MÔ HÌNH X LÝ K KHÍ T C Đ CAO VÀ NG D NG TRONG X LÝỬ Ỵ Ố Ộ Ứ Ụ Ử
N C TH IƯỚ Ả
NCS. TÔN
TH T LÃNGẤ
Tr ng Cán B Khí T ng Thu Văn TP. HCMườ ộ ượ ỷ
1. T ng quan v x lý k khí.ổ ề ử ỵ
X lý n c th i b ng ph ng pháp k khí (anaerobic) tuy ch m i xu tử ướ ả ằ ươ ỵ ỉ ớ ấ
hi n vào n a cu i c a th k 21 nh ng đã tr thành m t công ngh có nhi u uệ ử ố ủ ế ỷ ư ở ộ ệ ề ư
đi m h n công ngh x lý sinh h c hi u khí (aerobic). nhi u n c, nó đã trể ơ ệ ử ọ ế Ở ề ướ ở
thành m t h th ng x lý đ c áp d ng r ng rãi. So v i h th ng x lý hi u khí,ộ ệ ố ử ượ ụ ộ ớ ệ ố ử ế
nó có nhi u u đi m nh sau: ề ư ể ư
• H th ng x lý k khí tiêu th r t ít năng l ng trong quá trình v nệ ố ử ỵ ụ ấ ượ ậ
hành. Trong tr ng h p n c th i đ c x lý nhi t đ t 25-35ườ ợ ướ ả ượ ử ở ệ ộ ừ oC thì năng
l ng yêu c u trong kho ng t 0.05-0.1 kWh/mượ ầ ả ừ 3 n c th i (0.18-0.36 MJ/mướ ả 3)
(Lettinga và ctv., 1998). Đó là năng l ng cung c p cho máy b m đ b m n cượ ấ ơ ể ơ ướ
th i t công trình đ n v này đ n công trình đ n v khác ho c đ b m tu n hoànả ừ ơ ị ế ơ ị ặ ể ơ ầ
n c th i. ướ ả
• H th ng x lý k khí là m t h th ng s n sinh ra năng l ng, vì trongệ ố ử ỵ ộ ệ ố ả ượ
quá trình phân h y k khí nh ng h p ch t h u c b phân h y s chuy n thànhủ ỵ ữ ợ ấ ữ ơ ị ủ ẽ ể
khí methane. M c đ sinh khí methane ph thu c vào t c đ phân h y COD đ uứ ộ ụ ộ ố ộ ủ ầ
vào.
• S hình thành bùn trong quá trình x lý k khí thì th p h n nhi u bùnự ử ỵ ấ ơ ề
đ c t o ra trong quá trình hi u khí, d n đ n vi c gi m chi phí x lý bùn th i.ượ ạ ế ẫ ế ệ ả ử ả
L ng bùn th i trong quá trình x lý k khí còn đ c gi m th p n u gi m n ngượ ả ử ỵ ượ ả ấ ế ả ồ
đ ph tphát trong n c th i. L ng bùn k khí này d n đ nh h n và quá trìnhộ ố ướ ả ượ ỵ ễ ổ ị ơ
kh n c th c hi n cũng d h n so v i bùn hi u khí.ử ướ ự ệ ễ ơ ớ ế
• Yêu c u v dinh d ng (N, P) c a h th ng x lý k khí th p h n hầ ề ưỡ ủ ệ ố ử ỵ ấ ơ ệ
th ng x lý hi u khí do s tăng tr ng và sinh s n c a vi sinh v t k khí th pố ử ế ự ưở ả ủ ậ ỵ ấ
