CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SẢN XUẤT DOP
SẢN XUẤT DOP
Mục đích của quá trình xử lý nước thải là loại bớt các chất ô nhiễm có trong
nước thải đến mức độ chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy đònh. Mức độ yêu cầu xử
lý nước thải tùy thuộc vào các yếu tố sau:
• Xử lý để tái sử dụng.
• Xử lý quay vòng.
• Xử lý để xả ra ngoài môi trường.
Hầu hết nước thải được xử lý để xả ra ngoài môi trường. Trong trường hợp này,
yêu cầu mức độ xử lý phụ thuộc vào nguồn tiếp nhận nước thải và quy đònh của
từng khu vực khác nhau. Tại Việt Nam, vào tháng 6-1995, chính phủ đã ban hành
các tiêu chuẩn quy đònh môi trường thống nhất chung cho toàn quốc.Trong đó có
tiêu chuẩn TCVN 5945-1995, quy đònh tiêu chuẩn xả cho phép đối với nước thải ra
các nguồn khác nhau.
Hiện nay, để xử lý nước thải sinh hoạt hay công nghiệp ta có thể phối hợp
nhiều phương pháp: cơ học, hóa lý, sinh học Mỗi phương pháp đều giúp ta loại bỏ
được một số thành phần ô nhiễm có trong nước thải. Việc lựa chọn một phương
pháp xử lý hay phối hợp nhiều phương pháp tùy thuộc vào các yếu tố sau:
• Đặc tính của nước thải: Cần xác đònh cụ thể thành phần các chất ô nhiễm có
trong nước thải, dạng tồn tại của chúng (lơ lửng, dạng keo, dạng hòa tan ), khả
năng phân hủy sinh học và độ độc của các thành phần vô cơ và hữu cơ.
• Mức độ yêu cầu khi xử lý nghóa là chất lượng nước đầu ra phải thỏa mãn một
yêu cầu cụ thể nào đó. Ta cũng cần phải quan tâm đến các yêu cầu về chất lượng
nước trong tương lai.
• Chi phí xử lý và diện tích đất hiện có để xây dựng trạm xử lý. Trước khi tiến
hành chọn lựa quá trình xử lý phù hợp, ta cần phải phân tích chi tiết chi phí xử lý
của từng phương án đưa ra.
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
1.1. PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC:
Quá trình xử lý cơ học thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quá trình xử
lý hay còn gọi là quá trình tiền xử lý (pre-treatment), quá trình này dùng để loại các
tạp chất không tan gồm có các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước. Nó được coi
như là bước đệm nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bò và các quá trình xử lý
tiếp theo. Tùy theo đặc điểm của các loại cặn có trong nước thải, các công trình đơn
vò sau đây có thể được áp dụng:
1.1.1. Song chắn rác và lưới chắn rác :
Lưới chắn rác được sử dụng nhằm loại các loại rác có kích thước lớn như lá
cây, que, xương động vật … ra khỏi nước thải trước các công đoạn xử lý tiếp theo
với mục đích bảo vệ các thiết bò như bơm, ống dẫn Các thiết bò chắn rác có thể
được phân loại như sau:
• Theo khe hở song chắn thì có 2 loại: thô (30 ÷ 200 mm) và trung bình (5 ÷ 25
mm).
• Theo đặc điểm cấu tạo thì có 2 loại: cố đònh và di động
• Theo phương pháp lấy rác ra khỏi song chắn thì có 2 loại: thủ công và cơ giới.
Song chắn rác thường đặt đứng, vuông góc với dòng chảy gồm các thanh kim
loại (thép không gỉ). Tiết diện của thanh đan song chắn rác có thể là loại tiết diện
tròn, chữ nhật hay bầu dục. Tiết diện hình tròn ít được sử dụng vì rác dễ dính chặt
vào thanh đan gây khó khăn cho công tác cào rác. Tiết diện hình chữ nhật được sử
dụng tương đối rộng rãi nhưng loại này tạo tổn thủy lực lớn. Lưới chắn rác thường
đặt nghiêng một góc 45
o
÷ 60
o
so với phương thẳng đứng, khe rộng của mắt lưới
thường từ 10 ÷ 20 mm. Ta có thể làm sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công
hay bằng các thiết bò cơ khí tự động hay bán tự động. Hiện nay, trên thò trường đã có
bán nhiều loại thiết bò vừa làm lưới chắn rác, vừa cắt và nghiền vụn rác thành các
hạt hoặc mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải mà không làm tắc ống, không gây hại
cho máy bơm. Tuy nhiên, các loại thiết bò này cũng có nhược điểm là gây khó khăn
cho các công trình xử lý tiếp theo do lượng cặn trong nước thải tăng lên. Loại cặn
này gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bò làm thoáng trong bể sinh
học, chủ yếu là các đóa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin làm hư hại và
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
giảm công suất của thiết bò làm thoáng bề mặt. Do vậy, ta cần cân nhắc kỹ khi lựa
chọn các loại thiết bò chắn rác.
1.1.2. Bể lắng cát:
Lắng là một quá trình quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải và thường
được ứng dụng để tách các chất rắn ra khỏi nước thải dự trên nguyên tắc sự khác
nhau về trọng lượng giữa các hạt cặn và nước. Bể lắng cát thường đặt sau song
chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng, chất lượng nước với nhiệm vụ là
loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than
vụn, vỏ trứng v.v… theo nguyên tắc lắng trọng lực nhằm bảo vệ các thiết bò cơ khí
dễ mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau. Cặn lắng trong bể lắng cát
là các hạt phân tán, có kích thước và vận tốc lắng thay đổi trong suốt quá trình lắng,
không phụ thuộc vào nồng độ các hạt.
Tùy theo đặc tính của dòng chảy, ta có thể phân loại bể lắng cát như sau: bể
lắng cát ngang nước chảy thẳng, chảy vòng; bể lắng cát đứng nước dâng từ dưới lên,
bể lắng cát nước chảy xoắn ốc.
1.1.3. Bể lắng đợt I:
Tương tự như bể lắng cát, bể lắng I có nhiệm vụ tách các hạt cặn lơ lửng có
trong nước dựa trên nguyên tắc trọng lực. Cặn lắng của bể lắng đợt I là loại cặn có
bề mặt thay đổi, có khả năng kết dính và keo tụ với nhau trong suốt quá trình lắng
làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặn thay đổi theo chiều cao lắng
hoặc bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn trên 1.000 mg/l. Căn cứ theo
chiều nước chảy trong bể, người ta phân biệt thành các dạng bể lắng sau:
• Bể lắng ngang: Nước chảy vào bể theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể. Bể
lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật.
• Bể lắng đứng: Nước chảy vào bể theo phương thẳng đứng từ dưới đáy bể lên. Bể
lắng đứng có mặt bằng hình tròn
• Bể lắng Radian: Nước chảy vào bể theo hướng từ trung tâm ra qua thành bể
hoặc có thể ngược lại. Trong trường hợp thứ nhất ta gọi là bể lắng ly tâm, trường
hợp thứ hai gọi là bể lắng hướng tâm.
Thông thường, ta thường gộp chung bể lắng cát vào bể lắng đợt I thành một
công trình vì bể lắng đợt I hoàn toàn có khả năng lắng cặn của bể lắng cát.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
1.1.4. Bể điều hòa, trung hòa:
Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống cống thu gom chảy về trạm xử
lý thường xuyên dao động theo các giờ trong ngày. Khi hệ số không điều hòa K≥1,4
thì xây dựng bể điều hòa để các công trình xử lý làm việc với lưu lượng đều trong
ngày sẽ kinh tế hơn. Có 2 loại bể điều hòa:
• Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng nằm trực tiếp trên đường chuyển động của
dòng chảy.
• Bể điều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể nằm trực tiếp trên đường vận chuyển
của dòng chảy hoặc nằm ngoài đường đi của dòng chảy.
Tùy theo điều kiện đất đai và chất lượng nước thải, khi mạng cống thu gom là
mạng cống chung thì ta thường áp dụng bể điều hòa lưu lượng để tích trữ được lượng
nước sau cơn mưa. Ở các mạng thu gom là hệ thống cống riêng và ở những nơi có
chất lượng nước thải thay đổi, ta thường áp dụng bể điều hòa cả lưu lượng và chất
lượng. Bể điều hòa thường đặt trước bể lắng đợt I.
Để đảm bảo chức năng điều hòa lưu lượng và chất lượng nước thải, ta cần bố
trí trong bể hệ thống, thiết bò khuấy trộn để san bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn
bộ thể tích nước thải có trong bể và để ngăn ngừa cặn lắng, pha loãng nồng độ các
chất độc hại nếu có nhằm loại trừ hiện tượng bò sốc về chất lượng khi đưa nước vào
công trình xử lý sinh học. Ngoài ra, trong bể cũng có thể bố trí thêm các thiết bò thu
gom và xả bọt, váng nổi.
Khi có yêu cầu về điều chỉnh độ pH của nước thải, ta có thể bố trí thêm một
khoang trung hòa ở trong bể điều hòa hoặc xây thành một bể trung hòa riêng nằm
ngay phía sau bể điều hòa.
1.2. PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ:
Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm
và hóa chất thêm vào. Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hóa khử,
phản ứng trung hòa tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân hủy chất độc hại. Các
phương pháp hóa lý thường được ứng dụng nhiều nhất là oxy hóa và trung hòa. Đi
đôi với các phương pháp này còn kèm theo các quá trình kết tủa và nhiều hiện
tượng khác. Nói chung, bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp
hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải. Các công trình tiêu biểu của việc
áp dụng phương pháp hóa học bao gồm:
1.2.1. Bể keo tụ, tạo bông :
Quá trình keo tụ, tạo bông được áp dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các
hạt keo có kích thước rất nhỏ (10
-7
÷ 10
-8
cm). Các chất này tồn tại ở dạng khuếch
tán và không thể được loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian. Để
giảm bớt thời gian lắng của chúng, ta thêm vào trong nước thải một số hóa chất như
phèn nhôm, phèn sắt, polymer vì các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch
tán trong dung dòch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh
hơn. Trong khi tiến hành quá trình keo tụ, tạo bông cần chú ý đến các yếu tố sau:
• pH của nước thải.
• Bản chất của hệ keo.
• Sự có mặt của các ion khác trong nước.
• Thành phần của các chất hữu cơ có trong nước.
• Nhiệt độ.
Các phương pháp keo tụ có thể là keo tụ bằng chất điện ly, keo tụ bằng hệ keo
ngược dấu. Trong quá trình xử lý nước thải bằng chất keo tụ, sau khi kết thúc giai
đoạn thủy phân các chất keo tụ (phèn nhôm, phèn sắt), giai đoạn hình thành bông
cặn bắt đầu diễn ra. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành bông cặn, người
ta xây dựng các bể phản ứng với mục đích đáp ứng các yêu cầu của chế độ keo tụ
tối ưu. Phụ thuộc vào phương pháp khuấy trộn, bể phản ứng sẽ được phân thành hai
loại: thủy lực và cơ khí. Thông thường, sau khi diễn ra quá trình keo tụ, nước thải sẽ
được đưa qua bể lắng để tiến hành loại các bông cặn có kích thước lớn mới được
hình thành.
Ta cũng có thể áp dụng phương pháp keo tụ để làm trong và khử màu nước
thải vì sau khi tạo thành các bông cặn có kích thước lớn và lắng xuống thì những
bông cặn này có thể kéo theo các chất phân tán không tan gây độ màu cho nước.
1.2.2. Bể tuyển nổi:
Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại bỏ các
tạp chất không tan và khó lắng. Trong nhiều trường hợp, tuyển nổi còn được sử
5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt. Tuyểûn nổi được áp dụng để
xử lý nước thải của nhiều ngành sản xuất như: chế biến dầu mỏ, tơ sợi nhân tạo,
giấy xenlulô, da, hóa chất, thực phẩm, chế tạo máy
Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và cũng được áp
dụng trong trường hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm hoặc rất khó thực hiện. Các
chất lơ lửng như dầu, mỡ sẽ được nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng
nâng của các bọt khí, tạo thành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban
đầu. Hiệu quả phân riêng bằng tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong
bóng khí. Kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15 ÷ 30µm. Để có kích thước bọt
ổn đònh trong quá trình tuyển nổi, người ta dùng các chất tạo bọt. Chất tạo bọt có
thể là dầu thông, phenol, ankyl, sunfat-natri, cresol (CH
3
C
6
H
4
OH). Điều cần lưu ý là
trọng lượng của hạt không được lớn hơn lực kết dính với bọt khí và lực nâng của bọt
khí. Kích thước hạt để tuyển nổi hiệu quả phụ thuộc trọng lượng riêng của hạt và
bằng 0,2 ÷ 1,5mm.
Có nhiều dạng tuyển nổi để xử lý nước thải bao gồm: tuyển nổi với sự tách
không khí từ dung dòch, tuyển nổi với việc cho thông khí qua vật liệu xốp, tuyển nổi
hóa học, tuyển nổi điện, tuyển nổi với sự phân tách không khí bằng cơ khí, hoặc
tuyển nổi bằng tách trọng lực.
1.2.3. Bể khử trùng (bể tiếp xúc) :
Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn có thể chứa khoảng
10
5
đến 10
6
vi khuẩn trong 1ml. Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không
phải là vi trùng gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng tồn tại một vài loại vi
khuẩn gây bệnh nào đó. Nếu xả nước thải ra nguồn cấp nước, hồ nuôi cá thì khả
năng lan truyền bệnh sẽ rất lớn. Do vậy, cần phải có biện pháp tiệt trùng nước thải
trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến
hiện nay là:
• Dùng clo hơi qua thiết bò đònh lượng clo.
• Dùng Hypoclorit – canxi dạng bột – Ca(ClO)
2
– hoà tan trong thùng dung dòch
3 ÷ 5% rồi đònh lượng vào bể khử trùng.
• Dùng HypocloritNatri, nước javel (NaClO).
6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
• Dùng Ozone được sản xuất từ không khí do máy tạo Ozone đặt trong nhà máy
xử lý nước thải. Ozone sản xuất ra được dẫn ngay vào bể khử trùng.
• Dùng tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp sản sinh ra. Đèn phát tia
cực tím đặt ngập trong bể khử trùng có nước thải chảy qua.
Từ trước đến nay, phương pháp khử trùng nước thải bằng Clo hơi hay các hợp
chất của Clo thường được sử dụng phổ biến vì clo là hóa chất được các ngành công
nghiệp dùng nhiều, có sẵn trên thò trường với giá thành chấp nhận được, hiệu quả
tiệt trùng cao. Tuy nhiên, những năm gần đây, các nhà khoa học đã đưa ra khuyến
cáo nên hạn chế dùng Clo để tiệt trùng nước thải vì các lý do sau:
• Lượng clo dư (khoảng 0,5 mg/l) trong nước thải để đảm bảo sự an toàn và ổn
đònh cho quá trình tiệt trùng sẽ gây hại đến cá và các sinh vật nước có ích khác.
• Clo kết hợp với hydrocacbon thành các hợp chất có hại cho môi trường sống.
Ở các nước tiên tiến, người ta đang thay dần Clo bằng Ozone làm chất tiệt
trùng nước thải và đang nghiên cứu áp dụng sát trùng bằng thiết bò phát tia cực tím.
Tuy nhiên, hai phương pháp này có chi phí xử lý rất cao.
Khi chọn phương pháp khử trùng bằng clo, ta cần có các công trình đơn vò như :
trạm cloratơ (khi dùng clo hơi) hoặc trạm clorua vôi (khi dùng clorua vôi), bể trộn,
bể tiếp xúc. Trạm cloratơ hoặc trạm clorua vôi là nơi điều chế dung dòch nước clo
hoặc clorua vôi. Bể trộn dùng để xáo trộn dung dòch clo với nước thải, bể tiếp xúc
có nhiệm vụ duy trì thời gian tiếp xúc cần thiết giữa dung dòch clo với nước thải.
1.3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC:
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là việc sử dụng khả năng sống và
hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bẩn hữu cơ trong nước thải. Các vi
sinh vật sử dụng một số hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh
dưỡng và tạo ra năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận được các chất
làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên khối lượng sinh khối được
tăng lên.
Phương pháp sinh học thường được sử dụng để làm sạch hoàn toàn các loại
nước thải có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy,
phương pháp này thường dùng sau khi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước
thải bằng các quá trình đã trình bày ở phần trên. Đối với các chất vô cơ chứa trong
7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
nước thải thì phương pháp này dùng để khử chất sulfit, muối amon, nitrat – tức là
các chất chưa bò oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy
sinh hóa các chất bẩn sẽ là: khí CO
2
, nitơ, nước, ion sulfate, sinh khối… Cho đến nay,
người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có
trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo.
Giải pháp xử lý bằng biện pháp sinh học có thể được xem là tốt nhất trong các
phương pháp trên với các lý do sau:
• Chi phí thấp.
• Có thể xử lý được độc tố.
• Xử lý được N-NH
3
.
• Tính ổn đònh cao.
Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ
vào tính chất, hoạt động và môi trường sống của chúng, ta có thể chia phương pháp
sinh học thành 2 dạng chính như sau:
1.3.1. Xử lý sinh học trong môi trường hiếu khí (aerobic environment ):
Quá trình hiếu khí dựa trên nguyên tắc là vi sinh vật hiếu khí phân hủy các
chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan theo phương trình sau:
Vi khuẩn
Chất hữu cơ + O
2
CO
2
+ NH
3
+ C
5
H
7
NO
2
+ các SF khác.
(tế bào mới)
Ngoài việc phân hủy các chất hữu cơ để tạo ra tế bào mới, vi sinh vật còn thực
hiện quá trình hô hấp nội sinh để tạo ra năng lượng theo phương trình:
Vi khuẩn
C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2
5CO
2
+ 2H
2
O + NH
3
+ năng lượng.
Các vi sinh vật ở trên được gọi là bùn hoạt tính. Chúng tự sinh ra khi ta thổi
không khí vào nước thải. Về khối lượng, bùn hoạt tính được tính bằng khối lượng
chất bay hơi có trong tổng hàm lượng bùn (cặn khô) đôi khi còn gọi là sinh khối.
8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
Phân loại:
Sơ đồ 2.1 Phân loại các công nghệ xử lý hiếu khí
Sự tăng trưởng của vi khuẩn về số lượng có thể được chia thành 4 giai đoạn
khác biệt như sau:
(1). Giai đoạn phát triển chậm : giai đoạn phát triển chậm thể hiện khoảng thời
gian cần thiết để vi khuẩn làm quen với môi trường và bắt đầu phân đôi.
9
Công nghệ hiếu khí
Hồ sinh học hiếu khí
Lọc hiếu
khí
Lọc SH
nhỏ giọt
Sinh trưởng dính bámSinh trưởng lơ lửng
Hiếu khí
tiếp xúc
Xử lý sinh
học theo
mẻ
Aerotank Đóa quay
sinh học
(2) (3) (4)
Thời gian
Quá trình tăng trưởng và phát
triển của vi sinh vật
(1)
Hình 2. 1: quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
(2). Giai đoạn tăng trưởng về số lượng theo Logarit : trong suốt thời kỳ này, các tế
bào phân chia theo tốc độ xác đònh bởi thời gian sinh sản và khả năng thu nhận
và đồng hóa thức ăn (tốc độ tăng trưởng theo phần trăm là không đổi).
(3). Giai đoạn phát triển ổn đònh : Ở giai đoạn này, số lượng vi khuẩn quan sát
trong mẻ ổn đònh là do: vi khẩn đã ăn hết chất nền và chất dinh dưỡng, số vi
khuẩn mới sinh ra vừa đủ bù cho số vi khuẩn già cỗi chết đi.
(4). Giai đoạn vi khuẩn tự chết : Trong suốt giai đoạn này, tốc độ tự chết của vi
khuẩn vượtt xa tốc độ sinh sản ra tế bào mới.
Dựa vào kết quả thí nghiệm về sự tăng trưởng của vi khuẩn về số lượng theo
thời gian, người ta đã xây dựng được đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển
của vi khuẩn về số lượng theo thang logarit được trình bày trong hình 2.1.
Ta có thể áp dụng nhiều quá trình khác nhau khi xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học trong môi trường hiếu khí.
a. Quá trình tăng trưởng hiếu khí lơ lửng (aerobic suspended-growth process) :
Đây là quá trình vi sinh vật phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn bùn
hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước ở các bể xử lý sinh học. Bể sinh học này
luôn cần phải được làm thoáng để cung cấp đầy đủ oxy cho vi sinh vật tiến hành
quá trình phân hủy chất hữu cơ và phát triển. Ngoài bể sinh học, ta cũng cần phải
bố trí thêm bể lắng để tách các bông bùn hoạt tính ra khỏi nước, tuần hoàn một
phần bùn trở lại bể sinh học nhằm duy trì nồng độ bùn cần thiết trong bể sinh học
và xả bỏ bớt lượng bùn thừa sinh ra trong quá trình phát triển. Trong một số trường
hợp, ta cũng có thể gộp chung 2 bể sinh học và lắng thành một công trình duy nhất.
Khi đó, ta không cần phải tuần hoàn bùn mà chỉ phải xả bùn.
Cấp
khí
ù
Bùn tuần hoàn
10
Bể sinh học Bể lắng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
Bùn xả
Sơ đồ 2.2 Hệ thống xủ lý nước thải theo quá trình tăng trưởng lơ lửng
Theo sơ đồ 2.2, bùn được xả từ trên đường tuần hoàn bùn về bể sinh học. Tuy
nhiên, ta cũng có thể xả bùn trực tiếp từ bể sinh học.
b. Quá trình tăng trưởng hiếu khí dính bám (aerobic attached-growth process) :
Là quá trình xử lý sinh học trong đó quần thể vi sinh vật hoạt động để chuyển
hóa các chất hữu cơ và các thành phần khác trong nước thải thành khí và vỏ tế bào
được dính bám vào một vài giá thể dạng tấm hoặc hạt có tính trơ như : hạt nhựa, sỏi,
xỉ, sành… , đôi khi còn gọi là các màng vi sinh vật được bố trí trong bể sinh học. Do
quá trình dính bám tốt nên lượng sinh khối tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài nên
có thể xử lý ở tải trọng cao. Tuy nhiên, hệ thống dễ bò tắc nghẽn do quá trình phát
triển nhanh chóng của vi sinh vật nên thời gian hoạt động có thể bò hạn chế. Vì thế
cần bố trí lớp vật liệu lọc cho phù hợp.
Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải theo quá trình vi sinh dính bám cũng gần giống
như sơ đồ xử lý theo quá trình tăng trưởng lơ lửng, chỉ khác là thay vì tuần hoàn bùn
như sơ đồ 2.2 thì sơ đồ xử lý này sẽ tuần hoàn lại một phần nước đã qua xử lý nhằm
giảm bớt mức độ ô nhiễm của nước thải đầu vào, tránh hiện tượng quá tải xảy ra và
giúp giữ cho lớp màng vi sinh luôn trong điều kiện ẩm ướt.
Cấp
Khí
Nước vào Nước ra
Nước tuần hoàn
Sơ đồ 2.3 Hệ thống xửû lý nước thải theo quá trình vi sinh dính bám
Các dạng bể lọc sinh học thường hay sử dụng như : bể lọc sinh học nhỏ giọt
(Trickling filter), bể lọc sinh học thô, bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC), bể lọc
sinh học có vật liệu tiếp xúc (AGWSP).
11
Bể lọc sinh Bể lắng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
Khi xử lý sinh học trong môi trường hiếu khí, ta cần lưu ý đến một số yếu tố về
pH, nhiệt độ, tỷ số F/M, nồng độ MLSS, chất dinh dưỡng và một số nồng độ
muối,độc chất, dù rất nhỏ nhưng nó ảnh hưởngrất lớn đến quá trình xử lý; nhằm duy
trì môi trường thuận lợi cho các vi khuẩn hiếu khí hoạt động.
1.3.2. Xử lý sinh học trong môi trường kỵ khí (anerobic environment):
Ngoài phương pháp xử lý hiếu khí, ta cũng có thể loại bỏ các chất hữu cơ có
trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kỵ khí. Trong
đó, chiếm ưu thế là các vi sinh vật kỵ khí. Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất
hữu cơ thường xảy ra theo 2 giai đoạn chính như sau:
♦ Giai đoạn lên men acid : đây là quá trình thủy phân các hydrocacbon dễ phân hủy
sinh hóa như lipids, polysaccharides, protein, nucleic acids thành acid béo,
monosaccharides, amino acids, purines và pyrimidines. Các hợp chất được chuyển
hóa này được vi khuẩn sử dụng làm năng lượng và tổng hợp tế bào. Đặc trưng của
giai đoạn lên men acid này là pH của môi trường giảm xuống đến 5 và có thể thấp
hơn nữa, kèm theo mùi hôi thối.
♦ Giai đoạn chấm dứt lên men acid : ở giai đoạn này, vi khuẩn tiếp tục chuyển hóa
hầu hết các sản phẩm sinh ra từ giai đoạn trước thành các hợp chất trung gian có
khối lượng phân tử nhỏ hơn như các hợp chất amôn, amin, acid acetic, một ít khí
CO
2
, N
2
, CH
4
, H
2
, … pH của môi trường tăng dần lên. Mùi của hỗn hợp lên men rất
khó chòu do có các chất như H
2
S, idol, scatol và mercaptan. Dưới tác dụng của các
loại men, bùn có màu đen, nhớt và tạo bọt, nổi lên thành màng.
♦ Giai đoạn lên men kiềm (lên men methane) : các sản phẩm trung gian, chủ yếu là
celluloze, acid béo, các hợp chất chứa nitơ tiếp tục bò phân hủy và tạo rất nhiều khí
CO
2
, CH
4
, pH của môi trường tiếp tục tăng lên và chuyển sang dạng kiềm. Các
phương trình phản ứng sau đây biểu thò cho quá trình lên men kiềm:
4H
2
+ CO
2
→ CH
4
+ H
2
O
4HCOOH → CH
4
+ 3CO
2
+ 2H
2
O
CH
3
COOH → CH
4
+ CO
2
+ 2H
2
O
4CH
3
OH → 3CH
4
+ CO
2
+ 2H
2
O
4(CH
3
)
3
N + H
2
O → 9CH
4
+ 3CO
2
+ 6H
2
O + 4NH
3
12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
Quá trình phân hủy kỵ khí là sự phối hợp của nhiều nhóm vi khuẩn khác nhau.
Mỗi giai đoạn trong quá trình kỵ khí đều được thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn
riêng biệt. Ở giai đoạn lên men acid, một nhóm vi khuẩn chòu trách nhiệm thủy
phân các polymer hữu cơ và lipid thành các hợp chất thích hợp cho việc tạo cấu trúc
tế bào như monosaccharides, amino acids. Nhóm vi khuẩn thứ hai chòu trách nhiệm
lên men các sản phẩm đã được thủy phân thành các acid hữu cơ đơn giản, thường
gặp nhất là acid acetic. Nhóm vi khuẩn này được gọi là nonmethanogenic (vi khuẩn
phi methane), là hỗn hợp các loại vi khuẩn có tính kỵ khí bắt buộc (anerobic) hay
tùy tiện (facultative). Nhóm vi khuẩn thứ ba có nhiệm vụ chuyển H
2
và acid acetic
thành khí methane (CH
4
) và cacbonic (CO
2
). Nhóm vi khuẩn này có tính kỵ khí bắt
buộc và có tên là methanogenic (vi khuẩn methane). Loại vi khuẩn quan trọng nhất
trong nhóm vi khuẩn methane là loại vi khuẩn sử dụng H
2
và acid acetic để tạo ra
khí methane và cacbonic. Chất thải trong bể xử lý kỵ khí sẽ được ổn đònh khi có sự
tạo thành khí CO
2
và CH
4
, trong đó CH
4
là khí không tan trong nước.
Để duy trì sự ổn đònh của hệ thống xử lý theo phương pháp kỵ khí thì ta luôn
phải giữ cho các vi khuẩn methane ở trạng thái cân bằng động. Để giữ được trạng
thái này thì ta phải cô lập hoàn toàn môi trường trong bể sinh học với môi trường
bên ngoài, tức là ngăn không cho oxy lọt vào bên trong. Ngoài ra cũng cần phải lưu
ý tới các yếu tố gây ức chế cho quá trình kỵ khí như nồng độ kim loại nặng,
sulfides. Độ pH của môi trường nên nằm trong khoảng từ 6,6 ÷ 7,6. Nước thải phải
có độ kiềm tương đối để đảm bảo không cho giá trò pH nhỏ hơn 6,2 nhằm duy trì sự
hoạt động của vi khuẩn methane. Khi quá trình kỵ khí diễn ra, độ kiềm của nước sẽ
có giá trò từ 1.000 ÷ 5.000 (mg/l), nồng độ acid béo bay hơi sẽ nhỏ hơn 250 (mg/l).
Ta cũng cần phải cung cấp thêm dinh dưỡng như nitơ, photpho nhằm đảm bảo sự
phát triển thích hợp của cộng đồng các vi sinh vật. Nhiệt độ cũng là thông số quan
trọng của quá trình kỵ khí. Nhiệt độ tối ưu của quá trình nằm trong khoảng từ 30 ÷
38
o
C và 45 ÷ 57
o
C.
Tương tự phương pháp xử lý hiếu khí, phương pháp kỵ khí cũng sử dụng một
trong hai quá trình khác nhau để xử lý chất thải đó là quá trình tăng trưởng kỵ khí lơ
lửng (anerobic suspended-growth process) và quá trình tăng trưởng kỵ khí dính bám
(anerobic attached-growth process).
13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI SẢN XUẤT DOP
Phân loại:
Sơ đồ 2.4: Phân loại các công nghệ xử lý kỵ khí
Quá trình tăng trưởng kỵ khí lơ lửng (anerobic suspended-growth process) :
+ UASB:
Công trình tiêu biểu cho quá trình này là bể kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy
ngược hay còn gọi là UASB (Upflow Anerobic Sludge Blanket). Nước thải cần xử lý
sẽ được đưa vào từ đáy bể và chảy ngược lên, xuyên qua một lớp bùn ở dạng hạt
nhỏ. Quá trình xử lý sẽ diễn ra khi nước thải tiếp xúc với lớp bùn hạt. Khí sinh ra
trong quá trình xử lý (chủ yếu là CH
4
và CO
2
) gây nên sự lưu thông bên trong, giúp
cho việc hình thành, duy trì lớp bùn sinh học, tạo sự khuấy trộn đều bùn với nước
thải. Một lượng khí sinh ra sẽ kết dính với các hạt bùn. Bùn và khí tự do sẽ dâng lên
đỉnh của bể phản ứng và va chạm với các thanh chắn nằm trên đỉnh bể. Khi va
chạm với các thanh này, các bọt khí kết dính với bùn sẽ được giải phóng và cùng
với khí tự do sẽ được thu gom vào trong hệ thống thu khí (thường có dạng mái vòm)
bố trí tại đỉnh bể phản ứng. Bùn sẽ rơi lại xuống lớp bùn ở phía dưới thanh chắn.
Nước sau xử lý sẽ được dẫn ra ngoài bằng hệ thống ống thu đặt phía trên thanh
chắn. Để duy trì trạng thái lơ lửng của bùn, người ta thường đưa nước thải vào từ
đáy bể phản ứng với vận tốc từ 0.6 ÷ 0.9(m/h).
14
Công nghệ kỵ khí
Sinh trưởng dính bámSinh trưởng lơ lửng
Tiếp xúc
kỵ khí
UASB Tầng lơ
lửng
Lọc kỵ
khí
Xáo trộn
hoàn toàn
Vách
ngăn
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét