Xử lý bùn thải bằng phương pháp kỵ khí

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÙN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ. 4 I.Nguồn gốc, thành phần tính chất của bùn 4 I.1.Nguồn gốc phát sinh bùn 4 I.2.Thành phần và tính chất của cặn bùn 4 II.Các phương pháp xử lý bùn 5 II.1.Mục đích xử lý bùn 5 II.2.Các quá trình xử lý bùn 6 III.Các công trình xử lý bùn tiêu biểu: 7 III.1.Làm đặc (nén bùn): 7 III.1.1.Bể nén bùn li tâm: 8 III.1.2.Bể nén bùn bằng tuyển nổi 9 III.2.Tách nước 10 III.2.1.Sân phơi bùn (drying bed) 11 III.2.2.Máy ép bùn dây đai (belt press) 12 III.2.3.Máy lọc cặn chân không 14 III.2.4.Máy lọc cặn ly tâm: (centrifuge filter) 16 III.3.Chuyển hóa: 17 III.3.1.Bể tự hoại: (septic tank) 17 III.3.2.Bể lắng 2 vỏ: (two compartment Imhoff tank) 18 III.3.3.Bể metan 21 PHẦN II: QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG XỬ LÝ BÙN 22 I.Tổng quan về xử lý sinh học kỵ khí 22 II.Các giai đoạn phân hủy kỵ khí 22 II.1.Quá trình thủy phân: 22 II.2.Quá trình acid hóa: 23 II.3.Quá trình acetat hóa: 23 II.4.Quá trình methane hóa: 24 III.Các sản phẩm trong bể kỵ khí 25 III.1.Khí: 25 III.2.Lớp bọt váng: 25 III.3.Lớp nước mặt: 26 III.4.Bùn ổn định: 27 IV.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí 27 IV.1.Điều kiện kỵ khí: 28 IV.2.Nhiệt độ: 28 IV.3.pH: 30 IV.4.Chất dinh dưỡng: 32 IV.5.Các chất độc: 32 PHẦN III: BỂ METHANE 35 I.Phân loại 35 I.1.Theo giai đoạn xử lý: 35 I.2.Theo tốc độ xử lý: 35 I.3.Theo hình dáng: 37 I.4.Theo nắp thu khí 39 II.Cấu tạo bể methane 40 II.1.Thân bể: 41 II.2.Nắp bể 41 II.3.Thiết bị hâm nóng 42 II.4.Thiết bị khuấy trộn: 44 II.5.Đường ống: 45 III.Nguyên lý hoạt động: 46

the contents of the document.]

GVHD: GS.TS LÂM MINH TRIẾT LỚP: CH CNMT K2011

MỤC LỤC

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÙN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ 4

-I Nguồn gốc, thành phần tính chất của bùn 4

-I.1 Nguồn gốc phát sinh bùn 4

-I.2 Thành phần và tính chất của cặn bùn 4

-II Các phương pháp xử lý bùn 5

-II.1 Mục đích xử lý bùn 5

-II.2 Các quá trình xử lý bùn 6

-III Các công trình xử lý bùn tiêu biểu: 7

-III.1 Làm đặc (nén bùn): 7

-III.1.1 Bể nén bùn li tâm: 8

-III.1.2 Bể nén bùn bằng tuyển nổi 9

-III.2 Tách nước 10

-III.2.1 Sân phơi bùn (drying bed) 11

-III.2.2 Máy ép bùn dây đai (belt press) 12

-III.2.3 Máy lọc cặn chân không 14

-III.2.4 Máy lọc cặn ly tâm: (centrifuge filter) 16

-III.3 Chuyển hóa: 17

-III.3.1 Bể tự hoại: (septic tank) 17

-III.3.2 Bể lắng 2 vỏ: (two compartment Imhoff tank) 18

-III.3.3 Bể metan 21

PHẦN II: QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG XỬ LÝ BÙN 22

-I Tổng quan về xử lý sinh học kỵ khí 22

-II Các giai đoạn phân hủy kỵ khí 22

-II.1 Quá trình thủy phân: 22

-II.2 Quá trình acid hóa: 23

-II.3 Quá trình acetat hóa: 23

-II.4 Quá trình methane hóa: 24

-III Các sản phẩm trong bể kỵ khí 25

-III.1 Khí: 25

-III.2 Lớp bọt váng: 25

-III.3 Lớp nước mặt: 26

-III.4 Bùn ổn định: 27

-IV Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí 27

-IV.1 Điều kiện kỵ khí: 28

-IV.2 Nhiệt độ: 28

-IV.3 pH: 30

-IV.4 Chất dinh dưỡng: 32

-IV.5 Các chất độc: 32

PHẦN III: BỂ METHANE 35

-I Phân loại 35

-I.1 Theo giai đoạn xử lý: 35

-I.2 Theo tốc độ xử lý: 35

-I.3 Theo hình dáng: 37

-I.4 Theo nắp thu khí 39

-II Cấu tạo bể methane 40

-II.1 Thân bể: 41

-II.2 Nắp bể 41

-II.3 Thiết bị hâm nóng 42

-II.4 Thiết bị khuấy trộn: 44

-II.5 Đường ống: 45

-III Nguyên lý hoạt động: 46

-PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÙN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ

I Nguồn gốc, thành phần tính chất của bùn

I.1 Nguồn gốc phát sinh bùn

Các quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp đều dẫn đến việc tách các chất gây ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ hơn (bùn)

Các quá trình thường được áp dụng là tách pha rắn ra khỏi nước thải bằng lắng, gạn, tuyển nổi, lọc

Dùng các quá trình hóa học để tách các chất gây ô nhiễm ở dạng keo tụ, tạo bông, kết tủa Dùng các quá trình sinh học để phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm

Như vậy sau quá trình xử lý và làm sạch nước thải, nước sạch được tái sử dụng lại còn bùn tạo thành sẽ được thải đi

Việc xử lý và thải bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm cao và bùn rất khó lọc Giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25 - 50% tổng giá thành quản lý chất thải

Hình 1: Sơ đồ khái quát nguồn gốc phát sinh bùn

I.2 Thành phần và tính chất của cặn bùn

Rác được giữ lại ở song chắn rác, lưới chắn rác có kích thước lớn hơn 10 mm, được nghiền nhỏ có độ ẩm ban đầu của rác P1 = 80% đến độ ẩm sau khi nghiền P2 =

94 – 95 %

Sau bể lắng 1: Là lượng cặn lơ lửng được giữ lại trong bể lắng 1 Độ ẩm của cặn sau lắng là 97,5% sau đó chúng nén dần trong hố tập trung đến độ ẩm 92-95%

Do đây là thành phần không hoà tan có sẵn trong nước thải nên chúng được gọi là cặn

sơ cấp (cặn tươi) Trong cặn này có 65-70% là thành phần hữu cơ, nhiều vi sinh vật cả

vi sinh vật gây bệnh

Sau xử lý sinh học: gồm bùn hoạt tính dư sau bể aeroten hoặc bùn màng sinh

vật sau bể lọc sinh học được gọi chung là bùn thứ cấp Đặc điểm: có độ ẩm cao từ

99,4 - 99,7%, kích thước tương đối đồng nhất, thành phần hữu cơ chiếm 70-75%, có chứa nhiều trứng giun sán, vi khuẩn gây bệnh

Kim loại nặng (Fe, Zn, Al) 100 - 1.000 300

Bảng 1: Đặc tính của bùn tự hoại trong nước thải sinh hoạt

II Các phương pháp xử lý bùn

 Giảm khối lượng hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách nước có trong hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước công trình xử lý và giảm thể tích cặn phải vận chuyển tới nơi tiếp nhận

 Phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ dễ dàng tách nước và không gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận

 Bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực: chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống, chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên Các chất vô cơ sẽ tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, các chất hữu cơ được xử lý bằng phương pháp sinh học tận dụng cho việc làm phân bón

Cặn tươi từ bể lắng đợt 1 được dẫn đến bể metan để xử lý

Một phần bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng) từ bể lắng đợt 2 được dẫn trở lại

bể aeroten để tiếp tục xử lý, phần còn lại (bùn hoạt tính dư) được dẫn đến bể nén bùn

để làm giảm độ ẩm và thể tích, sau đó được dẫn đến bể metan để tiếp tục xử lý

Đối với các trạm xử lý sử dụng bể biophin với quá trình vi sinh vật dính bám, bùn lắng từ bể lắng đợt 2 được gọi là màng vi sinh vật và được dẫn trực tiếp đến bể metan

Thay đổi cấu trúc

Thải bùn Thải ra ngoài

Cặn ra khỏi bể thường có độ ẩm cao (96-97%) Để giảm thể tích cặn và làm ráo nước có thể ứng dụng các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên (sân phơi bùn, hồ chứa bùn) hoặc trong điều kiện nhân tạo (thiết bị lọc chân không, thiết bị lọc ép dây đai, thiết bị li tâm cặn…) Độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55-75%

Để tiếp tục giảm thể tích cặn có thể thực hiện sấy bằng nhiệt với nhiều dạng khác nhau: thiết bị sấy dạng trống, dạng khí nén, băng tải… Sau khi sấy, độ ẩm còn

 Giảm sơ bộ độ ẩm của bùn hoạt tính dư từ bể lắng 2 bằng cách lắng

(nén) cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94 – 96%), tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý bùn ở phía sau, giảm chi phí các khâu xử lý bùn tiếp theo

