Đề tài Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid Usbf

CHƯƠNG MỞ ĐẦU: trang 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT RỈ ĐƯỜNG trang 4

1.1 Tiềm năng của ngành sản xuất cồn trong tương lai trang 5

1.1.1 Ưu điểm của nhiên liệu ethanol trang 5

1.1.2 Ethanol – nguồn nhiên liệu thay thế đầy triển vọng trang 5

1.1.3 Ethanol – niềm tự hào của Brazil trang 6

1.1.4 Triển vọng cho ethanol trang 7

1.1.5 Chiến lược nhiên liệu sạch cho Việt Nam trang 7

1.2 Tình hình chung trang 8

1.2.1 Thế giới trang 8

1.2.2 Việt Nam trang 8

1.3 Nguyên liệu trang 10

1.4 Quy trình sản xuất trang 10

1.4.1 Chuẩn bị dịch đường lên men ( xử lí mật rỉ) trang 11

1.4.2 Chưng cất dịch lên men trang 11

1.4.3 Chưng cất loại tạp chất và thu hồi cồn tinh trang 12

1.5 Thành phần và tính chất nước thải trang 14

1.6 Tác động của nước thải sản xuất cồn từ mật rỉ đường lên môi trường xung quanh trang 15

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT CỒN TỪ MẬT RỈ ĐƯỜNG trang 17

2.1 Các phương pháp xử lý nước thải sản xuất cồn trang 18

2.1.1 Phương pháp cơ học trang 18

2.1.2 Phương pháp hóa học trang 19

2.1.3 Phương pháp hóa lý trang 19

2.1.4 Phương pháp sinh học trang 20

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải sản xuất cồn từ mật rỉ đường từng được nghiên cứu trang 23

 

