Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải - Xử lý kỵ khí

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCMVIỆN KHCN & QLMTMôn : KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI NỘI DUNG 1 Cơ sở lý thuyết. 2 Phân loại. 3 Các công trình xử lý kỵ khí sinh học. 1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học kỵ khí: Ưu và nhược điểm của quá trình sinh học kỵ khí so với quá sinh học hiếu khí. Ưu điểm : Không tốn chi phí năng lượng. Quá trình kỵ khí sản sinh ra khí metan, là nguồn năng lượng dùng để đốt hoặc cung cấp nhiệt. Quá trình kỵ khí xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao. Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao. Lượng bùn sinh ra ít hơn bể hiếu khí. 1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học kỵ khí: Nhược điểm: Quá trình kỵ khí diễn ra chậm hơn hiếu khí. Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc. Quá trình khởi động cần nhiều thời gian. Xem xét khía cạnh phân hủy sinh học thì quá trình kỵ khí đòi hỏi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao. 1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học kỵ khí: Cơ sở lý thuyết : Sự phân hủy kỵ khí là một loạt quá trình vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí metan (CH4). Bản chất vi sinh học của quá trình tạo metan đã được khám phá từ thế kỉ trước. Trong quá trình hiếu khí chỉ liên quan đến một số loài vi sinh vật, quá trình kỵ khí lại lôi kéo hầu hết các loài vi khuẩn. 1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học kỵ khí: Quá trình sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ô nhiễm nặng với hàm lượng COD và BOD hàng ngàn mg/l. Có nhiều chủng loại vi sinh vật cùng nhau làm việc để biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ thành khí sinh học. 1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học kỵ khí: Quá trình sinh học kỵ khí : Quá trình phân hủy kị khí là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản sau: Chất hữu cơ → CH4 + CO2 + NH3 + H2S +TB mới Một cách tổng quát quá trình này xảy ra theo 4 giai đoạn: 2.QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ. Thủy phân : giai đoạn phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những đơn phân hòa tan. Acid hóa: vi khuẩn lên men chuyển hóa các hợp chất hòa tan thành chất đơn giản acid béo dễ bay hơi. Acetic hóa: vk acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, CO2, H2 Metan hóa:đây là gđ của quá trình phân hủy kỵ khí sản phẩm của 3 gđ đầu thành CO2, CH4 và sinh khối mới. Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Giai đoạn 4 1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học kỵ khí: Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O 4HCOOH → CH4 +3CO2 +2H2O CH3COOH → CH4 + CO2 4CH3OH → 3CH4 +CO2 +2H2O 4(CH3)3N + H2O → 9CH4 + 3CO2 +6H2O + 4NH3 1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học kỵ khí: Quá trình phân hủy kị khí 2.Phân loại: Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình kỵ khí thành : Quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng : như quá trình tiếp xúc kỵ khí, bể UASB. Phân loại Quá trình xử lý kỵ khí dính bám : như quá trình lọc kỵ khí 3.Các công trình xử lý sinh học kị khí: Quá trình tiếp xúc kỵ khí: Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc kỵ khí. Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn. Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí. Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. 3.Các công trình xử lý sinh học kị khí: SƠ ĐỒ THIẾT BỊ XỬ LÝ SINH HỌC TIẾP XÚC KỊ KHÍ 3.Các công trình xử lý sinh học kị khí. Bể sinh học tiếp xúc :kết hợp với quá trình sinh trưởng lơ lửng( bùn hoạt tính) và dính bám (màng sinh học). Vi sinh vật sinh trưởng và phát triển thành bông bùn và màng vi sinh → lắng tốt → tách khỏi nước bằng trọng lực. Bùn tuần hoàn : duy trì mật độ sinh khối cao Bùn dư : được đưa đến hệ thống xử lý bùn và thải bỏ. 3.Các công trình xử lý sinh học kị khí( bể UASB): Cấu tạo Nguyên tắc hoạt động Ưu nhược điểm bể UASB Cấu tạo của bể UASB : Bể có thể xây bằng gạch hoặc bằng bê tông cốt thép thường có mặt bằng hình chữ nhật. Để tách khí khỏi nước thải, trong bể gá thêm tấm phẳng đặt nghiêng so với phương ngang ≥ 350. Thể tích ngăn lắng tính theo thời gian lưu nước ≥ 1 giờ. Tổng chiều cao ngăn lắng khoảng 2m, chiều cao phần lắng ≥ 1m. Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng kị khí UASB Nguyên tắc hoạt động: Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối điều trên diện tích đáy bể. Nước thải từ dưới lên với vận tốc v = 0,6-0,9 m/h. Bùn trong bể lắng được hình thành hai vùng rõ rệt :ở chiều cao ¼ tính từ dáy bể lên, lớp bùn này hình thành do các hạt cặn keo tụ có nồng độ 5-7% phía trên lớp này là lớp bùn lơ lửng có nồng độ 1000-3000 mg/l gồm các bông cặn chuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống. Nguyên tắc hoạt động: Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc có hiệu quả đòi hỏi thời gian vận hành khởi động từ 3- 4 tháng. Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi khuẩn tạo metan trước với nồng độ thích hợp vận hành với chế độ thủy lực ≤ ½ công suất thiết kế, thời gian khởi động còn 2-3 tuần. Bể UASB Sơ đồ bể UASB Bể UASB Ưu nhược điểm của bể UASB: Ưu điểm : Ít tiêu tốn năng lượng vận hành. Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn. Bùn sinh ra sẽ dễ tách nước. Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng. Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí CH4. Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kị khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu. Ưu nhược điểm của bể UASB: Nhược điểm : Quá trình kỵ khí diễn ra chậm hơn quá trình hiếu khí. Nhạy cảm hơn việc phân hủy chất độc. Quá trình khởi động cần nhiều thời gian. Bể lọc kỵ khí: Cấu tạo :Bể lọc kị khí làm bằng vật liệu nổi polyspiren với đường kính hạt 3-5 mm, chiều dài vật liệu 2 m. Nguyên tắc hoạt động: Nước thải đưa vào phân phối đều theo diện tích đáy bể đi lên tiếp xúc với khối bùn lơ lửng ở dưới lớp lọc, một số chất thải được giữ lại ở đây dòng nước tiếp tục tiếp xúc với lớp vật liệu lọc tạo màng vi sinh dính bám. Cứ sau thời gian 2-3 ngày, khi tổn thất thủy lực tăng lên, cho xả bùn ra khỏi bể một lần. Bể lọc kỵ khí: sơ đồ cấu tạo bể lọc kỵ khí Ứng dụng : Xử lý nước thải sinh hoạt. NT nhà máy rượu, bia. NT XN chế biến sữa. NT nhà máy giấy các loại. NT XN chế biến hải sản. Cám ơn cô và các bạn chú ý lắng nghe