h n vi sinh v t hi u khí. ơ ậ ế
• Có kh năng ch u đ c t i tr ng cao: nh ng h th ng k khí hi n nayả ị ượ ả ọ ữ ệ ố ỵ ệ
có th x lý v i hi u su t t 85-90% COD v i t i tr ng h u c đ u vào kho ngể ử ớ ệ ấ ừ ớ ả ọ ữ ơ ầ ả
30g COD/L/ngày 30ởoC và 50g COD/L/ngày nhi t đ 40ở ệ ộ oC v i n c th i v iớ ướ ả ớ
n ng đ ch t h u c trung bình. Đ i v i nh ng n c th i có thành ph n ph cồ ộ ấ ữ ơ ố ớ ữ ướ ả ầ ứ
t p khác (không tan, khó phân hu sinh h c, có đ c tính v.v.), t i tr ng h u c cóạ ỷ ọ ộ ả ọ ữ ơ
th gi m h n nh ng v n cao h n nhi u so v i h th ng bùn ho t tính hi u khí.ể ả ơ ư ẫ ơ ề ớ ệ ố ạ ế
• M t u đi m khác c a h th ng k khí là bùn k khí có th b o qu nộ ư ể ủ ệ ố ị ỵ ể ả ả
trong m t th i gian dài (h n 1 năm) mà không c n nuôi d ng b ng d ng ch t.ộ ờ ơ ầ ưỡ ằ ưỡ ấ
Ho t tính c a bùn v n gi nguyên khi bùn đ c gi nhi t đ nh h n 15ạ ủ ẫ ữ ượ ữ ở ệ ộ ỏ ơ oC.
Do đó, có th s d ng l ng bùn d c a h th ng này làm nhân cho h th ngể ử ụ ượ ư ủ ệ ố ệ ố
khác và gi m th i gian v n hành h th ng.ả ờ ậ ệ ố
• V n đ u t đ xây d ng h th ng x lý k khí không nhi u, di n tíchố ầ ư ể ự ệ ố ử ỵ ề ệ
s d ng cho h th ng nh , và th i gian s d ng dài h n h th ng hi u khí làử ụ ệ ố ỏ ờ ử ụ ơ ệ ố ế
nh ng u đi m n i b c c a h th ng k khí.ữ ư ể ổ ậ ủ ệ ố ỵ
Bên c nh nh ng u đi m, h th ng x lý k khí còn m t s khuy t đi mạ ữ ư ể ệ ố ử ỵ ộ ố ế ể
nh sau:ư
• Vi khu n t o khí mêtan có đ nh y cao v i m t s ch t hóa h c nh tẩ ạ ộ ạ ớ ộ ố ấ ọ ấ
đ nh, ví d nh ng ch t hydrocarbon có ngu n g c halogen, m t s h p ch t h uị ụ ữ ấ ồ ố ộ ố ợ ấ ữ
c có Nit , CNơ ơ - và ion t do c a kim lo i n ng. Trong m t s tr ng h p nh ngự ủ ạ ặ ộ ố ườ ợ ữ
ch t này bi u th đ c tính, ho c làm c n tr s sinh tr ng, phát tri n c a nh ngấ ể ị ộ ặ ả ở ự ưở ể ủ ữ
vi khu n t o khí mêtan. Tuy nhiên, nhi u nghiên c u g n đây cho th y r ngẩ ạ ề ứ ầ ấ ằ
nh ng vi khu n k khí có th thích nghi m t s ch t hóa h c và có th phân h yữ ẩ ỵ ể ộ ố ấ ọ ể ủ
chúng.
• Giai đo n kh i đ ng c a h th ng k khí th ng m t nhi u th i gianạ ở ộ ủ ệ ố ỵ ườ ấ ề ờ
(6-12 tu n) b i vì s tăng tr ng ch m c a vi khu n k khí. ầ ở ự ưở ậ ủ ẩ ỵ
• Khi x lý n c th i có h p ch t ch a sunfur, quá trình x lý k khíử ướ ả ợ ấ ứ ử ỵ
th ng t o thành khí Hườ ạ 2S v i mùi hôi khó ch u. L ng khí này có th th i ra môiớ ị ượ ể ả
tr ng cùng dòng th i v i nh ng h th ng x lý k khí có thi t k ch a đ t. Đ iườ ả ớ ữ ệ ố ử ị ế ế ư ạ ố
v i nh ng h th ng x lý k khí hoàn ch nh, luôn kèm theo h th ng thu h i khíớ ữ ệ ố ử ỵ ỉ ệ ố ồ
sinh h c, và x lý khí Họ ử 2S trong dòng th i. ả
• B n ch t hóa h c và vi sinh h c c a qúa trình phân h y k khí r t ph cả ấ ọ ọ ủ ủ ỵ ấ ứ
t p. Do đó, còn thi u nh ng chuyên gia có kh năng thi t k và v n hành hạ ế ữ ả ế ế ậ ệ
th ng m t cách có hi u qu nên có nhi u h th ng đã xây d ng nh ng hi u su tố ộ ệ ả ề ệ ố ự ư ệ ấ
x lý th p.ử ấ
H u h t t t c các d ng n c th i công nghi p, v i n ng đ ch t đ cầ ế ấ ả ạ ướ ả ệ ớ ồ ộ ấ ộ
h i không quá cao, thì h th ng x lý k khí đ u có th s d ng đ x lý.ạ ệ ố ử ỵ ề ể ử ụ ể ử
Nh ng nghiên c u g n đây cho th y r ng h th ng k khí có th ho t đ ng t tữ ứ ầ ấ ằ ệ ố ỵ ể ạ ộ ố
trong đi u ki n n c th i có n ng đ r t th p (COD < 100 mg/L), ngay cề ệ ướ ả ồ ộ ấ ấ ở ả
nh ng nhi t đ r t th p (psychrophilic) (<4ữ ệ ộ ấ ấ oC) hay đi u ki n nhi t đ caoở ề ệ ệ ộ
(thermophilic), v i nhi u lo i n c th i khác nhau nh n c th i gi y, n cớ ề ạ ướ ả ư ướ ả ấ ướ
th i d t nhu m, n c th i cao su v.v…ả ệ ộ ướ ả
H th ng còn có hi u su t x lý cao đ i v i n c th i sinh ho t và n cệ ố ệ ấ ử ố ớ ướ ả ạ ướ
th i t các c ng rãnh, v i nhi u nhà máy hoàn ch nh đã đ c l p đ t t i vùngả ừ ố ớ ề ỉ ượ ắ ặ ạ
nhi t đ i, á nhi t đ i và vùng v đ trung bình ( n Đ , Trung Qu c, Colômbia,ệ ớ ệ ớ ở ỉ ộ Ấ ộ ố
Brazin v.v… ).
H th ng x lý k khí còn đ c áp d ng đ x lý bùn (ví d nh bùnệ ố ử ỵ ượ ụ ể ử ụ ư
c ng rãnh và phân thú v t): quá trình phân h y k khí đã áp d ng đ n đ nh bùnố ậ ủ ỵ ụ ể ổ ị
c ng rãnh, phân thú v t và s n sinh năng l ng. ố ậ ả ượ
2. H th ng x lý k khí t c đ caoệ ố ử ỵ ố ộ
Khác v i h th ng x lý hi u khí, trong h th ng x lý k khíớ ệ ố ử ế ệ ố ử ỵ t i tr ngả ọ
t i đa cho phép không tuỳ thu c vào kh năng cung c p khí c a h th ng mà phố ộ ả ấ ủ ệ ố ụ
thu c vào các y u t sau đây:ộ ế ố
• Kh năng l u gi l ng bùn ho t tính trong h th ng khi h th ng v nả ư ữ ượ ạ ệ ố ệ ố ậ
hành. N u h th ng có kh năng gi đ c l ng bùn càng nhi u thì h th ng cóế ệ ố ả ữ ượ ượ ề ệ ố
th ch u đ c t i tr ng càng l n. Vì th c n thi t ph i hình thành các h t bùn cóể ị ượ ả ọ ớ ế ầ ế ả ạ
kh năng l ng cao, khó b trôi ra ngoài h th ng.ả ắ ị ệ ố
•Đ th i gian ti p xúc gi a bùn và n c th i;ủ ờ ế ữ ướ ả
• T c đ các ph n ng cao và các c ch t có kh năng đi vào sâu trongố ộ ả ứ ơ ấ ả
bùn n i có m t đ vi sinh cao;ơ ậ ộ
• Bùn ho t tính có đ th i gian thích nghi v i các đ c tính c a lo i n cạ ủ ờ ớ ặ ủ ạ ướ
th i mà nó x lý;ả ử
• Môi tr ng thích h p đ vi sinh v t trong h th ng có kh năng phátườ ợ ể ậ ệ ố ả
tri n t t.ể ố
T khi hình hành, h th ng x lý k khí đã có nhi u d ng khác nhau nhừ ệ ố ử ỵ ề ạ ư
l c k khí v i dòng n c th i đi t d i lên (Upflow Anaerobic Filter-UAF), họ ỵ ớ ướ ả ừ ướ ệ
th ng màng l c c đ nh v i dòng t trên xu ng (Dowflow Stationary Fixed Film-ố ọ ố ị ớ ừ ố
DSFF), h th ng x lý k khí v i dòng h ng lên qua m t l p bùn (Upflowệ ố ử ỵ ớ ướ ộ ớ
Anaerobic Sludge Bed- UASB), h th ng s d ng l p bùn đ ng (Anaerobicệ ố ử ụ ớ ộ
Fluidized Bed- AFB) v.v…. Tuy có nhi u u đi m, nh ng nh ng h th ng x lýề ư ể ư ữ ệ ố ử
k khí này v n liên t c c i ti n đ gi m th i gian l u n c trong h th ng vàỵ ẫ ụ ả ế ể ả ờ ư ướ ệ ố
gia tăng t c đ x lý. Vào năm 1983,ố ộ ử h th ng x lý t c đ cao v i l p bùn h tệ ố ử ố ộ ớ ớ ạ
m r ng (Expanded Granular Sludge Bed- EGSB) đ c hình thành b i giáo sở ộ ượ ở ư
Lettinga và các c ng s c a ông. Lý do đ h th ng x lý k khí t c đ caoộ ự ủ ể ệ ố ử ỵ ố ộ
đ c nghiên c u và áp d ng trong th c t là:ượ ứ ụ ự ế
•Gi m đ c v n đ u t khi xây d ng h th ng: v i t c đ x lý caoả ượ ố ầ ư ự ệ ố ớ ố ộ ử sẽ
làm gi m kích th c c a công trình khiả ướ ủ ph i x lý m t l u l ng th iả ử ộ ư ượ ả
nh t đ nh;ấ ị
•Gi m di n tích đ xây d ng c a h th ng, phù h p v i nh ng nhà máy cóả ệ ể ự ủ ệ ố ợ ớ ữ
m t b ng nh ;ặ ằ ỏ
•H th ng có đ n đ nh cao ngay c v i nh ng đi u ki n ho t đ ngệ ố ộ ổ ị ả ớ ữ ề ệ ạ ộ
không thu n l i.ậ ợ
Mô hình phòng thí nghi m c a h th ng x lý k khí t c đ cao đ cệ ủ ệ ố ử ỵ ố ộ ượ
minh h a trong Hình 1. Trong mô hình ta th y, dòng n c th i đi vào h th ngọ ấ ướ ả ệ ố
theo chi u t d i lên, qua m t l p bùn h t m r ng, ch a nh ng vi sinh v t kề ừ ướ ộ ớ ạ ở ộ ứ ữ ậ ỵ
khí đ phân hu ch t h u c ch a trong bùn th i. V i vi c b m tr l i m tể ỷ ấ ữ ơ ứ ả ớ ệ ơ ở ạ ộ
ph n dòng ra (11), làm t c đ dòng lên c a h th ng có th đ t trên 6 m/h, caoầ ố ộ ủ ệ ố ể ạ
h n nhi u so v i t c đ dòng lên t 0.5 đ n 1.5 m/h th ng đ c áp d ng choơ ề ớ ố ộ ừ ế ườ ượ ụ
h th ng UASB.ệ ố S thay đ i này đem l i s ti p xúc t t h n gi a n c th i vàự ổ ạ ự ế ố ơ ữ ướ ả
qu n th vi sinh v t ch a trong l p bùn h t và làm các ch t h u c có th th mầ ể ậ ứ ớ ạ ấ ữ ơ ể ấ
sâu vào l p bùn h t mà không c n s xáo tr n c h c. Do t c đ dòng lên cao cóớ ạ ầ ự ộ ơ ọ ố ộ
th làm gia tăng s r a trôi bùn t h th ng. S r a trôi bùn có th ngăn ng aể ự ử ừ ệ ố ự ử ể ừ
b ng ch p thu khí đ t đ u c a h th ng. Ch p thu khí ho t đ ng nh m tằ ụ ặ ở ầ ủ ệ ố ụ ạ ộ ư ộ
thi t b phân tách 3 pha: r n, l ng, và khí. Đây là m t ph n quan tr ng c a hế ị ắ ỏ ộ ầ ọ ủ ệ
th ng EGSB. Nó giúp cho h th ng thu h i đ c khí sinh h c t o ra trong quáố ệ ố ồ ượ ọ ạ
trình phân hu ch t h u c , ngăn ng a bùn h t trào ra ngoài h th ng và gi mỷ ấ ữ ơ ừ ạ ệ ố ả
ch t r n l l ng trong dòng ra sau x lý. ấ ắ ơ ử ử
3. ng d ng c a h th ng x lý k khí t c đ cao trong x lý n c th iỨ ụ ủ ệ ố ử ỵ ố ộ ử ướ ả
H th ng x lý k khí EGSB có th đ c s d ng đ x lý n c th i cóệ ố ử ỵ ể ượ ử ụ ể ử ướ ả
n ng đ ô nhi m h u c th p (COD < 1000mg/L), và nhi t đ n c th i th pồ ộ ễ ữ ơ ấ ệ ộ ướ ả ấ
( t 8- 12ừoC) v i hi u su t x lý khá cao (>90%). K t qu x lý c a h th ngớ ệ ấ ử ế ả ử ủ ệ ố
EGSB v i n c th i ch a acid béo bay h i (Volatile Fatty Acid- VFA), đ ng,ớ ướ ả ứ ơ ườ
n c th i bia, m ch nha các đi u ki n ho t đ ng khác nhau đ c trình bàyướ ả ạ ở ề ệ ạ ộ ượ
trong B ng 2.ả
B ng 2. K t qu x lý n c th i c a mô hình EGSB đi u ki n nhi t đ th pả ế ả ử ướ ả ủ ở ề ệ ệ ộ ấ
C ch tơ ấ Th tíchể
mô hình
x lýử
(L)
N ng đồ ộ
COD đ uầ
vào (g/L)
T i tr ng h u cả ọ ữ ơ
(kgCOD/m3/ngày)
Nhi t đệ ộ
(oC)
Th iờ
gian l uư
(gi )ờ
Hi u su tệ ấ
x lýử
COD (%)
VFA 1 * 4 0.5-0.8 10-12 10-12 1.6-2.5 90
VFA 2 * 4 0.5-0.9 5-12 4-8 2-4 90
VFA 2 * 4 0.5-0.9 5 3 4 80
Sucrose+VFA 2 * 4 0.5- 1.1 5-7 8 4 90
Bia 1 * 225 0.5- 0.8 12 20 1.5 80-85
M ch nhaạ1 * 225 0.3-1.4 4-8 16 2.4 56
M ch nhaạ1 * 225 0.3-1.4 9-15 20 1.5-2.4 66-72
M ch nhaạ2 * 70 0.2-1.8 3-6 6 4.9 47
M ch nhaạ2 * 70 0.2-1.8 3-12 10-15 3.5 67-78
Ngu n: Salih, R. (1998)ồ
B ng 2 cho th y h th ng EGSB có kh năng x lý nhi u c ch t khácả ấ ệ ố ả ử ề ơ ấ
nhau nh acid béo bay h i, đ ng, bia, m ch nha v i th i gian l u n c t 1.5-ư ơ ườ ạ ớ ờ ư ướ ừ
4.9gi , hi u su t x lý khá cao khi x lý c ch t VFA (90%).ờ ệ ấ ử ử ơ ấ
H th ng EGSB còn đ c s d ng đ x lý n c th i ch a ethanol ệ ố ượ ử ụ ể ử ướ ả ứ ở
n ng đ th p. Đi u ki n v n hành và hi u su t x lý c a mô hình đ c trìnhồ ộ ấ ề ệ ậ ệ ấ ử ủ ượ
bày trong B ng 3.ả
B ng 3.ả Đi u ki n v n hành và hi u su t x lý c a h th ng EGSB v iề ệ ậ ệ ấ ử ủ ệ ố ớ
n c th i ch a ethanol nhi t đ t = 30ướ ả ứ ở ệ ộ oC
Th iờ
gian
(ngày)
Thể
tích mô
hình xử
lý (L)
N ng đồ ộ
COD
đ u vàoầ
(g/L)
T i tr ng h u cả ọ ữ ơ
(kgCOD/m3/ngày)
Th iờ
gian l uư
n cướ
(gi )ờ
T i tr ng bùn (gả ọ
COD/gVSS.ngày)
Hi uệ
su t xấ ử
lý COD
(%)
0-18 2.5 641 8.1 1.9 0.81 92
19-26 2.5 613 14.7 1.0 1.47 76
27-43 2.5 675 32.4 0.5 3.24 73
44-67 2.5 196 4.7 1.0 0.47 97
68-76 2.5 154 7.4 0.5 0.74 89
Ngu n: Lourdinha, F. (1994)ồ
D a vào B ng 3, ta nh n th y r ng v i n ng đ n c th i đ u vào khá th pự ả ậ ấ ằ ớ ồ ộ ướ ả ầ ấ
(154- 641 mg COD/L), th i gian l u n c ng n (0.5-1.9 gi ), thì hi u su t x lýờ ư ướ ắ ờ ệ ấ ử
c a mô hình đ t tr s khá cao (89-97%) ng v i t i tr ng h u c m c trungủ ạ ị ố ứ ớ ả ọ ữ ơ ở ứ
bình (4,7-8,1 kgCOD/m3.day). nh ng t i tr ng h u c cao h n thì hi u su t xỞ ữ ả ọ ữ ơ ơ ệ ấ ử
lý gi m đi rõ r t (ch còn t 73-76%).ả ệ ỉ ừ
Mô hình EGSB còn có nhi u h a h n trong x lý n c th i d t nhu mề ứ ẹ ử ướ ả ệ ộ
(Lãng, 2001). V i th i gian l u khá ng n, t i tr ng h u c khá cao nh ng hi uớ ờ ư ắ ả ọ ữ ơ ư ệ
su t x lý COD và thu c nhu m khá cao và n đ nh (85-95%) (B ng 4).ấ ử ố ộ ổ ị ả
B ng 4ả. Kh năng x lý c a mô hình EGSB v i n c th i d t nhu m nhi t đả ử ủ ớ ướ ả ệ ộ ở ệ ộ
30oC, mô hình 4,3L.
Th i gianờThu cố
nhu mộTh i gianờ
l uưT i tr ng h u cả ọ ữ ơ Hi u su t (%)ệ ấ