pdf95 trang | Chia sẻ: NguyễnHương | Lượt xem: 1469 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid Usbf, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ân khi bùn kỵ khí có chứa một lượng lớn vi khuẩn hiếu khí không bắt buộc thì bất cứ lượng oxy nào vào hệ thống xử lý cũng đều bị tiêu thụ rất nhanh. Thực tế, oxyhầu như không bao giờgây ra sự cố ngoại trừ trường hợp xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp. Bảng 3.1. Các hợp chất gây độc và ức chế quá trình kỵ khí Chất Nồng độ gây ức chế vừa (mg/l) Nồng độ gây ức chế mạnh (mg/l) Ion : Na+ 3500 – 5500 8000 K+ 2500 – 4500 12000 Ca2+ 2500 – 4500 8000 Mg2+ 1000 – 1500 3000 NH4+ 1500 – 3000 3000 S2- 200 200 Cu2+ 0,5 (tan) 50 – 70 (tổng) Cr(VI) 3 (tan) 200 – 250 (tổng) Cr(III) 180 – 420 (tổng) 2 (tan) Bảng 3.2. Các hợp chất gây độc và ức chế quá trình kỵ khí (tiếp theo) Chất Nồng độ gây ức chế vừa (mg/l) Nồng độ gây ức chế mạnh (mg/l) Hydrocarbon chứa Clo: methylchloride trichloro-ethylene tetrachloro-ethylene chloroform 10-20 1 1 1 Hoá chất có hoạt tính cao: formaldehyde glutaraldehyde 100-200 25-50 10 10 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 35 hỗn hợp formaldehyde / glutaraldehyde (50/50) arylonitril 30 Dung môi : butylacetate acetonitril toluene methyl-isobutyl ketone 1000 1000 100 100 Nguồn: Parkin và Owen (1986) 3.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KỴ KHÍ BAO GỒM Hình 3.2. Các công nghệ xử lý kỵ khí 3.3.1 Quá trình phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn Đây là loại bể xáo trộn liên tục, không tuần hoàn bùn. Bể thích hợp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hoà tan dễ phân hủy nồng độ cao hoặc xử ly bùn hữu cơ. Thiết bị xáo trộn có thể dùng hệ thống cánh khuấy cơ khí hoặc tuần hoàn khí biogas ( đòi hỏi có máy nén khí biogas và phân phối khí nén ). Trong quá trình phân hủy lượng sinh khối mới sinh ra và phân bố trong toàn bộ thể tích bể. Hàm lượng chất lơ lửng ở dòng ra phụ thuộc vào thành phần nước thải vào và yêu cầu xử lý.  Thời gian lưu sinh khối chính là thời gian lưu nước. Công nghệ xử lý kỵ khí Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng bám dính Xáo trộn hoàn toàn Tiếp xúc kỵ khí UASB Lọc kỵ khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 36  Thời gian lưu bùn thông thường từ 12 - 30 ngày.  Tải trọng đặc trưng cho bể này là 0.5 - 0.6 kgVS/m3.ngày. Do hàm lượng sinh khối trong bể thấp, thời gian lưu nước lớn nên loại bể này thích hợp và có thể chịu đựng được tốt trong trường hợp có độc tố hoặc khi tải trọng tăng đột ngột. 3.3.2 Quá trình tiếp xúc kị khí Quá trình này gồm 2 giai đoạn: Phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn và lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý. Bùn sinh học sau khi tách được tuần hoàn trở lại bể phân hủy kỵ khí. Lượng sinh khối có thể kiểm soát được, không phụ thuộc vào lưu lượng nước thải nên thời gian lưu bùn có thể khống chế được và không liên quan đến thời gian lưu nước. Khi thiết kế có thể chọn thời gian lưu bùn thích hợp cho phát triển sinh khối, lúc đó có thể tăng tải trọng, giảm thời gian lưu nước, khối tích công trình giảm dần đến chi phí đầu tư kinh tế hơn.  Hàm lượng VSS trong bể tiếp xúc kị khí dao động trong khoảng 4000-6000 mg/l.  Tải trọng chất hữu cơ từ 0.5 đến 10 kg COD/m3 .ngày.  Thời gian lưu nước từ 12 giờ đến 5 ngày. Hệ thống lắng trọng lực phụ thuộc vào tính chất bông bùn kị khí. Các bọt khí biogas sinh ra trong quá trình phân huỷ kỵ khí thường bám dính vào các hạt bùn làm giảm tính lắng của bùn. Để tăng cường khả năng lắng của bùn, trước khi lắng cho hỗn hợp nước và bùn đi qua bộ phận tách khí như thùng quạt gió, khuấy cơ khí hoặc tách khí chân không và có thể thêm chất keo tụ đẩy nhanh quá trình tạo bông. 3.3.3 Xử lý sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 37 Nước thải được phân bố vào từ đáy bể và đi ngược lên qua lớp bùn sinh học có mật độ vi khuẩn cao. Khi tiếp xúc với những hạt bùn kết bông ở thảm bùn, vi khuẩn sẽ xử lý chất hữu cơ và chất rắn sẽ được giữ lại. Các hạt bùn sẽ lắng xuống thảm bùn và định kì được xả ra ngoài. Khí thu được trong quá trình này được thu qua phễu tách khí lắp đặt phía trên. Cần có tấm hướng dòng để thu khí tập trung vào phễu không qua ngăn lắng. Trong bộ phận tách khí, diện tích bề mặt nước phải đủ lớn để các hạt bùn nổi do dính bám vào các bọt khí biogas tách khỏi bọt khí. Dưới điều kiện kị khí về cơ bản là methane và carbon dioxide gây ra một sự xáo trộn bên trong. Khí được tạo ra bên trong lớp bùn sẽ có khuynh hướng bám vào các granule. Khí tự do cùng với các hạt-khí sẽ nổi lên phía trên của thiết bị. Các hạt-khí này nổi lên bề mặt sẽ đụng vào đáy của tấm hướng dòng tách khí và các bọt khí này sẽ tách ra. Các hạt bùn đã được tách khí về cơ bản sẽ rơi xuống lại bề mặt lớp bùn. Khí tự do sẽ thoát ra nhờ bộ phận thu lắp ở đỉnh thiết bị. Nước thải có chứa các chất rắn còn sót lại sẽ đi ngang qua vùng lắng nơi tách bùn còn sót lại. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ bề mặt hướng lên của nước thải phải nằm trong khoảng 0.6 - 0.9 m / h. Sau một thời gian hoạt động, trong hệ thống hình thành 3 lớp: phần bùn đặc ở đáy hệ thống, một lớp thảm bùn ở giữa hệ thống gồm những hạt bùn kết bông và phần chứa biogas ở trên cùng. Đặc điểm quan trọng của UASB là xử lý được COD cao hơn những quá trình kỵ khí khác do tạo được bùn đặc. Nồng độ chất rắn ở đáy bể có thể lên đến 50 –100 g/l. Sự hình thành bùn hạt làm tăng khả năng xử lý của nước thải. Quá trình hình thành bùn hạt phụ thuộc nhiều vào bản chất nước thải, pH, dinh dưỡng, vận tốc nước dâng. Quá trình hình thành bùn hạt vô cùng phức tạp. Giả thuyết “spaghetti” do tiến sĩ W.Wiegan đưa ra là hợp lý nhất mặc dù có rất nhiều giả thuyết đã được đưa ra. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 38 Theo giả thuyết này, các vi khuẩn sợi kết dính vào nhau tạo ra các hạt mầm. Cơ sở của giả thiết: các vi khuẩn sinh methane (Methanosaete) có thể thích nghi tốt với cơ chất thấp là các vi khuẩn sợi. Những hạt ban đầu (quả cầu spaghetti) do Methanosaete tạo thành đóng vai trò là bề mặt bám dính hoặc những giá thể cho những vi sinh khác trong quá trình phân hủy kỵ khí. Hình 3.3. Sơ đồ mô tả sự tạo bùn hạt theo thuyết spaghetti. I: vi khuẩn hình sợi Methanosaete II : sự hình thành các bông do kết dính. III: sự hình thành quả cầu spaghetti. IV: các hạt bùn hoàn chỉnh. Bên trong mỗi hạt bùn là hàng tỉ tế bào vi khuẩn và hàng triệu loại vi khuẩn khác nhau. Theo định luật Stock, tốc độ lắng của hạt tỷ lệ với lũy thừa bậc hai của kích thước hạt. Do có kích thước lớn, bùn hạt lắng rất nhanh. Nhờ vậy UASB có thể chịu tải trọng thủy lực rất cao mà không sợ bùn bị cuốn trôi. Khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn, các hạt bùn thường không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi trường. Việc này được thực hiện bằng cách nâng tải trọng hữu cơ một cách từ từ. Với tải trọng ban đầu thấp, ta cho vi sinh thích nghi đến khi đạt đến trạng thái ổn định rồi dần dần nâng tải lên cao hơn. Thời gian này kéo dài khoảng 3-6 tháng. Sau đó Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 39 UASB sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu quá tải cũng như nồng độ chất thải khá cao. Một trong những ưu điểm của quá trình này là lượng bùn sinh ra rất nhỏ và năng lượng điện tiêu hao rất thấp. UASB có ưu điểm là hiệu quả xử lý cao, thời gian lưu nước trong bể ngắn, thu được khí CH4 phục vụ cho nhu cầu về năng lượng, cấu tạo bể đơn giản, dễ vận hành, năng lượng phục vụ vận hành bể ít. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 40 3.3.4 Lọc kị khí (giá thể cố định dòng chảy ngược) Bể lọc kỵ khí : cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thể cố định cho vi sinh vật kỵ khí sống bám trên bề mặt. Nhờ đó, vi sinh vật sẽ bám vào và không bị rửa trôi theo dòng chảy. Vật liệu lọc của bể lọc kị khí rất phong phú và đa dạng, bao gồm các loại cuội, sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc, được xác định dựa vào công suất của công trình, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nước cho phép, điều kiện nguyên vật liệu tại chỗ. Gần đây nhất là tận dụng xơ dừa làm vật liệu lọc. Dòng nước thải được phân bố đều, đi từ dưới lên trên tiếp xúc với vi sinh sống bám trên lớp vật liệu lọc, tại đây diễn ra quá trình phân hủy sinh học. Do khả năng bám dính tốt của màng sinh vật nên sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài. Vì vậy, thời gian lưu nước nhỏ, có thể vận hành ở tải trọng cao, có khả năng khử được 70÷90% BOD. Nước thải trước khi vào bể lọc cần được lắng sơ bộ. Sau thời gian vận hành dài, các chất rắn không bám dính gia tăng. Điều này chứng tỏ khi hàm lượng SS đầu ra tăng, hiệu quả xử lý giảm do thời gian lưu nước thực tế trong bể bị rút ngắn lại. Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi bể bằng cách xả đáy và rữa ngược. 3.3.5 Quá trình kị khí bám dính xuôi dòng Trong quá trình này nước thải chảy từ trên xuống qua lớp giá thể module. Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống. Đường kính dòng chảy nhỏ xấp xỉ 4 cm. Với cấu trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất rắn không bám dính và thích hợp cho xử lý nước thải có hàm lượng SS cao. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 41 3.4.6 Quá trình kị khí tầng giá thể lơ lửng Nước thải được bơm từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc hạt là giá thể cho vi sinh sống bám. Vật liệu này có đường kính nhỏ, vì vậy tỉ lệ diện tích bề mặt / thể tích rất lớn (cát, than hoạt tính hạt) tạo sinh khối bám dính lớn. Dòng ra được tuần hoàn trở lại để tạo vận tốc nước đi lên đủ lớn cho lớp vật liệu hạt ở dạng lơ lửng, giản nỡ khoảng 15 ÷ 30% hoặc lớn hơn. Hàm lượng sinh khối trong bể có thể tăng lên đến 10000 ÷ 40000 mg/l. Do lượng sinh khối lớn và thời gian lưu nước quá nhỏ nên quá trình này có thể ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp như nước sinh hoạt. 3.4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HYBRID Hệ sinh học hybrid là mô hình phản ứng sinh học có sự hiện diện kết hợp của các chủng loại vi khuẩn khác nhau bao gồm:vi khuẩn sinh trưởng lơ lững và vi khuẩn sinh trưởng bám dính phát triển trong điều kiện kị khí, hiếu khí hoặc kết hợp kị khí và hiếu khí. Trong thập niên 80, hệ thống hybrid kị khí và hiếu khí bắt đầu được nghiên cứu và phát triển. Khởi xướng cho hệ hybrid kị khí từ nghiên cứu trên hệ USBF của Lettinga et al. (1981), Gulot and van den Berg (1984) và Brune et al. (1982) nghiên cứu UBFF kết hợp USB. Còn hệ hybrid hiếu khí được quan tâm từ năm 1982 – 1988 bởi weber Ingenieur với tên gọi là quá trình bio 2 sludge . Kế tiếp vào các năm sau nhiều công nghệ hybrid đa dạng hơn đã được nghiên cứu. Mục tiêu chính là tận dụng những ưu điểm của một số hệ thống hệ thống hiện có, kết hợp và sử dụng chúng hiệu quả sao cho chi phí đầu tư thấp, thu gọn hệ thống, vận hành đơn giản, khắc phục được những nhược điểm của các hệ thống riêng rẻ, đặc biệt là tăng hiệu quả xử lý, chịu sốc tải tốt và ngăn ngừa sự suy giảm của hệ vi sinh vật hiện diện. Về cơ bản, các hệ thống sinh học hybrid đã được nghiên cứu thường kết hợp: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 42  Kết hợp sinh trưởng lơ lững và sinh trưởng bám dính trên cùng một hệ kị khí hoặc hiếu khí, tăng tải trọng vận hành và hiệu quả xử lý nhờ mật độ vi sinh vật cao dẫn đến giảm khối tích công trình.  Kết hợp sinh học và hấp phụ, sử dụng các chất mang có diện tích bề mặt riêng lớn tham gia hấp phụ các chất ô nhiễm nhờ vật gia tăng hiệu quả xử lý, loại bỏ các hợp chất độc hại, khó phân hủy sinh học và các chất dinh dưỡng.  Kết hợp sinh học và màng lọc nhờ vậy giảm khối tích công trình, tăng tải trọng vận hành, loại bỏ thành phần dinh dưỡng và lượng cặn sinh học triệt để, đơn giản hoá quy trình vận hành.  Kết hợp sinh học kị khí, thiếu khí và hiếu khí trong cùng một hệ thống xử lý. Cho phép các phản ứng thủy phân, cắt mạch các hợp chất phức tạp được xảy ra đồng thời với các phản ứng sinh học hiếu khí chuyển hoá thành CO2 và nước. Phản ứng diễn ra nối tiếp với tốc độ cao. Đặc biệt là quá trình khử nitơ sinh học như nitrat hoá, khử nitrat hay anammox xảy ra trực tiếp trong cùng một hệ thống xử lý hoặc khử P. Hệ sinh học hybrid sinh học xử lý nước thải hiệu quả hơn các hệ sinh học riêng lẽ nhờ tận dụng nhiều ưu điểm kết hợp. Bảng 3.3 Ưu điểm của hệ sinh học lơ lững và bám dính Hệ sinh trưởng lơ lững Hệ sinh trưởng bám dính Ưu điểm:  Sinh khối xáo trộn đều dưới dạng lơ lững  Vi sinh thay đổi với nhiều chủng loại  Hiệu quả xử lý cao, bùn dễ lắng  Có khả năng loại một phần N; P Thích hợp cho xử lý nước thải dạng keo, hòa tan, nước thải độc tính đã pha loãng Phân bố đồng nhất chất hữu cơ, dinh dưỡng, ổn định pH và nhiệt độ Ưu điểm:  Sinh khối bám dính, xếp lớp  Nhiều chủng vi sinh hơn, xếp thành các lớp. mật độ vi sinh lớn  Thể tích khí cấp thường xuyên hoặc gián đoạn  Kiểm tra quá trình dựa vào tải trọng hữu cơ và tải trọng thủy lực  Chịu sốc tải tốt  Không cần tuần hoàn sinh khối  Lượng sinh khối gia tăng thấp, khó Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 43 lắng  Có khả năng khử N, P Khuyết điểm:  Thể tích khí cấp lớn (hybrid hiếu khí)  Kiểm tra quá trình theo mô hình hóa  Dễ bị sốc tải  Cần lượng sinh khối tuần hoàn  Lượng sinh khối gia tăng cao, cần xử lý bùn dư Thể tích bể lớn, thời gian lưu bùn dài, hiệu quả xử lý không ổn định do quá trình điều khiển hàm lượng bùn trong bể phức tạp. Có sự thất thoát chất thải dạng keo, vi khuẩn Khuyết điểm:  Hiệu quả thấp hơn  Tải trọng vận hành thấp, khó lắng Nguồn: Lương Đức Phẩm (2003). Do sự kết hợp của vi sinh vật tăng trưởng lơ lững và bám dính nên một số tương tác sinh học sẽ diễn ra trong hệ thống hybrid điển hình như:  Quan hệ cộng sinh: là hiện tượng hai hay nhiều cá thể trong nhiều loài cùng sinh trưởng, phát triển và sinh sản mà không gây ảnh hưởng xấu lẫn nhau  Quan hệ đối kháng: là hiện tượng có một loài vi sinh vật này trong quá trình sinh trưởng và phát triển sẽ lấn át loài khác, làm cho loài kia bị tiêu diệt  Quan hệ ký sinh: Loài náy sống và bám vào loài khác. Loài này phát triển sẽ làm loài kia bị tiêu diệt. Có thể phân biệt hệ hybrid thành 3 dạng cơ bản:  Dạng 1: Hệ hybrid kị khí  Dạng 2: Hệ hybrid hiếu khí  Dạng 3: Hệ hybrid kị khí kết hợp thiếu khí và hiếu khí. Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 44 3.4.1 Công nghệ Hybrid kị khí: Hệ sinh học kị khí bao gồm hai dạng cơ bản: Kị khí sinh trưởng lơ lửng: Hầm tự hoại (septic tank), kị khí tiếp xúc (CSTR), Kị khí bùn ngược dòng (UASB), kị khí đệm tầng sôi hay giãn nở (ESB), Kị khí dạng mẻ (ASBR), Acid hóa (AcF), kị khí dòng chảy nút (BF). Kị khí sinh trưởng bám dính: lọc kị khí (ngược dòng, xuôi dòng, vật liệu lọc cố định, vật liệu lọc giản nở). Trong từng dạng kị khí, hai hay nhiều công trình đơn vị bố trí kết hợp với nhau nhằm tăng tốc độ phản ứng và xử lý triệt để hàm lượng chất hữu cơ. Ngoài ra có thể kết hợp dạng kị khí bám dính và kị khí lơ lửng trong cùng một hệ thống sinh học mà điển hình là hệ USBF sẽ được nghiên cứu chi tiết hơn theo nội dung của luận án. Các vật liệu đệm sử dụng yêu cầu có diện tích bề mặt riêng > 100 m2/m3 nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuần sinh trưởng bám dính phát triển và hoạt động hiệu quả.. Ngoại trừ hệ hybrid kị khí tốc độ cao FB/EB, các dạng hybrid còn lại hoạt động ổn định ở tải trọng 5 – 15 kg COD/m3. ngày với thời gian lưu nước trung bình là 0,5 – 4 ngày. Riêng hệ FB/GB, các chất mang sử dụng trong hệ thường là cát silica có đường kính 0,2 – 0,3 mm hoặc than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lên đến 9000 – 11000 m2/m3 với thể tích giãn nở dao động từ 25 – 300%. Đây là hệ hybrid tốc độ cao, cho phép vận hành tải trọng hữu cơ lên đến trên 20 kg COD/m3, thời gian lưu nước 0,2 – 2 ngày và hàm lượng bùn dao động từ 15-35 gVS/l. 3.4.2 Hệ Hybrid kị khí sinh trưởng lơ lửng 3.4.2.1 Hệ hybrid ABR /UASB Nghiên cứu của BOOPATHY R. ; TILCHE A. (1991)[22] kết hợp giữa ABR và UASB cho hiệu quả xử lý COD trên 70% với tải trọng vận hành tối ưu khoảng 20 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 45 kg COD/m3.ngày. Trong hệ thống trên, ở những ngăn đầu thuộc vùng ABR, vi sinh vật trong tham gia các phản ứng thủy phân, cắt mạch và phân hủy cơ chất nhờ khả năng tiếp xúc và lưu giữ sinh khối tốt, sau đó UASB tiếp tục tham gia xử lý các thành phần hữu cơ còn lại, tách bùn và khí sinh học. Hệ thống hybrid trên tận dụng ưu điểm của ABR, khắc phục nhược điểm dễ thất thoát bùn từ UASB trong những trường hợp sốc tải đồng thời tăng cường quá trình phân hủy kị khí nhằm xử lý triệt để các hợp chất khó phân hủy sinh học. UASB ModuleBaffled Module Pre-treated influent granular sludge bed sludge blanket downflow chamber upflow chamber Vertical baffles effluent gutter solid media (plasitc (beverage crates) gas/liquid/solids phase separator settling zone Hình 3.4 Mô hình hybrid Baffler + UASB Trong hệ thống BUR (Baffler upflow reactor), bùn hạt dễ dàng được hình thành và lắng tốt, hiệu quả xử lý cơ chất cao. 3.4.2.2 Hệ Hybrid UASB – septic tank Hệ thống trên hoạt động theo nguyên tắc: nước thải được bơm vào bể từ trên xuống qua lớp bùn sau đó lại chảy ngược lên tiếp xúc với lớp bùn đáy. Chính nhờ lọc qua lớp bùn đáy dưới tác dụng của vi sinh vật, hiệu quả xử lý tăng đáng kể. Kết quả nghiên cứu của Kuyawa – Rocleved et al (2005)[53] cho xử lý nước thải đô thị đạt hiệu quả xử lý COD trên 90%. Tương tự, nghiên cứu của K.V. Raijeshwari et al. (2002)[54] trên nước thải chế biến phomai ở tải trọng 9- 15 kg COD/m3.ngđ cho hiệu quả xử lý COD đạt 91-97% với thời gian lưu nước 2 ngày. Ưu điểm của hệ thống: T ùch khí Bùn hat ABR UASB Nước vào Bùn Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 46  Thời gian lưu nước ngắn hơn so với UASB.  Vận tốc cho phép nhỏ hơn 0,5 m/h (Halalshen. 2002).  Thời gian lưu bùn dài hơn, có thể tách quá trình thành nhiều pha.  Hạn chế thất thoát bùn và ảnh hưởng của cặn lơ lửng trong thành phần nước thải ban đầu. Hình 3.5 Mô hình UASB+septic tank F Malaspina, L.stante, C.M.Cellamare and A Tilche, Italia. (1995)[39] đã nghiên cứu xử lý nước thải chế biến sửa chua, phomai trên hệ kị khí UASB – septic tank. Mô hình nghiên cứu được trình bày ở hình 2.3. Các thông số nghiên cứu bao gồm: Vật liệu lọc chiếm thể tích 2/5 bể; nước thải được tuần hoàn với tỉ lệ 2,5 lần; pH vào duy trì khoảng 6,5 - 7. Kết quả vận hành cho thấy: hệ thống hoạt động ở COD vào khoảng 10.000 mg/L cho hiệu quả xử lý COD đạt 90%. Nước vào Nước ra Bùn Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 47 3.4.2.3 Hệ Hybrid septictank – ABR Hình 3.7 Mô hình septic tank - ABR Áp dụng cho xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, cần giai đoạn thủy phân, tách cặn. Nguyên tắc hoạt động: Nước thải ban đầu được dẫn vào khoang tự hoại sau đó chảy đến khoang ABR gồm nhiều ngăn. Tại đây, bùn và nước thải được tiếp xúc đều. Trong những ngăn đầu do hàm lượng cơ chất và mật độ vi sinh cao nên các Hình 3.6 Mô hình UASB+septictank Nướ c Bơm tuần hoàn Nước ra Đồng hồ khí VÙNG ABR Vùng tự hoại Nước ra Nước vào Khí Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 48 chất hữu cơ sẽ bị phân hủy nhanh. Còn ở các ngăn cuối, mật độ vi sinh thấp, bùn lắng tốt, ngăn ngừa hiện tượng trào bùn. 3.4.2.3 Hệ hybrid acid hóa + UASB Ứng dụng cho xử lý nước thải khó phân hủy và hàm lượng hữu cơ cao. Điển hình là nước thải chế biến sửa, bơ, phomai. Do đặc tính nước thải chứa hàm lượng chất béo cao nên trong quá trình phân hủy kị khí dễ tạo thành acid làm pH giảm, dẫn đến hiệu suất khử COD kém. Kết quả nghiên cứu bởi K.V. Raijeshwari et al (2002)[54] trên nước thải chế biến phomai bằng hệ thống UASB, septic tank cho thấy hệ thống xử lý họat động ổn định với tải trọng lên đến 9- 15 kg COD/m3.ngđ, đạt hiệu quả khử COD khoảng 91-97%. Trong quá trình vận hành, sau acid hóa cần nâng pH lên trung tính để tăng hiệu quả khử COD, giảm lượng bùn nổi ảnh hưởng đến chất lượng nước thải sau xử lý. 3.4.3 Hệ Hybrid kị khí kết hợp sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính 3.4.3.1 Hệ Hybrid UASB + lọc sinh học Được nghiên cứu bởi Guiot and Van den Berg (1984)[45], sau đó tiếp tục phát triển bởi (Lo et.al. 1994, James 2000), công nghệ Hybrid USBF đang được triển khai mạnh với ưu điểm chính là chịu tải cao ngăn ngừa trường hợp bị sốc tải. Hình 3.8 Mô hình UASB + lọc sinh học Pre-treated influent UASB MODULE sedimentation compartment digested solids to drying beds primary treated effluent floating cover ATTACHED FILM MODULE biogas sludge recycle sludge bed Plastic net curtains Phủ kín khí Nước raBùn Nước vào tuần hoàn bùn Lắng Lọc sinh học Bùn Vật liệu lọc Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF Trang 49 Nước thải sau xử lý sơ bộ sẽ được đưa vào hệ thống hybrid USBF. Ưu điểm của hệ thống:  Không cần lớp bùn dày đặc hoặc bùn dạng hạt.  Ổn định, chịu sốc tải và độc tính cao.  Chất lượng nước ổn định, hàm lượng cặn lơ lửng thấp.  Chịu được tải trọng vận hành cao. Tận dụng những ưu điểm trên, nhiều nghiên cứu ứng dụng hệ USBF cho xử lý

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan van211.pdf
  • docmuc luc.doc