Phương pháp:

 Phương pháp nén bùn bằng trọng lực: bể nén bùn trọng lực (gồm bể nén bùn li tâm và bể nén bùn kiểu lắng đứng)

 Phương pháp nén bùn bằng tuyển nổi khí hòa tan: bể nén bùn tuyển nổi

 Phương pháp nén bùn bằng máy li tâm: máy nén bùn li tâm

III.1.1 Bể nén bùn li tâm:

Hình 3: Bể nén bùn li tâm

1-Ống dẫn hỗn hợp bùn nước vào; 2-Vách ngăn hướng dòng; 3-Bộ phận truyền động; 4-Máng răng cưa thu nước; 5-Hệ thống thanh gạt bùn; 6-Hố thu bùn; 7- Ống xả bùn; 8-Máng vòng thu nước; 9-Hành lang công tác; 10-Ống dẫn nước tách bùn

Cấu tạo:

Bể có cấu tạo giống như bể lắng li tâm So với bể lắng li tâm thì bể nén bùn trọng lực có công suất dàn gạt bùn lớn hơn, độ dốc đáy lớn hơn Chiếu cao công tác của bể thường từ 3.3m – 3.7m Đường kính bể có thể đến 21 – 24m Buồng phân phối

trung tâm có đường kính bằng 20% đường kính bể và có chiều cao từ 1 – 1,25 m Độ dốc đáy bể từ 1:6 đến 1:4 Tải trọng thủy lực của bể nén bùn trọng lực từ 8 – 33

m3/m2.ngày

Nguyên lý hoạt động:

Bùn loãng từ bể lắng đợt 2 (độ ẩm 99.4 – 99.7%) được đưa vào ống phân phối bùn ở trung tâm bể Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kết chặt lại Trong bể đặt máy gạt bùn để gạt bùn ở đáy bể về hố thu bùn Sau khi nén, bùn sẽ được rút ra ở đáy bể bằng bơm hút bùn để dẫn đến công trình xử lý tiếp theo (bùn đạt độ ẩm 96 – 97%) Lượng nước tách từ bùn trong quá trình nén được thu bằng máng răng cưa vòng đặt ở phần trên của bể và từ đó được dẫn về bể điều hòa để tiếp tục xử lý một lần nữa

Trong quá trình vận hành phải giữ lại một lớp bùn ở đáy bể nén bùn để giúp bùn kết chặt nhanh hơn Chiều cao lớp bùn giữ lại trong bể có thể lấy từ 0.6m – 2.4m Thời gian lưu bùn từ 0.5 đến 2 ngày

trên bề mặt chất lỏng và được hớt ra ngoài Để thay đổi tính thấm ướt của hạt và giữ cho các hạt nhỏ bền không dính vào với nhau thành bọt lớn làm giảm năng suất quá trình người ta cho thêm tác nhân trợ nổi là polyme để đính các hạt bùn với bọt khí và nổi cùng với bọt lên trên bề mặt Để tạo bọt không khí có thể dùng phương pháp sục khí, hút chân không, điện phân dung dịch, sinh học (do sự phát triển và hoạt động sống của vi sinh vật khi đun nóng bùn tới 35 -550C)

Bể nén bùn tuyển nổi đang được áp dụng rất nhiều ở các nhà máy xử lý nước thải vì có tải trọng cặn lên đến 1 m2 diện tích bể lớn hơn bể trọng lực, nồng độ cặn cô đặc cao hơn bể trọng lực, giá thành xây dựng và quản lý rẻ hơn

Mục đích:

 Làm giảm độ ẩm cặn từ bể metan (độ ẩm 96 – 97%) và cặn từ bể tiếp xúc để đạt đến độ ẩm cần thiết (55 – 80%) để thuận lợi cho vận chuyển và xử lý tiếp theo

 Tăng giá trị nhiên liệu của bùn

Phương pháp:

 Lọc chân không: máy lọc trống

 Lọc ly tâm: máy li tâm bùn

 Lọc ép: lọc qua lớp cát – sỏi – than; sân phơi bùn; máy ép băng tải

 Sấy nhiệt: thiết bị sấy dạng trống, dạng khí nén, băng tải…

Lựa chọn phương pháp để làm ráo nước cặn phụ thuộc nhiều yếu tố: mặt bằng, điều kiện đất đai, địa chất thủy văn, kinh tế xã hội…

III.2.1 Sân phơi bùn (drying bed)

