngoài theo cửa 5 sau khi đã được lọc sol(4), hệ thống tách sol là những tấm lưới đặt xiên so với thành buồng

+ sol nước lẫn bụi ướt được tích tụ ở phần đáy và thải ra ngoài theo cửa (6)

*Lọc bụi tĩnh điện

Thiết bị lọc tĩnh điện được sử dụng lực hút giữa các hạt nhỏ nạp điện âm Các hạt bụi bên trong thiết bị lọc bụi hút nhau và kết lại thành khối có kích thước lớn ở các tấm thu góp Chúng rất dễ khử bỏ nhờ dòng khí

Thiết bị được chia thành 2 vùng, vùng iôn hoá và vùng thu góp

+ Vùng iôn hoá có căng các sợi dây mang điện tích dương với điện thế 1200V Các hạt bụi trong không khí khi đi qua vùng iôn hoá sẽ mang điện tích dương

+ vùng thu góp, gồm các bản cực tích điện dương và âm xen kẻ nhau nối với

nguồn điện 6000V Các bản tích điện âm nối đất Các hạt bụi tích điện dương khi đi qua vùng thu góp sẽ được bản cực âm hút vào

+ Do giữa các hạt bụi có rất nhiều điểm tiếp xúc nên liên kết giữa các hạt bụi bằng lực phân tử sẽ lớn hơn lực hút giữa các tấm cực với các hạt bụi Do đó các hạt bụi kết lại và lớn dần lên Khi kích thước các hạt đủ lớn sẽ bị dòng không khí thổi rời khỏi bề mặt tấm cực âm Các hạt bụi lớn rời khỏi các tấm cực ở vùng thu góp sẽ được thu gom nhờ bộ lọc bụi thô kiểu trục quay đặt ở cuối gom lại

Thiết bị lọc bụi kiểu tĩnh điện rất hiệu quả đối với các loại bụi kích cỡ từ 0,5 đến 8mm Khi các hạt bụi có kích cỡ khoảng 10mm và lớn hơn thì hiệu quả giảm

Câu 2: Nguyên tắc xử lý SO2, NOx, khí halogen:

* Nguyên tắc xử lý SO2:

- Hấp thụ SO2 bằng nước: sơ đồ hệ thống xử lý SO2 gồm 2 giai đoạn:

+ Gđ1: hấp thụ SO2 bằng cách phu nước vào dòng khí thải hay cho khí thải đi qua lớp vật liệu đệm có tưới nước Scubơ

+ Gđ2: giải thoát SO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi SO2 nếu cần và nước

sạch( bằng cách đun nóng dung dịch ở nhiệt dộ 1000C thì SO2 sẽ bốc ra hoàn toàn, sao đó ngưng tụ để thu hồi SO2 cho các mục tiêu sản xuất axit sunfuric)

- Hấp thụ SO2 bằng vôi hoặc vôi nung: Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp vì công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư không cao, chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thường không cần vật liệu chống axit, không chiếm nhiều diện tích xây dựng, hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn

CaCO3+SO2= CaSO3+ CO2

CaO+ SO2= CaSO3

2 CaSO3+ O2= CaSO4

- Xử lý SO2 bằng amoniac NH3:

+Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao, chịu được nhiệt độ cao, làm việc với lưu lượng khí thải lớn, xử lí kết hợp SO2 và ammoniac

+ Nhược điểm: tạo ra lượng phế thải nhiều

- Xử lý SO2 bằng amoniac và vôi: hỗn hợp hơi nước và amoniac được phun trực tiếp vào khói thải trên đường ống dẫn vào hệ thống hai tháp phun lắp nối tiếp Khí SO2 trong khói thải kết hợp với amoniac tạo thành sunfit và bisunfit amoni Phần lớn tro bụi và các sản phẩm sunfit và bisunfit được loại ra khỏi dòng khí và theo dung dịch tưới chảy xuống thùng chứa

- Xử lý SO2 bằng MgO:

Nguyên tắc: MgO+ SO2= MgSO3

MgSO3 lại tiếp tục phản ứng với SO2 để tạo ra Magie bisunfit:

MgSO3+ SO2+ H2O= Mg(HSO3)2

Một phần magie sunfit lại tác dụng với oxy trong khói thải để tạo thành sunfat: 2MgSO3+ O2=2MgSO4

Magie sunfit có thể bị trung hòa khi cho thêm MgO mới vào:

Mg(HSO3)2+ MgO= 1MgSO3+ H2O

Độ hòa tan của magie sunfit rất thấp nó có xu hướng kết tủa vào tạo thành tinh thể MgSO3.6H2O, Ở 500C, biến thành MgSO3.3H2O

Các tinh thể được tách khỏi huyền phù, sấy khô, xử lý ở nhiệt độ 800-9000C để thu hồi MgO và SO2: MgSO3= MgO+ SO2

- Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ: phương pháp này thường được áp dụng trong luyện kim màu

- Xử lý SO2 bằng các chất hấp thụ thể rắn:

Hấp thụ SO2 bằng than hoạt tính: khói thải đi vào tháp hấp thụ 3 gồm nhiều tầng , khí SO2 bị giữ lại trong lớp than hoạt tính của tầng hấp phụ, khói đi qua cyclon 4

để lọc sạch tro, bụi trước khi thải ra khí quyển

Than hoạt tính sau khi được hoàn cùng với 1 lượng than mới, bổ sung được chuyển lên phễu 1 để cấp vào tháp hấp phụ qua bộ phận khống chế liều lượng 2, sau khi bão hòa SO2 than hoạt tính từ tầng dưới của tháp chung xuống banke 5 để đivào thiết bị giải hấp phụ 6 Tại 6, một lượng nhiệt được cấp vào từ bên ngoài để nhiệt

độ than 400-4500C, nhờ thiết bị 7 và quạt 8 Để thúc đẩy hoàn nguyên người ta thổi khí trơ nóng và hơi nước vào thiết bị hoàn nguyên Sau khi hoàn nguyên, than hoạt tính được sàng chọn lại qua máy sàng 9 để loại bỏ phần quá vụn nát và bổ sung than mới để đưa lên phễu chứa 1

* Nguyên tắc xử lý NOx:

- Hấp thụ bằng nước: trong công nghiệp, các loại khí thải có chứa oxit nito với nồng độ thấp thường được xử lý bằng phương pháp dùng nước để rửa khí trong các loại thiết bị như tháp hấp thụ, thiết bị sục khí sủi bọt, ống Venturi, hiệu quả ko cao, tối đa 50%

Hiệu quả xử lý của phương pháp phụ thuộc vào nồng độ NOx ban đầu và vật liệu hấp phụ

- Hấp phụ khí NOx bằng silicagel, alumogel, than hoạt tính

- Giảm thiếu có xúc tác lượng oxit nito bằng các chất gây phản ứng khủ khác nhau như O, H2, CH4, H2S,NH3

- Giảm thiểu sự phát thải khí NOx bằng cách điều chỉnh quá trình cháy

Nguyên tắc xử lý khí halogen: