CHƯƠNG 5 - XỬ LÍ SINH HỌC

Chia sẻ: Nguyễn Ngọc Mai | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:120

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

MÔ TẢ BỂ PHỐT Đây là bể xử lí chất thải toilet thô. Khi chất thải vào và chảy qua bể phốt xảy ra quá trình lắng và phân huỷ sinh học một phần chất thải. Quá trình xử lí trong bể là quá trình sinh học yếm khí. BỂ IMHOFF Đây là bể xử lí chất thải toilet thô. Ngăn lắng được tách ra khỏi ngăn chứa – phân huỷ bùn. Quá trình xử lí trong bể là quá trình sinh học yếm khí.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 5 - XỬ LÍ SINH HỌC

CHƯƠNG 5 - XỬ LÍ SINH HỌC I. XỬ LÍ SINH HỌC SƠ BỘ TẠI CHỖ BỂ PHỐT VÀ BỂ LẮNG HAI VỎ (BỂ IMHOFF) MÔ TẢ BỂ PHỐT Đây là bể xử lí chất thải toilet thô. Khi chất thải vào và ch ảy qua b ể ph ốt x ảy ra quá trình l ắng và phân huỷ sinh học một phần chất thải. Quá trình xử lí trong b ể là quá trình sinh h ọc y ếm khí. BỂ IMHOFF Đây là bể xử lí chất thải toilet thô. Ngăn l ắng đ ược tách ra khỏi ngăn ch ứa – phân hu ỷ bùn. Quá trình xử lí trong bể là quá trình sinh học yếm khí. NĂNG LỰC XỬ LÍ Bể phốt: 2 - 40 m3/d Bồn Imhoff: 10 – 1000 m3/d TẢI ĐỐI VỚI LỌC CÁT SAU IMHOFF 940 – 1410 m3/(ha.d) HIỆU QUẢ XỬ LÍ Bể phốt: 15 - 25% theo BOD & 40 - 60% theo SS. Bể Imhoff: 25 - 35% theo BOD & 40 - 60% theo SS. VẬT LIỆU BỂ Bể phốt: thường là beton, có thể tiền chế, đôi khi có thể b ằng thép, compozit ti ền ch ế. Bể Imhoff: beton. YÊU CẦU XỬ LÍ BỔ XUNG Bể phốt: cánh đồng lọc chảy ngầm, có thể lọc cát hoặc ao hồ. Bể Imhoff: thường là lọc nhỏ giọt, có thể lọc cát hoặc ao hồ. XỬ LÍ & THẢI BỎ BÙN Bể phốt: qua hệ xử lí tập trung, hoặc chôn lấp. Bể Imhoff: thường là sân phơi bùn. KHU VỰC ÁP DỤNG Bể phốt: nhà ở riêng biệt, trạm trại không đông người, cơ quan nhỏ. Bể Imhoff: khu dân cư, thị trấn nhỏ. Đặc điểm chất thải xử lí Chất thải sinh hoạt thô có thể được xử lí bằng một trong hai kĩ thu ật. BỂ PHỐT Chất thải từ toilet vào bể phốt, chất lắng được sẽ lắng, nước ra t ương đ ối trong s ẽ được xử lí tiếp nhờ các cánh đồng lọc hoặc hệ xử lí tiếp theo. C ặn bùn tích lu ỹ trong bể phốt sẽ phân huỷ dần. Đây là kĩ thuật đơn giản, tuy nhiên chất lượng x ử lí kém, ch ỉ áp d ụng cho ngu ồn thải nhỏ, có trang bị toilet xả nước, lưu lượng từ vài t ới vài ch ục m 3/d và phải xử lí 1
tiếp (hình xx 1). Tuy giá thành rẻ so với các kĩ thuật xử lí khác, tuy nhiên ch ưa đ ủ r ẻ đối với người nghèo. Quá trình xử lí trong bồn là quá trình yếm khí t ự nhiên, rất ch ậm. Th ời gian l ưu c ần thiết không đủ nên nước ra có mùi nặng, chứa nhiều vi khuẩn, BOD cao c ần ph ải xử lí tiếp. Hình xx 1 – Sơ đồ bố trí bể phốt và hệ xử lí tiếp theo bằng cánoàiofng lọc Latrine= hố xí; Drain= ống dẫn thải; Septic Tank= bể phốt; Drainage Trench= nhánh phân ph ối th ải BỂ IMHOFF Quá trình xử lí rất giống trường hợp trên. Đi ểm khác bi ệt n ằm ở c ấu t ạo: ch ất th ải vào qua ngăn chứa bùn ở dưới rồi qua vách ngăn lên ngăn l ắng ở trên tr ước khi ra ngoài. Ngăn trên chỉ có chức năng lắng, các quá trình x ử lí x ảy ra không đáng k ể ở đây. Nhờ cấu tạo kiểu hai tầng với tầng dưới chứa bùn và phân hu ỷ hữu c ơ, t ầng trên lắng nên bề mặt nước ở ngăn trên thường là hi ếu khí nên n ước ra có ch ất lượng tốt hơn. Kĩ thuật này thích hợp với các cụ dân c ư, các khu đô th ị nh ỏ. Tuy nhiên cần phải xử lí tiếp mới đạt các TC môi trường. Thiết kế bể phốt Nguyên lí thiết kế: • Đảm bảo thời gian lưu chất thải đủ để tách lỏng/rắn tốt. • Đảm bảo nước trong bể đủ tĩnh để lắng SS và váng nổi t ốt. • Kích thước đủ lớn để chứa bùn, váng và • Đảm bảo thông khí tốt và không tắc. Các yếu tố ảnh hưởng thiết kế: Theo [Infrastructure Dev. Inst.-Japan, Guideline for Low-Cost Sewerage Systems in Dev. Countries (draft), Aug. 2004] thể tích bể cần đảm bảo thời gian lưu cần thiết 2
cho cả chất R lẫn L. Thể tích này phụ thuộc vào số người sử dụng, suy ra là l ưu lượng thải vào bể, nước thải vào bể chủ yếu từ WC, có thể cả n ước th ải khác. Th ể tích bùn, váng trong bể còn phụ thuộc vào nhiệt đ ộ, ph ương pháp và t ần xu ất hút bùn. Tính thể tích bể: Thời gian lưu Thời gian lưu 24h là đủ, thường tính = 24 – 72 h đ ể tr ừ th ể tích b ị chi ếm ch ỗ b ởi bùn, váng SS. Thông thường khoảng thời gian vài ti ếng khi n ước m ới vào là SS lắng gần hết. Chất lắng sẽ bị khuấy lên ở gần điểm nhận nước khi n ước thải vào. Bể càng lớn hiện tượng này càng ít bị, khi đó đ ối v ới b ể l ớn có th ể rút ng ắn th ời gian lưu nước. Nếu lưu lượng là Q, m3/d thì t, thời gian lưu, lựa chọn như sau: • Q 14 → t = 12 h Lượng thải và Thời gian lưu nước Nếu bể phốt ngoài chất thải WC còn nhận nước thải khác (loãng h ơn), khi đó l ượng nước thải vào sẽ xấp xỉ nước cấp, có thể coi nước thải = 90% l ượng n ước cấp. Nếu lượng nước cấp sử dụng > 250 L/người.d có nghĩa là l ượng nu ớc d ư ra đã s ử dụng cho các nhu cầu khác sinh hoạt, ví d ụ t ưới cây. Đ ối v ới các n ước đang phát triển như VN, định mức nước cấp ở mức tối đa 100 – 200 L/ng ười.d. Nếu chỉ có chỉ nhận thải từ WC (xả nước) tính lượng nước thải như sau: Một người có thể xả 4 lần x 10 L/d = 40 L/người.d. Khi đó thể tích tối thiểu để đạt t = 24 h, A (L), bằng: A = P*q Trong đó, P = số người sử dụng q = thể tích thải trên đầu người (L) Thể tích chứa bùn và váng: Sử dụng công thức Pickford (1980): B = P*N*F*S Trong đó, B = thể tích cần để chứa bùn và váng (L) 3
N = số năm giữa hai lần hút bùn (thường N = 2 – 5 năm, có th ể ít h ơn nếu điều kiện thuận lợi) F = hệ số tính tới nhiệt độ, tần suất hút bùn (bảng XX) S = thể tích bùn thải của 1 người (L/năm) = 25 nếu chỉ nhận nước WC; = 40 nếu kể cả nước thải khác. Bảng XXX- Các giá trị của đại lượng F để xác định thể tích chứa bùn và váng Giá trị F Thời gian giữa hai lần hút bùn, Nhiệt độ trung bình năm, độ C năm > 20 > 10 < 10 1 1,3 1,5 2,5 2 1,0 1,15 1,5 3 1,0 1,0 1,27 4 1,0 1,0 1,15 5 1,0 1,0 1,06 ≥ 6 1,0 1,0 1,0 Tổng thể tích: Tổng thể tích C(L) tính theo: C=A+B Khi thiết kế bể phốt cần quan tâm tới các hệ xử lí ti ếp theo nh ư nh ững thành ph ần bắt buộc trong một hệ xử lí. Ở các thành phố VN b ể ph ốt được đ ưa vào tiêu chuẩn XD (......), tuy nhiên nước ra được xả thẳng vào hệ thoát nước chung. Bể phốt có dạng bể hai ngăn hình hộp nối ti ếp nh ư trong hình ( 7.20.1). Ngăn đầu chiếm 2/3 tổng thể tích, 1/3 còn lại là ngăn th ứ hai. Đ ộ sâu m ức n ước n ằm trong khoảng 1,2 đến 2,1 m. Các kích thước được xác định theo các hướng dẫn sau; 1. Độ sâu nước từ đáy bể đến mức nước đầu ra không nh ỏ h ơn 1,2 m; t ốt nh ất là trên 1.5 m. Trên mức nước là khoảng bảo vệ 300 mm tới nắp bể. 2. Bề rộng bể ít nhất là 600 mm (để công nhân có th ể thao tác bên trong). B ề dài bể nên = 2 - 3 lần bề rộng. 3. Nếu kích thước bề rộng là W, bề dài ngăn thứ nhất = 2 W, b ề dài ngăn th ứ hai = W (Hình. XX.2). Nói chung, độ sâu không nên lớn hơn chiều dài t ổng. 4
Hình XX2- Kích thước bể phốt Primary Tank = Ngăn thứ nhất; Secondary Tank = Ngăn thứ hai; Outlet = đ ầu ra Các hướng dẫn này là cho kích thước tối thiểu. Thiết kế xây dựng chế tạo Có thể xây bằng gạch hoặc beton. Phải đảm bảo chống thấm tốt. Cần tính đủ thể tích như trên, ngoài ra phải lưu ý chống tắc, thuận lợi khi xả bùn. Điều này được quyết định bởi cấu tạo các c ửa nước vào, ra, ống nối, đáy bể, cửa lấy bùn. Cửa vào: Khi một thể tích nước đột ngột vào bể phốt có thể gây ra sự khuấy trộn làm vẩn bùn, để giảm nhẹ ảnh hưởng này ống nhận nước vào phải đủ lớn, Φ ~ 100 mm, độ dốc ống trước khi vào bể không lớn hơn 15%, ngoài ra ống l ớn cũng loại trừ khả năng gây tắc do chất rắn. Hình XX3- Cấu tạo lối vào bể phốt Lối ra: 5
Đường nước ra sau xử lí dẫn bằng ống. Để ngăn ngừa bùn, váng bị cuốn theo nước ra cần bố trí vách chắn như hình XX. Hình XX4- Cấu tạo lối ra bể phốt Có thể sử dụng toàn bộ chiều ngang bể để làm cửa nhận nước vào như mô tả trên hình XX. Lưu ý không quyên vách chắn váng. Hình XX5- Lối ra bể phốt tận dụng toàn bộ chiều ngang bể Vách ngăn: Vách ngăn có thể kín, thông hai ngăn bằng hệ ống chuyển hoặc có thể là vách hở, đầu thu của các ống hoặc vách chuyển tải phải thấp hơn mức váng nổi, cao hơn mức bùn lắng như thể hiện trên hình XXX. . 6
Hình xx6 – Sơ đồ nguyên lí bể phốt và các cách bố trí ống dẫn thải Thông khí: Bể phốt phải có ống thông khí, nếu không sẽ gây t ắc khí, khí do quá trình phân hu ỷ yếm khí sinh ra sẽ theo ống thu nước chạy ngược, gây mùi hôi trong nhà. Đáy bể: Đáy bể cần dốc về phía nhận nước để tiện gom bùn, độ d ốc kho ảng ¼ đ ộ. Ngăn thứ hai không cần dốc. Khi tính thể tích bể tính như bể đáy b ằng, đ ộ cao bắt đầu t ừ điểm cao nhất, đầu dốc. Nước thải sau bể phốt ở khu vực nông thôn cần xử lí tiếp bằng kĩ thuật thấm/cánh đồng hấp thụ. Khi đó cần phải biết khả năng thấm của đất. Tốc độ thấm là số phút cần để nước thải thấm qua lỗ khoan trong đất một khoảng quy ước, ví d ụ ở Mĩ là 1 inch (2,54 cm). Cách đo tốc độ thấm khá đơn giản: khoan một l ỗ vuông góc v ới m ặt 7
bằng vào đất cần đo, đổ đầy nước cho thấm hết một ngày tr ước khi th ử, đ ổ n ước vào và đo thời gian mức nước sụt tới khoảng cách quy ước (Hình 7.20.2). Hình 7.20.3 cho biết nhu cầu diện tích đất cần để hấp th ụ n ước th ải. Nếu bể phốt nhận cả nước từ bếp và nước tắm giặt thì cần tăng di ện tích h ấp th ụ lên thêm 60%, dung tích bể phốt cần tăng thêm 25% (Hình 7.20.3). Nếu diện tích đất cần lớn hơn 500 ft2 (46,5 m2) hoặc dung tích bể lớn hơn 1500 gal (5,7 m 3), cần bổ xung bể phân phối. Bể phốt áp dụng cho các hệ xử nhỏ, cô lập, l ưu l ượng nh ỏ, có di ện tích đ ất đ ể h ấp thụ nước ra. Trường hợp có thể có các phương tiện xử lí khác thì ưu tiên ph ương án thay thế. Hình 7.20.2- Quan hệ giữa tốc độ thấm cho phép và tốc độ thấm c ủa nước vào đ ất Trục tung: Allowable sewage application rate in gallons per ft2*per day (Q)= tải thuỷ thực cho phép áp dụng đơn vị gal/(ft2.d) (*0,0407 = m3/(m2.d)); Trục hoành: Percolation rates in minutes per inch (for soil absorption trenches or seepage pits)= tốc độ thấm của đất (xung quang các nhánh ống d ẫn hoặc hố thấm); Course Sand & Gravel = cát thô và s ỏi; Fine Sand = cát mịn; Silty Sand = cát bùn; Silt & Sandy Clay = phù sa và đất cát; *= Surface Area of Absorption Trenches (Trench bottom area plus allowance for Area of Sidewalls)= bề mặt của các nhánh h ấp ph ụ (g ồm bề mặt các nhánh + b ề mặt cho phép các tường của nhánh); **= số phút để nước th ấm đ ược 1 inch. (Nguồn: U.S. Department of Health, Education, and Welfare, 1967, Manual of septic tank practice, Public Health Service Publication no. 526, Washington, D.C.) 8
Hình 7.20.3- Bể phốt và cánh đồng hấp thụ Yêu cầu diện tích: Nếu tốc độ thấm P = 1 phút/ 1 inch, cần 70 ft 2 (6,5 m2) cho 1 phòng ngủ. Nếu P = 30 hoặc 60 phút thì cần diện tích tương ứng là 250 (22,2) và 330 ft 2 (30,7 m2) cho 1 phòng ngủ. Effluent from the septic tank= nước thải t ừ bể phốt; Distribution box= h ộp phân ph ối; Slope 2’’/100FT= độ dốc= 2 inch/100 feet (ft=0,3048m); 4” Farm tile with open joint in 12” wide, 18” deep tile trench= ống nhánh và kích thước tương ứng Thiết kế bể Imhoff Tải bề mặt ở mức 600 gpd/ft2 (24,4 m3/m2.d) với thời gian lưu ngăn một ~ 2 h t ốc đ ộ nước 0,75 in/sec (0,019 m/s). Kích thước vùng lắng: đ ộ sâu ~ 7 ft (2,13 m) và chi ều dài 25 - 50 ft (7,62 – 15,24 m). Vùng thông khí và ch ứa váng ph ải có di ện tích b ằng 20% tổng diện tích mặt. Tổng chiều sâu khoảng 30 ft (9,14m) ( Hình 7.20.4). Hình 7.20.4- Cấu tạo bể Imhoff Total Depth: 30’ ± = tổng độ sâu khoảng 30 feet (~9m); Settling Zone= vùng l ắng; Gas Vent & Scum Area= Vùng thoáng khí và chứa váng; Sludge Digestion Compartment= ngăn phân hu ỷ bùn; Flowthrough Chamber= ngăn thu nước ra; Slots= khe hở; Gravity Sludge Drawoff Piping= ống x ả cặn bằng trọng lực; Gate Valve= van cửa; To Drying Bed= t ới sân ph ơi bùn 9
Bể Imhoff vận hành rất đơn giản. Hiệu suất xử lí BOD tan không cao nh ưng l ắng cặn tốt hơn bể phốt và không cần các thiết b ị điện c ơ ph ức t ạp nên v ẫn có th ể áp dụng đối với những hệ xử lí độc lập. Ở Việt Nam bể phốt hiện khá phổ biến và trở thành tiêu chu ẩn ở thành ph ố, b ể Imhoff rất ít áp dụng, khu vực nông thôn th ường dùng h ệ h ố xí đ ơn gi ản không dùng nước, những nội dung này không đề cập ở đây. Reference Infrastructure Dev. Inst. Japan, Guideline for Low-Cost Sewerage Systems in Dev. Countries (draft), Aug. 2004 U.S. Dept. Health, Education, and Welfare. 1967. Manual of septic tank practice. Public Health Service Publication. No. 526. Washington, D.C. Câu hỏi 5.1 1. Lĩnh vực, điều kiện áp dụng 2. Bản chất các quá trình xử lí và khả năng xử lí 3. Cấu tạo (những thành phần chính) 10
II. TÓM TẮT VỀ NHÀ MÁY XỬ LÍ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Phần này mô tả nhà máy xử lí nước thải sinh hoạt cổ điển , tập trung vào những nguyên lí chính. Nhà máy xử lí nước thải sinh hoạt cổ điển có nghĩa là ch ỉ xử lí đ ược BOD, không xử lí được các chất dinh dưỡng (N, P), khoáng ch ất, các châ ấth ữu c ơ có hai d ạng vết. Các thông số đầu ra chủ yếu là BOD, COD, SS, coliform. Các quá trình cơ bản là: 1) tiền xử lí, 2) lắng C1, 3) x ử lí hoá ch ất (keo t ụ), 4) ôxi hoá sinh học, 5) sát trùng, và 6) xử lí và thải bùn. Hình 7.21.1 mô tả sơ đồ đã nêu. Sơ đồ này không bao gồm các hệ xử lí nước thải công nghiệp. Hình 7.21.1 Sơ đồ nguyên lí nhà máy xử lí nước thải sinh hoạt và lựa ch ọn Plant Influent= nước thải vào nhà máy; Pretreatment= ti ền xử lí; Primary Settling= l ắng s ơ c ấp; Biological Oxidation= ôxi hoá sinh học; Final Settling= l ắng cuối; Chemical Treatment= x ử lí hoá h ọc (đường --- nghĩa là lựa chọn thay thế); Primary Sludge= bùn l ắng sơ cấp; Secondary Sludge= bùn lắng cấp 2; Intermediate Settling= lắng trung gian; Excess Activated Sludge= bùn ho ạt tính d ư; Sludge Conditioning & Disposal= ổn định bùn và thải bỏ; Disinfection= khử trùng; Plant Effluent= nước đã xử lí ra 11
Lựa chọn các quá trình và đơn vị xử lí Khi lựa chọn công nghệ cần lưu ý: (1) tiêu chuẩn thải ở đ ịa ph ương, (2) ti ềm năng đảm bảo vận hành, (3) lưu lượng dòng thải và dự báo phát tri ển, (4) đ ặc tr ưng dòng thải và chất lượng nước thải; (5) điều kiện khí hậu và địa hình, đ ịa ch ất, (6) ti ềm năng đất đai, và (7) chi phí các loại, kể cả khấu hao. Th ường nhà máy v ới chi phí xây dựng thấp, nếu muốn đạt cùng chất lượng đầu ra thì chi phí v ận hành và b ảo trì cao hơn. Nhìn chung các nhà máy xử lí nước thải tập trung cho các khu đô th ị hi ện nay s ử dụng hệ xử lí sinh học thông thường, từ nh ững năm 1990 tr ở l ại đây ở các n ước công nghiệp bắt đầu quá trình nâng cấp hệ xử lí cấp hai lên cấp 3 (x ử lí N, P). Do yêu cầu chất lượng xử lí ngày càng cao nên khi thi ết k ế phải tính c ả cho tr ường hợp mở rộng hoặc/và nâng cấp chất lượng xử lí. Khi thi ết k ế đủ đ ộ m ềm d ẻo thì vận hành, sửa chữa bảo trì nhà máy cũng sẽ gặp thuận l ợi, ít ảnh h ưởng h ơn đ ến chất lượng vận hành của nhà máy. CÁC QUÁ TRÌNH TIỀN XỬ LÍ Đây là những quá trình phụ nhưng nhiều khi ho ạt đ ộng toàn nhà máy ph ụ thu ộc vào chúng. Đó là các hệ xử lí thuần tuý cơ học như chắn rác, lắng cát, v ớt d ầu mỡ .... Chúng ngăn ngừa cặn, rác cơ học thô vào làm t ắc các h ệ đ ường d ẫn, nh ất là van ống, làm hỏng bơm các loại. Đôi khi phải có b ể đi ều hoà đ ể gi ảm thi ểu tác hại của sự thăng giáng chất lượng nước vào và điều hoà lưu l ượng cho các gi ờ thấp điểm lẫn cao điểm. LẮNG CẤP 1 Lắng cấp 1 là quá trình tách cặn bùn b ằng tr ọng l ực, gi ảm thi ểu c ặn bùn và m ột phần tải BOD tan trước khi nước vào hệ xử lí chính. Trong nh ững hệ x ử lí l ớn b ể lắng phải có hệ cơ khí gom bùn đáy, với các hệ nhỏ thường làm đáy b ể đ ủ d ốc đ ể gom bùn bằng trọng lực. Về hình dạng bể lắng có thể là lắng đứng hình trụ vuông, tròn ho ặc l ắng ngang kiểu hộp chữ nhật. Nếu bể hình vuông có thể chung vách đ ể gi ảm chi phí xây dựng, bể hình tròn thì không thể. Thông số thiết kế quan trọng nhất là tải bề mặt hay tốc độ chảy tràn, m3/(m2.d). Các giá trị thường gặp là: với lắng sơ cấp (cấp 1): 600 gpd/ft 2 = 24,4 m3/(m2.d), lắng trung gian: 1000 gpd/ft2 = 40,7 m3/(m2.d);lắng cuối (cấp 2) sau xử lí bùn hoạt tính: 12
800 - 1000 gpd/ft2 = 32,56 – 40,7 m 3/(m2.d), và sau lọc nhỏ giọt = 700 - 1000 gpd/ft 2 = 28,5 – 40,7 m3/(m2.d). Thời gian lưu ở mức 1 – 2,5 h tính theo lưu lượng trung bình, tuỳ vào quá trình trước và sau lắng. XỬ LÍ HOÁ CHẤT Hoá chất thường dùng nhất là phèn nhôm (Al 2(SO4)3.nH2O) hoặc muối sắt(III), đôi khi sử dụng vôi để gây keo tụ, sau đó áp dụng bể lắng. Công nghệ này x ử lí t ốt SS, giảm được tới 85%. Nội dung tiếp theo là tách bùn và x ử lí-th ải b ỏ bùn. Quá trình phản ứng gây keo tụ được thực hiện trong các bồn khuấy nhanh v ới th ời gian l ưu vài phút, tiếp theo nuớc vào bể tạo bông với thời gian l ưu 30 - 90 phút và được khuấy nhẹ để tạo bông cặn. Xử lí hoá chất thường không đạt các TC môi tr ường, trừ chỉ tiêu về SS. ÔXI HOÁ SINH HỌC Hiệu quả xử lí nước thải rất phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình x ử lí, hay là kĩ thuật phản ứng. Tương tự như các kĩ thuật phản ứng xúc tác trong hoá h ọc, tuỳ vào cách tiếp xúc vi khuẩn/nước thải ta có thể phân loại các kĩ thuật ôxi hoá sinh h ọc thành hai nhóm chính: (1) Các kĩ thuật với lớp màng vi khuẩn cố định: Khi sử dụng các vật liệu mang để vi khuẩn bám dính lên ta có kĩ thuật vi khuẩn cố định, hay vi khuẩn bám dính. Trong kĩ thu ật này v ật li ệu mang đóng vai trò r ất quan trọng. Nó vừa là chỗ để vi khuẩn bám, vừa là ph ương ti ện đ ể tăng c ường ti ếp xúc lỏng (nước thải)/rắn (màng vi khuẩn), và cả khí trong trường h ợp phản ứng hi ếu khí. Như vậy vật liệu phải có độ thông thoáng t ốt (% thể tích r ỗng), ph ải có b ề m ặt riêng lớn (m2/m3) để tạo tiếp xúc tốt tối đa, phải bền cơ-lí-hoá-vi sinh và có giá thành chấp nhận được. Do vi khuẩn thực hiện quá trình x ử lí đ ược c ố đ ịnh trên b ề mặt vật liệu dưới dạng màng mỏng nên ta còn gọi là kĩ thu ật màng vi sinh, ta cũng còn gọi là kĩ thuật lọc sinh học. Nhóm này bao gồm các kĩ thuật: • Lọc nhỏ giọt: nước được phun hoặc cho chảy từ trên xuống qua lớp vật liệu mang vi sinh, nước sau xử lí được gom lại và đưa vào b ể lắng. Đây là kĩ thuật phổ biến từ rất sớm trong xử lí nước thải sinh hoạt. • Lọc gián đoạn: thường được áp dụng ở nông thôn để xử lí nước thải sau các hệ xử lí tại chỗ kiểu bể phốt hay bể Imhoff. Cấu t ạo và ho ạt đ ộng c ủa 13
bể này không khác nhiều bể lọc cát, tuy nhiên t ải thu ỷ l ực ph ải đ ủ th ấp, diện tích phải đủ lớn để có thời gian dừng và phục hồi. • Lọc ngập nước: lớp vật liệu mang ngập trong nước, nước thải có thể vào t ừ phía trên, ra phía dưới hoặc ngược lại • Nếu vật liệu mang vi sinh hạt nhỏ, đủ nhẹ, trong bồn phản ứng hình trụ khi nước thải vào từ dưới, thu ở trên bề mặt, dưới tác d ụng c ủa dòng ch ảy l ớp vật liệu mang sẽ nổi lên thành một lớp đệm dày l ơ l ửng tạo tiếp xúc t ối đa giữa nước thải và lớp vật liệu mang vi sinh, khi đó ta có kĩ thuật phản ứng với lớp đệm vi sinh dãn nở, năng suất xử lí rất cao. (2) Vi khuẩn phân tán đều trong thể tích phản ứng: Trong nhóm này vi khuẩn được phân tán đều trong toàn thể tích ph ản ứng, đi ều này được thực hiện bằng cách khuấy trộn cơ học hay khuấy trộn bằng không khí nén. Đây là nhóm kĩ thuật lâu đời và phổ biến nhất, chúng bao g ồm: • Bùn hoạt tính (BHT): bùn ở đây chính là sinh khối, nước thải vào bể phản ứng và được trộn đều với vi khuẩn là tác nhân xử lí chính. Sau ph ản ứng hỗn hợp phản ứng (nước/bùn) phải qua công đoạn tách bùn b ằng b ể l ắng. Kĩ thuật bùn hoạt tính có khá nhiều biến th ể: sục khí kéo dài, m ương ôxi hoá, phản ứng theo mẻ ... Trong xử lí yếm khí quá trình khuấy tr ộn th ường được thực hiện bằng khuấy cơ học, hoặc bằng cách sục chính khí biogas do quá trình sinh ra vào hỗn hợp phản ứng. • Ao hồ làm thoáng: tương tự như bùn hoạt tính, thường được thực hiện trong các ao hồ, bên cạnh vi sinh có sự tham gia của t ảo. • USB (Upflow Sludge Blanket = chảy ngược qua lớp đệm bùn hoạt tính): khi cho nước chảy từ dưới lên qua lớp bùn hoạt tính đã vo viên d ạng hạt n ước thải sẽ như được lọc qua lớp vi khuẩn dạng hạt nên quá trình x ử lí m ạnh m ẽ được thực hiện đồng thời với quá trình lọc cơ h ọc, vì v ậy năng su ất x ử lí cao và chất lượng nước ra về khía cạnh SS khá tốt. Kĩ thu ật này ch ủ y ếu đ ược áp dụng cho quá trình yếm khí nên đ ược g ọi là UASB (A = anaerobic-y ếm khí), về nguyên tắc cũng có thể áp dụng cho quá trình thi ếu khí. Tuy nhiên, điều kiện tiên quyết là phải “vo viên” được sinh khối, quá trình này khá ph ức tạp, đòi hỏi thời gian khởi động vài ba tháng tr ở lên. V ề tính ch ất đây là kĩ thuật trung gian giữa hai nhóm đã nêu. 14
Hình 7.21.2 là sơ đồ công nghệ bùn hoạt tính thông thường. Trong sơ đồ này dòng bùn quay vòng thường chiếm khoảng 25% dòng vào; tuy nhiên trong th ực t ế con s ố này có thể là 15 - 100%. Hỗn hợp nước vào từ sau lắng cấp 1 với dòng bùn tu ần hoàn được gọi là hỗn hợp phản ứng. Thời gian lưu nước, hay thời gian phản ứng, trong bể phản ứng đối với nước thải sinh hoạt thường là 6 - 8 h. Hình 7.21.2- Sơ đồ hệ bùn hoạt tính thông thường Raw Sewage= nước thải thô; Pretreatment= tiền xử lí; Primary Settling= l ắng s ơ c ấp; Mixed Liquor= hỗn hợp phản ứng; Aeration Tank= bể sục khí; Final Settling= l ắng cuối; Primary Sludge to Digester= bùn lắng sơ cấp đi thiết bị phân huỷ; Secondary Sludge to Digester= bùn l ắng c ấp 2 đi thiết bị phân huỷ; Recirculation= tuần hoàn; Activated Sludge Return= dòng bùn ho ạt tính quay vong; Excess Sludge from Final Clarifier= bùn dư từ lắng cuối; Disinfection= kh ử trùng; Final Effluent= nước đã xử lí cuối cùng Trong sơ đồ này, ở đầu vào nồng độ ô nhiễm (BOD) cao nhất nên nhu cầu ôxi ở đầu vào lớn nhất và sẽ giảm dần dọc đường đi của h ỗn h ợp ph ản ứng. Nh ững b ể phản ứng thông thường thường có thiết kế hệ phân tán khí đ ều d ọc b ể ph ản ứng, vì vậy ở đầu bể sẽ thiếu ôxi, ở cuối bể sẽ thừa ôxi gây lãng phí. M ột s ố bi ến th ể của BHT sẽ giải quyết vấn đề này. 15
Các biến thể của BHT nhằm khắc phục các khiếm khuyết của hệ BHT. Để phân bố hệ cấp ôxi phù hợp với tải lượng BOD đầu vào có th ể b ố trí l ại hệ c ấp ôxi sao cho đầu bể số đầu cấp ôxi lớn hơn phía cu ối bể. Bi ến thể này đ ược g ọi là cấp khí dần dần, Hình 7.21.3 là sơ đồ cơ bản của kĩ thuật này . Trong hệ này lượng bùn quay vòng thường lớn hơn trong hệ BHT thông thường (kho ảng 50% là giá tr ị thường gặp), bù lại thời gian lưu sẽ giảm tới 3 - 4 h nh ờ s ự phân b ố t ải đ ều h ơn trong toàn bộ thể tích. Một giải pháp khác có th ể gi ải quy ết v ấn đ ề này phân b ố dần nước thải dọc bể, kĩ thuật này được gọi là cấp nước thải dần. Hình 7.21.3- Hệ bùn hoạt tính kiểu sục khí giảm dần Wastewater = nước thải; Contactor = bồn tiếp xúc (là bồn phản ứng s ục khí); Liquid-Solid Separation = hệ tách L/R (bể lắng C2); Treated Effluent = nước đã x ử lí ra; Recycled Solids = ch ất rắn (bùn) tuần hoàn; Note... = dấu ⊗ nói lên số lượng đầu phân tán khí giảm dần theo chiều dòng chảy Các kĩ thuật này sẽ đòi hỏi đầu tư bổ xung đ ối v ới hệ van ống, tuy nhiên bù l ại hi ệu quả xử lí tăng và chi phí năng lượng cấp khí giảm. Biến thể tiếp theo là sục khí kéo dài (Hình 7.21.4). Trong kĩ thuật này hỗn hợp phản ứng, đúng như tên gọi, sẽ được sục khí kéo dài, thời gian l ưu n ước trong b ể s ục khí kéo dài tới 20 – 30 h tức là 4 - 5 lần dài h ơn BHT, b ể l ắng c ấp 1 th ường đ ược b ỏ qua. Bể lắng cấp hai thường có tải bề mặt ở mức 350 - 700 gpd/ft 2 = 14,25 – 28,5 m3/(m2/d), thời gian lưu khoảng 4 h. Ưu điểm chính của hệ này là sinh ra rất ít bùn, giảm thiểu yêu cầu xử lí bùn, rất phù hợp đối với những hệ quy mô nh ỏ, phân tán. Hình 7.21.5 mô tả một biến thể khác, được gọi là hệ BHT khuấy trộn hoàn toàn. Thực ra, đây chỉ là một kĩ thuật phản ứng khác so với ở hình 7.21.2 (là kĩ thuật phản ứng kiểu ống dòng). Trong kĩ thuật này, do khuấy trộn t ốt, n ồng đ ộ t ất cả các thành phần phản ứng, kể cả ôxi là đồng đều trong toàn b ộ th ể tích b ể ph ản ứng, nồng độ sinh khối thường cao hơn hệ BHT thông th ường 2 – 3 l ần, th ời gian ph ản 16
ứng, đối với nước thải sinh hoạt giảm còn 2 - 4 h. T ỷ l ệ quy vòng bùn cũng cao hơn. Hình 7.21.4- Sơ đồ nguyên lí hệ sục khí kéo dài Raw Sewage= nước thải thô; Pretreatment= tiền xử lí; Aeration Tank= b ể s ục khí; Clarifier (4 hours Detention) = lắng cuối (thời gian lưu 4 h); Recirculation= tuần hoàn; Disinfection= kh ử trùng; Final Effluent= nước đã xử lí cuối cùng 17
Hình 7.21.5- Sơ đồ công nghệ hệ BHT với kĩ thuật phản ứng khuấy trộn hoàn toàn Raw Sewage= nước thải thô; Primary Settler= lắng cấp 1; Primary Sludge= bùn l ắng c ấp 1; Completely Mixed Aeration Tank (2 to 4 hours Detention)= bể sục khí khuấy tr ộn hoàn toàn (th ời gian lưu 2 – 4 h); Final Clarifier= lắng cuối; Return Sludge= bùn quay vòng; Excess Activated Sludge= bùn dư; Disinfection= khử trùng; Final Effluent= nước đã x ử lí cuối cùng Hình 7.21.6 mô tả hệ tiếp xúc - ổn định. Đầu tiên nước thải vào bể nhỏ gọi là bể tiếp xúc, thời gian lưu nước chỉ khoảng 1 – 2 h, ở đây n ước th ải thô ti ếp xúc ngay với một lượng lớn BHT, bùn sẽ hấp phụ các hạt SS, keo, BOD hoà tan. Ti ếp theo nước thải vào bể lắng để tách nước trong, bùn lắng sẽ đưa vào b ể ổn đ ịnh đ ược sục khí với thời gian lưu khoảng 3 – 4 h. Vì nước thải có th ời gian ti ếp xúc r ất ng ắn, thời gian ổn định tuy dài hơn nhưng chỉ đối với thể tích bùn nh ỏ h ơn nên h ệ này có thể tích phản ứng rất nhỏ so với hệ BHT thông thường. Phần bùn quay vòng khá cao, thường là 30 - 60% tổng bùn. Hình 7.21.6- Sơ đồ nguyên lí công nghệ tiếp xúc-ổn định Raw Sewage Waste = nước thải thô; Pretreatment = ti ền xử lí; Primary Settler = l ắng c ấp 1; Primary Sludge = bùn từ lắng cấp 1; Contact Tank (1/2 to hr Detention) = B ể ti ếp xúc (th ời gian l ưu 1/2-1 h); Final Clarifier = lắng cuối (cấp 2); Disinfection = sát trùng; Excess Activated Sludge = bùn ho ạt tính dư; Stabilization Tank (3 to 4 hours Detention) = Bể ổn định (th ời gian l ưu 3-4 h). Lưu ý: số 40-70% là lượng bùn dư, vị trí mũi tên sai . Lọc nhỏ giọt – LNG (Trickling Filters) Hệ LNG khá phổ biến trong công nghiệp xử lí nước thải, nhất là nước thải sinh hoạt. Kĩ thuật này thường được phân loại theo tải thuỷ lực và tải hữu cơ. Như vậy 18
ta có lọc chậm: 2 - 4 mgad (megagallons per acre per day)= 1,87 – 3,74 m 3/(m2.d), lọc tốc độ trung bình: 4 - 10 mgad = 3,74 – 9,35 m 3/(m2.d), lọc nhanh: 10 - 30 mgad = 9,35 – 28,06 m3/(m2.d), và lọc siêu nhanh: trên 30 mgad = 28,06 m3/(m2.d). Kĩ thuật này yêu cầu phân bố n ước thải đều trên toàn bề mặt lớp vật liệu mang, vì vậy ít khí người ta sử dụng hệ phân bố tĩnh mà s ử d ụng h ệ phân b ố n ước d ưới dạng tay quay đục lỗ. Hệ LNG có thể lọc một lần hoặc hai hay nhi ều l ần, tuỳ m ức độ xử lí yêu cầu và chất lượng nước thải đầu vào. T ỷ lệ nước tu ần hoàn đóng vai trò quan trọng. Kĩ thuật LNG còn khác nhau ở cách b ố trí b ể l ắng và cách tu ần hoàn nước sau xử lí. Hình 7.21.7 là các phương án lọc một lần khác nhau ở cách tuần hoàn n ước sau TF. Trong các hệ này bùn lắng cấp 2 thường đ ược tuần hoàn l ại tr ước l ắng c ấp 1. Nước tuần hoàn có thể lấy từ trước hoặc sau l ắng c ấp 2. Các đ ơn v ị x ử lí khi tính thiết kế phải tính cả dòng tuần hoàn. Hình 7.21.7- Sơ đồ bố trí hệ LNG một lần, các dòng tuần hoàn Raw Sewage Waste = nước thải thô; PS= Primary Settler = lắng cấp 1; TF= Trickling Filter= lọc nhỏ giọt; FC=Final Clarifier = lắng cuối (cấp 2); Sludge = bùn 19
Hình 7.21.8 mô tả hệ LNG nhiều lần. Trong các hệ này thường xuất hiện bể l ắng trung gian, bùn lắng từ bể trung gian và lắng cu ối th ường tu ần hoàn v ề đ ầu b ể l ắng cấp 1. Bùn dư bơm thải từ lắng cấp 1. FIG. 7.21.8 Typical multistage, trickling-filter, recirculation flow sheets. Hình 7.21.8- Sơ đồ bố trí hệ LNG nhiều lần, các dòng tuần hoàn PS= Primary Settler = lắng cấp 1; IS= Intermediate Settler= lắng trung gian; TF I= Trickling Filter I= lọc nhỏ giọt đợt 1; TF II= Trickling Filter II= lọc nhỏ giọt đợt 2; FC=Final Clarifier = lắng cuối (cấp 2) Ao hồ và Hồ ôxi hoá Hệ ao hồ có thể dùng nh ư hệ xử lí nước thải hoàn toàn riêng biệt, hoặc nh ư hệ x ử lí hoàn thiện nước thải từ nhà máy xử lí cấp hai. Khác v ới h ệ x ử lí trong nhà máy ao 20