Hình 5: Sân phơi bùn

1-Hào ngăn; 2-Đường ôtô; 3-Đường dốc xuống các ô; 4-Mương dẫn bùn; 5-Máng xả bùn xuống các ô; 6-Tấm chắn bằng gỗ ở các ngăn xả bùn; 7-Ống rút nước tập trung; 8-Ống dẫn nước đưa về trạm xử lý; 9-Lớp thấm nước; G1 G2 G3 G4 – Các hố ga thu nước tập trung

Nhiệm vụ của sân phơi bùn là giảm độ ẩm của bùn (bao gồm cặn từ bể mêtan

và cặn từ bể tiếp xúc) xuống còn 75 – 80%

Sân phơi bùn là khu đất hình chữ nhật, được chia thành nhiều ô, xung quanh có

bờ chắn Kích thước mỗi ô chứa bùn phụ thuộc vào cách bố trí đường xe vận chuyển bùn ra khỏi sân phơi và độ xa khi xúc bùn từ ô phơi lên xe là thuận tiện nhất (nếu xúc bằng xẻng), số ô làm việc đồng thời phụ thuộc vào lưu lượng bùn xả ra hàng ngày, độ dày bùn cần làm khô, thời gian của chu kì phơi

Đáy và thành ô phơi bùn thường làm bằng bê tông cốt thép hay xây gạch đảm bảo cách ly hoàn toàn dung dịch bùn với môi trường đất xung quanh Đáy ô phơi bùn được thiết kế với độ dốc 0.002 để thu nước bùn về phía các rãnh có đặt ống rút nước

Trên đáy ô phơi bùn đổ lớp sỏi cỡ hạt: 8-10mm dày 200mm, trong lớp sỏi đặt

hệ thống ống khoan lỗ D80 – D100 mm hình xương cá để rút nước về hố thu

Trên lớp sỏi là lớp cát lọc cỡ hạt 0,5 – 2 mm, dày 150 – 200 mm

Làm khô bùn trên sân phơi theo 2 giai đoạn, giai đoạn 1 lọc hết nước qua lớp cát, giai đoạn 2 làm khô bằng bốc hơi nước tự nhiên trên bề mặt rộng Cặn đã xử lý ổn định có chu kì phơi khô ngắn hơn cặn chưa xử lý ổn định

Sân phơi bùn có thể có mái che hoặc không có mái che Nếu không có mái che thì về mùa mưa sân phơi bùn không làm việc được

Chu kỳ xả bùn vào sân phơi bùn dao động từ 20 – 30 ngày

Để đạt nồng độ cặn 25% (độ ẩm 75%):

 Chiều dày bùn 8 cm, thời gian phơi 3 tuần

 Chiều dày bùn 10 cm, thời gian phơi 4 tuần

 Chiều dày bùn 12 cm, thời gian phơi bùn 6 tuần

Sân phơi bùn thường áp dụng ở những nơi có đất rộng, cách xa khu dân cư, mực nước ngầm thấp dưới mặt đất ít nhất 1.5m, có sẵn lao động thủ công để xúc bùn khô từ sân phơi bùn lên xe tải

Đây là phương pháp làm khô cặn trong điều kiện có những hạn chế về diện tích đất và khoảng cách ly vệ sinh môi trường đối với các khu vực xung quanh (khi giải pháp sân phơi bùn không khả thi) Nhiệm vụ của quá trình là làm khô cặn từ bể metan (độ ẩm 96 – 97%) xuống độ ẩm 75 – 85%

Hình 6: Máy ép bùn dây đai

Thiết bị lọc ép bùn dây đai là một loại thiết bị dùng để khử nước ra khỏi bùn vận hành dưới chế độ cho bùn liên tục vào thiết bị

Máy ép bùn băng tải có trên thị trường có chiều rộng băng từ 0.5 – 3.5 m, phổ biến là máy có băng rộng 1.0 m, 1.2 m, 1.5 m và 2.0 m Tải trọng cặn trên 1m rộng của băng tải dao động từ 90 – 680 kg/m.h phụ thuộc vào loại bùn và nồng độ bùn

Máy làm khô cặn bằng lọc ép trên băng tải được dùng phổ biến hiện nay vì quản lý đơn giản, ít tốn điện, hiệu suất làm khô chấp nhận được Máy lọc ép băng tải nên đặt nơi rộng, thoáng gió, đề phòng nồng độ H2S quá mức cho phép

Nguyên lý họat động:

Quá trình tách nước ra khỏi bùn bằng thiết bị lọc ép dây đai gồm có các công đoạn sau:

 Ổn định bùn bằng hóa chất

 Tách nước dưới tác dụng của trọng lực

 Tách nước dưới tác dụng của lực ép dây đai nhờ truyền động cơ khí

Bùn sau khi đã được ổn định bằng hóa chất, đầu tiên được đưa vào vùng thoát nước trọng lực, ở đây bùn sẽ được nén và phần lớn nước được tách khỏi bùn nhờ trọng lực Có thể sử dụng thiết bị hút chân không trong vùng này để nâng cao khả năng thoát nước và giảm mùi hôi Sau vùng thoát nước trọng lực là vùng nén ép áp lực thấp Trong vùng này, bùn được nén ép giữa hai dây đai chuyển động trên các con lăn Dây đai phía dưới làm bằng vải thưa hay lưới sợi mịn xốp Khi bùn chuyển động trên dây đai và các con lăn, nước trong bùn sẽ thoát ra đi xuyên qua dây đai xuống

phía dưới vào ngăn chứa nước bùn bên dưới Cuối cùng bùn sẽ đi theo các hướng zic zắc và chịu lực cắt khi đi xuyên qua một chuỗi các con lăn Dưới tác dụng của lực cắt

và lực ép, nước tiếp tục được tách ra khỏi bùn Bùn ở dạng bánh được tạo ra sau khi qua thiết bị ép bùn kiểu lọc dây đai

Hiệu suất làm khô cặn phụ thuộc vào nhiều thông số như: đặc tính của cặn, cặn

có trộn với hóa chất keo tụ hay không, độ rỗng của băng lọc, tốc độ di chuyển và lực nén của băng tải Nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy lọc băng tải đạt được 15 – 25%

Bùn từ bể lăng đợt 1 và bùn hoạt tính dư đã

Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật khử nước của thiết bị ép bùn kiểu lọc dây đai

Là một trong các giải pháp làm khô cặn thay thế cho sân phơi bùn trong điều kiện hạn chế về diện tích đất Nhiệm vụ của quá trình là giảm độ ẩm của cặn từ bể metan xuống độ ẩm 75 – 80%

Cấu tạo:

Hình 7: Máy lọc cặn chân không

Thiết bị lọc chân không gồm trống lọc hình trụ nằm ngang, vành ngoài bọc vải lọc bằng sợi nilông, hoặc sợi thép không rỉ, mắt lưới 80 – 100 micromet Trống lọc đặt trong thùng chứa cặn 1/4 đến 1/3 đường kính Khi lọc, trống quay quanh trục nằm ngang, bên trong trống lọc được máy bơm chân không rút không khí và nước ra để tạo

độ cân không từ 300 – 650 mmHg Bên ngoài trống là áp lực khí trời, bên trong là chân không, nên nước đi qua vải lọc vào phía bên trong còn cặn được giữ lại trên mặt trống, cặn được làm khô đến độ ẩm 75 – 80% Năng suất làm khô cặn đến 75% là 17,0 kg/m2 bề mặt trống trong 1 giờ

Loại thiết bị này được áp dụng nhiều trong quá khứ, những năm gần đây do có nhiều loại thiết bị mới có hiệu suất cao hơn, chi phí đầu tư và chi phí quản lý rẻ hơn nhiều lần, lại có quá trình vận hành đơn giản hơn, nên thiết bị lọc chân không đã không còn được sử dụng rộng rãi nữa

Hình 8: Sơ đồ công nghệ làm khô cặn bằng lọc chân không

1-Bể mêtan; 2-Ngăn định lượng; 3-Bơm bùn; 4-Bể chứa nước để rửa cặn; 5-Bể nén cặn; 6-Bể tiếp nhận; 7-Ngăn keo tụ; 8-Thiết bị lọc chân không; 9-Băng tải chuyển bùn đã nén; 10-Bơm chân không; 11 và 12-Các bình chứa; 13-Máy bơm để đưa phần nước lọc về trạm xử lý; 14-Trạm khí nén

Đặc tính của cặn

Công suất (kg cặn khô/m2.h)

Độ ẩm của cặn đã được

lọc (%) Lọc chân

Bảng 3: Công suất thiết bị lọc chân không, thiết bị lọc ép và độ ẩm cặn

li tâm các phần rắn của cặn đập vào thành tường của rotor và được dồn lăn tới khe hở,

đổ ra thùng chứa bên ngoài Nước bùn chảy qua khe hở của phía đối diện và được thu lại để tiếp tục xử lý

Khả năng chuyển tải của thiết bị quay li tâm không vượt quá 13m3/h theo lượng cặn ban đầu nên nó thường dùng để xử lý cặn trên những trạm xử lý công suất Q<=40000 m3/ng.đêm

Bể tự hoại được sử dụng để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt ở quy mô hộ gia đình

Bể tự hoại có thể có một ngăn hay nhiều ngăn Loại 1 ngăn chỉ áp dụng cho lưu lượng đến 1m3/ngày đêm; loại hai ngăn lưu lượng đến 10 m3/ ngày đêm; loại 3 ngăn lưu lượng lớn hơn 10 m3/ngày đêm

Việc dẫn nước vào và ra khỏi bể dùng ống chữ T, đầu cắm sâu xuống lớp váng, phần trên của ống chữ T phải để lộ thiên để thuận tiên khi thông ống Nước từ ngăn này sang ngăn khác chảy qua khe hở ở tường ngăn cách Ở mỗi ngăn đều có nắp đậy

để kiểm tra Phía trên của tường ngăn cách mặt nước một khoảng làm các lỗ thông với nhau kích thước 0.2 x 0.2m

Bể tự hoại là công trình làm đồng thời hai chức năng: lắng và phân hủy cặn Cặn lắng giữ trong bể từ 3 – 6 tháng Bùn được hút ra khỏi bề khoảng sáu tháng một lần nhưng vẫn để lại 20% để giúp cho việc lên men các cặn mới

Vật liệu lọc có thể là sỏi đá, nhưng tốt nhất là than xỉ

Cần xây dựng hệ thống thông hơi cho tất cả các ngăn Ít nhất sáu tháng một lần nên rửa vật liêu lọc hay thay lớp mới vào

Nước thải sau khi qua ngăn thứ 2 hay thứ 3 thì cho qua ngăn lọc Ở loại bể này nước được xử lý tốt hơn, song khối tích xây dựng lớn Chỉ thích hợp cho trường hợp lưu lượng nước thải ít như biệt thự Mặt khác, lớp lọc hay bị tắc, công tác quản lý khó khăn vì vậy hiện nay ít được sử dụng

Bể lắng hai vỏ được thiết kế nhằm hoàn thành hai nhiệm vụ chính sau đây:

 Lắng các tạp chất lơ lửng (chức năng như bể lắng ngang)

 Chế biến cặn lắng bằng quá trình lên men kỵ khí

Cấu tạo:

Hình 11: Bể lắng hai vỏ

1-Máng lắng; 2-Khe hở của máng lắng; 3-Ngăn lên men cặn lắng; 4- Ống xả bùn (áp lực thủy tĩnh 1.5m) đến sân phơi bùn; 5-Dẫn nước thải vào máng lắng; 6- Máng phân phối đầu bể; 7-Máng thu nước tập trung cuối bể; 8-Dẫn nước thải đến công trình xử

lý tiếp theo

Bể lắng 2 vỏ là một bể chứa, mặt bằng dạng hình tròn hay hình chữ nhật, đáy hình nón hoặc hình chóp đa giác Phần trên của bể có máng lắng, còn phần dưới là buồng tự hoại

Bể lắng 2 vỏ hình tròn phổ biến hơn bể hình chữ nhật vì ít tốn nhiêu vật liệu hơn

Bể lắng 2 vỏ có loại một máng lắng và loại hai máng lắng Loại một máng lắng chỉ áp dụng cho bể có đường kính nhỏ hơn 5 – 6 m

Bể lắng 2 vỏ có thể làm bằng gạch, đá, bê tông cốt thép đổ tại chỗ hoặc ghép Dùng vật liệu gạch đá chỉ áp dụng cho những bể lắng nhỏ, hay những bể làm việc tạm thời, mặt bằng có dạng hình chữ nhật Bể lắng 2 vỏ chủ yếu được làm bằng bê tông cốt thép

Nguyên lý hoạt động:

Nước chuyển động qua máng lắng theo nguyên tắc bể lắng ngang Với tốc độ chảy chậm và dưới tác động của trọng lượng bản thân, các hạt cặn rơi lắng xuống dọc theo đáy máng Đáy máng làm dốc, các hạt cặn theo đó chui qua khe hở xuống phần chứa cặn Khe hở có chiều rộng 0,12 – 0,15m

Để các hạt cặn lơ lửng và các bong bóng nước từ phần tự hoại không xâm thực

và phần lắng, thì đáy máng nơi có khe hở làm thành dốc nọ che lấy dốc kia một khoảng 0,1 – 0,35m Do có cấu trúc đặc biệt này mà quá trình lắng không bị ảnh hưởng của quá trình lên men

Việc dẫn nước vào và ra khỏi bể cũng làm như ở bể lắng ngang: theo dạng thành tràn hay tường mỏng đục lỗ dọc suốt chiều rộng của máng lắng Ở đầu máng có tấm chắn nữa ngập để phân phối nước đều trên toàn tiết diện và ở cuối máng cũng có tấm chắn như thế để ngăn những chất nổi lên không chảy vào nước đã lắng

Chiều sâu của máng thường từ 1,2 – 2,5m, bởi vì khi chiều sâu lớn quá sẽ không có khả năng phân phối nước đều trên toàn bộ tiết diện

Việc tháo cặn ở bể lắng 2 vỏ tiến hành như ở bể lắng đứng đợt 1 Ống dẫn bùn thường lấy đường kính nhỏ hơn 200mm, áp lực yêu cầu 1,5 – 1,8m

Vì lớp váng phát triển nhanh nên để có một lớp diện tích dự trữ thì mặt thoáng

tự do (không kể phần máng lắng) không nhỏ hơn 20% tổng diện tích bề mặt của bể Khoảng cách giữa các bức tường của máng lắng không nhỏ hơn 0,5m

Bể lắng 2 vỏ giải quyết một lúc 2 nhiệm vụ: lắng cặn và lên men cặn lắng Quá trình lên men trong bể lắng hai vỏ tách ra hơi khí có mùi atphan

Cặn lắng được giữ trong bể từ 60 – 120 ngày Các chất hữu cơ được phân hủy tới 40% Cặn có độ ẩm 85 – 95%

Điều kiện vận hành:

Để quá trình lên men được tốt, thì đối với những bể mới phải đổ vào một ít bùn

cũ Nếu không làm như vậy, quá trình lên men sẽ chua – loại lên men bốc mùi khó chịu, cặn có độ ẩm cao

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình phân hủy chất Ví dụ, khi nhiệt độ 8,50C thì thể tích buồng tự hoại cho đầu người sử dụng hệ thống là 80 lít, khi 120C thì 50 lít Tuy nhiên, sấy nóng nhân tạo phần tự hoại của bể lắng 2 vỏ là không kinh tế, vì sẽ phải sấy nóng một lượng lớn nước thải chảy qua bể Thông thường người ta chôn sâu bể xuống đất, phần còn lại được ốp dày chung quanh, trên

bề mặt có nắp đậy để giữ nhiệt cho thân bể Nhưng đó là đối với các nước xứ lạnh, còn đối với nước ta thì không cần thiết Nhiệt độ tối ưu là 10 – 150C

Phạm vi sử dụng:

Bể lắng hai vỏ được sử dụng để xử lý bùn cặn trong nước thải sinh hoạt ở quy

mô nhỏ như cụm dân cư (công suất trạm XLNT nhỏ hơn 10.000m3/ngày)

Bể metan là công trình được xây dựng để lên men (ổn định kỵ khí) các loại bùn cặn trong nước thải ở quy mô lớn như khu đô thị

PHẦN II: QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG XỬ LÝ BÙN

I Tổng quan về xử lý sinh học kỵ khí

Lên men metan trong tự nhiên được biết đến từ lâu như ở các vùng đáy đầm

hồ, vùng bãi rác thải, trong dạ dày động vật nhai lại… Ngày nay, người ta dùng nguyên lí của quá trình này vào xử lý ô nhiễm chất bẩn cao và xử lý rác thải Hàng chục năm qua, hàng loạt các quá trình kị khí khác nhau đã được nghiên cứu và phát triển để xử lý bùn cặn, các loại chất thải có chứa chất hữu cơ đậm đặc Đây là phương pháp cổ điển nhất để ổn định bùn cặn

Xử lý sinh học kị khí là quá trình khử các chất ô nhiễm trong thành phần bùn cặn của nước thải (chủ yếu là chất hữu cơ) thông qua sự lên men acid và methane của của nhóm vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện không có oxy và cho ra sản phẩm chuyển hóa cuối cùng là khí CH4 và CO2 được thu hồi và sử dụng như nguồn nhiên liệu trong các hoạt động sinh hoạt và sản xuất

II Các giai đoạn phân hủy kỵ khí

Khi bùn hoạt tính được giữ trong môi trường kỵ khí, những vi khuẩn đặc biệt

sẽ phát triển và sử dụng bùn dư như nguồn chất hữu cơ cho quá trình chuyển hóa lên men Sản phẩm cuối cùng của sự lên men chủ yếu là khí methane và CO2.Tổng thể quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành methane và CO2 có thể được chia thành bốn giai đoạn (theo Gujer và Zehnder, 1983) đó là: thủy phân, acid hóa, acetat hóa, và methane hóa

Trong một công trình xử lý kỵ khí, bốn quá trình diễn ra đồng thời Nếu công trình xử lý kỵ khí vận hành tốt, sự chuyển hóa các sản phẩm trung gian (sản phẩm từ

ba giai đoạn đầu) xảy ra hoàn toàn, dẫn đến nồng độ các chất này luôn thấp tại mọi thời điểm

Trong quá trình thủy phân, các phân tử có kích thước lớn như protein, carbonhydrate và chất béo trong bùn dư sẽ được chuyển thành các phân tử nhỏ hơn và hòa tan trong nước: acid amin, đường và các acid béo Quá trình thủy phân hay quá trình hòa tan diễn ra nhờ vào các enzyme ngoại tiết bởi các vi khuẩn lên men acid Vi khuẩn chỉ có thể sử dụng các chất hữu cơ như nguồn thức ăn khi các chất này ở dạng hòa tan và có thể hấp thụ qua thành và màng tế bào Vì thế các vi khuẩn này tiết ra enzyme để bẻ gãy các liên kết của chất có cấu tạo phân tử phức tạp không tan để trở thành dạng có cấu trúc đơn giản và hòa tan Quá trình thủy phân là một quá trình tương đối chậm và nhìn chung nó giới hạn tốc độ của toàn quá trình xử lý kỵ khí

Các vi khuẩn phân hủy protein (Bucteroides amylophilus, B.Ruminicola Spp,

Clostridium Spp) phân hủy protein thành axit amin, axit hữu cơ, NH3, H2S

Các vi khuẩn phân hủy chất béo (Alcaligennes Spp, Bacillus Spp, Micrococus

Spp, Pseudomonas Spp) phân hủy chất béo và dầu thành axit béo mạch dài

Phương trình phản ứng:

(C6H10O5)x + xH2O  x(C6H12O6)

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2

Giai đoạn thứ hai của quá trình phân hủy kỵ khí là acid hóa, một quá trình dẫn đến sự chuyển hóa các sản phẩm thủy phân thành các phân tử đơn giản với phân tử khối nhỏ, như các acid béo bay hơi (ví dụ acetic-, propionic-, butyric acid), rượu, aldehydes và khí CO2, H2, NH3 , sinh khối mới…

Quá trình acid hóa chịu tác động bởi 1 nhóm vi khuẩn rất đa dạng mà đa số là

vi khuẩn kỵ khí cực đoan, nghĩa là nếu như có sự hiện diện của các chất oxy hóa như

O2 hay NO3- thì sẽ là độc tố đối với chúng Rất may cho những vi khuẩn kỵ khí này là song song đó thì luôn có sự hiện diện loại vi khuẩn tiêu thụ oxy mọi lúc Sự hiện diện của những vi khuẩn này rất quan trọng để khử tất cả khí O2 có thể theo vào trong hệ thống cùng với bùn dư Các vi khuẩn lên men acid có khả năng chuyển hóa chất hữu

cơ xuống mức pH rất thấp vào khoảng giá trị 4

Phương trình phản ứng:

CH3CH2OH + H2O  CH3COOH + 2H2

CH3CH2COOH + 2H2O  CH3CH3COOH + CO2 + 2H2

Trong giai đoạn thứ ba, acetat hóa, sản phẩm của quá trình acid hóa được chuyển hóa thành acid acetic, H2 và CO2 bởi vi khuẩn lên men acetic Ba giai đoạn đầu của phân hủy kỵ khí thường được nhóm chung thành quá trình lên men acid Điều quan trọng cần lưu ý trong quá trình lên men acid là không có thành phần hữu cơ nào được loại bỏ khỏi pha lỏng (COD không giảm): nó chỉ được chuyển sang một dạng chất khác thích hợp để được sử dụng cho quá trình methane hóa tiếp theo sau

Các vi khuẩn acetoenic (Enterbacteria ceac, Bacillaceac) lên men alcohol, axit

butyric, aromalic, axit béo mạch dài thành acetate, H2, CO2

Phương trình phản ứng:

CH3CH2OH + H2O  CH3COOH + 2H2

CH3CH2COOH + 2H2O  CH3CH3COOH + CO2 + 2H2

Trong giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí, sản phẩm của quá trình lên men acid (chủ yếu là acid acetic) được chuyển thành CO2 và CH4 Chỉ đến khi đó thì chất hữu cơ mới được loại bỏ (COD giảm), vì một lượng lớn khí methane được sinh

ra sẽ giải hấp khỏi pha lỏng Trong mỗi giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí, các phản ứng dị hóa được mô tả ở trên diễn ra cùng lúc với các phản ứng đồng hóa Năng lượng tự do được giải phóng trong các phản ứng một phần được sử dụng cho quá trình tổng hợp sản sinh ra cá thể mới trong các quần thể vi khuẩn kỵ khí

Các vi khuẩn lên men methane (Methanobacterium We.N4, Methe.foricun

DSM 863) lên men H2, CO2, formate thành CH4

Phương trình phản ứng:

H2 + CO2 CH4 + 2H2O + Q

CH3COO- CH4 + CO2 + Q

CH3COOH  CH4 + CO2 + 2H2O + Q

Vì năng lượng được giải phóng từ quá trình dị hóa lên men là khá nhỏ, hệ số

sản lượng sinh khối thấp hơn nhiều so với quá trình hiếu khí Vì thế, một phần lớn các

chất hữu cơ bị phân hủy được chuyển thành biogas (85% – 95%)