Quá trình xử lí chất thải bằng phương pháp kị khí

I.Giới thiệu chung về quá trình kị khí: 1.1.Định nghĩa: khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy. 1.2.Phân biệt giữa kị khí và hiếu khí: -Quá trình kị khí sử dụng CO2 làm chất nhận điện tử không cần oxy -Quá trình kị khí sử dụng lượng bùn ít hơn 3-20 lần so với hiếu khí -Sản sinh khí có ích la Metan giúp giảm thiểu BOD trong bùn đã phân hủy -Nhu cầu năng lượng cho quá trình được giảm thiểu -Quá trình xử lí kị khí thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng -Bể phản ứng kị khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao -Hệ thống kị khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp và một số hợp chất thiên nhiên khó phân hủy như ligin *Một số nhược điểm của quá trình kị khí so với hiếu khí -Diễn ra chậm hơn hiếu khí -Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc -Khởi động cần nhiều thời gian -Đòi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao II.Mô tả quá trình: 2.1.Chu trình kị khí 2.1.1.Qúa trình: Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau đây: Chất hữu cơ lên men -----------> yếm khí CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas như sau: Methane (CH4) 55 ¸ 65% Carbon dioxide (CO2) 35 ¸ 45% Nitrogen (N2) 0 ¸ 3% Hydrogen (H2) 0 ¸ 1% Hydrogen Sulphide (H2S) 0 ¸ 1% 2.1.2.Chu trình trong tự nhiên: - Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình: 1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo. 2. Lên men các amino acid và đường. 3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols). 4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic). 5. Hình thành khí methane từ acid acetic. 6. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2. Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ: - Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo). Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm. - Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0. - Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới. - Methane hóa (methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới. Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn methane. 2.2.Một số vi sinh vật tham gia vào quá trình kị khí Nhóm vi sinh vật thủy phân chát hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo acid Clostridium spp Peptococcus anaerobus Bifidobacterium spp Desulphovibrio spp Corynebacterium spp Lactobacillus Actonomyces Escherichia coli Staphylococcus Vi khuẩn tạo Mêtan Hinh que Methanobacterium Methanobacilus Dạng hình cầu Methanococcus Methanosarcina III.Các yếu tố kiểm soát quá trình kị khí: Quá trình lên men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng nếu như chất thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa vi khuẩn đang hoạt động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 5 ¸ 10%, 90 ¸ 95% còn lại là nước. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Thông thường biên độ nhiệt sau đây được chú ý đến trong quá trình xử lý yếm khí: 25 ¸ 40oC: đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm. 50 ¸ 65oC: nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt. Nói chung khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40 ¸ 45oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kềm hãm hoàn toàn ở 65oC trở lên  Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ (Price and Cheremisinoff, 1981, trích dẫn bởi Chongrak, 1989) Ở các nước vùng ôn đới nhiệt độ môi trường thấp; do đó tốc độ sinh khí chậm và ở nhiệt độ dưới 10oC thể tích khí sản xuất được giảm mạnh. Để cải thiện tốc độ sinh khí người ta có thể dùng Biogas đun nóng nguyên liệu nạp, hoặc đun nước nóng để trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lòng hầm ủ. Ngoài ra người ta còn dùng các tấm nhựa trong để bao hầm ủ lại, nhiệt độ bên trong tấm nhựa trong sẽ cao hơn nhiệt độ môi trường từ 5 ¸ 10oC, hoặc thiết kế cho phần trên hầm ủ chứa nước và lượng nước này được đun nóng lên bằng bức xạ mặt trời, hoặc tạo lớp cách nhiệt với môi trường bằng cách phủ phân compost hoặc lá cây lên hầm ủ. Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity) pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 ¸ 7,6 tối ưu trong khoảng 7 ¸ 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH đó. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết các acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy định. Ngoài ra người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ. Alkalinity của hầm ủ nên được giữ ở khoảng 1.000 ¸ 5.000 mg/L để tạo khả năng đệm tốt cho nguyên liệu nạp. Ảnh hưởng của độ mặn Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. TTNLM đã tìm hiểu khả năng sinh Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho thấy vi khuẩn tham gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí không bị giảm đáng kể. Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm khí tại các vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều (Lê Hoàng Việt, 1988). Các chất dinh dưỡng Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt được tỉ số C/N từ 25/1 ¸ 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng đạm từ 25 ¸ 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá trình sinh khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định. Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau:        Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3/ngày hay VS/m3/ngày        Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRT Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane. Ảnh hưởng của các chất khóang trong nguyên liệu nạp Các chất khóang trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình sinh khí methane. Ví dụ ở nồng độ thấp Nikel làm tăng quá trình sinh khí. Các chất khóang này còn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng. Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự có mặt một nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của một nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác. Hiện tượng cộng hưởng và đối kháng của các cation đối với quá trình lên men yếm khí (EPA, 1979, trích dẫn bởi Chongrak, 1989)  Cations gây độc Cations cộng hưởng Cations đối kháng Ammonium - N Ca, Mg, K Na Ca Ammniu - N, Mg K, Na Mg Ammonium - N, Ca K, Na K K, Na Na Ammonium - N, Ca, Mg K Khuấy trộn Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh quá trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy hầm và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ. IV.Xử lí kị khí nứớc thải: 4.1. Bể tự hoại 4.1.1. Nguyên tắc: Dạng bể tự hoại truyền thống4.1.2.Một số bể tự hoại cải tiến: Dạng bể tự hoại kết hợp bãi lọc ngầmDạng bể tự hoại kết hợp hồ sinh vậtDạng bể tự hoại kết hợp lọc sinh học 4.2.UASB: 4.2.1.Nguyên tắc: 4.2.2.Môt số bể UASB cải tiến: 4.2.2.1. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát sự thích nghi và đặc tính của bùn hoạt tính trong quá trình nghiên cứu với môhình động tại phòng thí nghiệm - Nghiên cứu quá trình khử carbon (COD, BOD), quá trình trình loại bỏ nito và photpho .4.2.2.1 Phương pháp nghiên cứu 4.2.2.1.1.Mô hình nghiên cứu: Chú thích: Các chữ số chỉ kích thước (cm) (A) : Mương thu nước đầu vào; (B) :Ngăn thiếu khí; (C) : Ngăn hiếu khí; (D) : Ngăn USBF; (E) : Các thanh sụckhí; (G) : Ống thu bùn; I, II, III: Các điểm lấy mẫu ngăn thiếu khí, hiếukhí và sau quá trình xử lý; IV : vị trí tuần hoàn bùn Hình 1. Sơ đồ cấu tạo của mô hình Cấu tạo của mô hình (hình 1): Mô hình gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí (anoxic), ngăn hiếu khí (aerobic) và ngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF). Mương chảy tràn thu nước đầu vào nhằm hạn chế tác động của dòng vào đối với ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả xáo trộn giữa dòng nước thải đầu vào và bùn tuần hoàn. Mương chảy tràn và thu nước đầu ra, ống thu bùn, bộ phận sục khí… Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định lượng bơm nước thải đầu vào, 1 máy bơm bùn và 1 máy thổi khí. Nguyên tắc hoạt động của mô hình (Hình 2): Mô hình được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), quá trình nitrat hoá/khử nitrat và quá trình loại bỏ dinh dưỡng (N và P). Nước thải được loại bỏ rắn, sau đó, được bơm vào mương chảy tràn thu nước đầu vào cùng trộn lẫn với dòng tuần hoàn bùn. Hồn hợp nước thải và bùn hoạt tính chảy vào ngăn thiếu khí. Ngăn này có vai trò như là ngăn chọn lọc thiếu khí (Anoxic Selector) thực hiện hai cơ chế chọn lọc động học (Kinetic Selection) và chọn lọc trao đổi chất (Metabolism Selection) để làm tăng cường hoạt động của vi sinh vật tạo bông nhằm tăng cường hoạt tính của bông bùn và kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi gây vón bùn và nổi bọt. Quá trình loại bỏ C, khử nitrat và loại bỏ P diễn ra trong ngăn này. Sau đó, nước thải chảy qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưỡi đáy ngăn USBF. Ở đây ô xy được cung cấp nhờ các ống cung cấp khí qua một máy bơm. Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn USBF và di chuyển tử dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng. Đây chính là công đoạn thể hiện ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học của chính khối bùn hoạt tính. Phần nước trong đã được xử lý phía trên chảy tràn vào mương thu nước đầu ra. Một phần hỗn hợp nước thải và bùn trong ngăn này được tuần hoàn trở laị ngăn thiếu khí. TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 7 -2006 Trang 67 Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình 2.2.2. Theo dõi mô hình: Quá trình nghiên cứu trải qua 2 giai đoạn: Giai đoạn thích nghi và giai đoạn khảo sát chính. Giai đoạn khảo sát chính bao gồm: 1) Khảo sát hiệu quả xử lý (H) theo nồng độ bùn (X); 2) Khảo sát H theo nồng độ COD; 3) Khảo sát H theo thời gian lưu nước (HRT) và tải trọng (L); 4) Khảo sát H theo tuổi bùn (SRT). Giới thiệu Qui trình USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration) được cải tiến từ qui trình bùn hoạt tính cổ điển kết hợp với quá trình anoxic và vùng lắng bùn lơ lững trong một công trình xử lý sinh học Mô tả công nghệ Là một hệ thống kết hợp nên chiếm ít không gian và các thiết bị đi kèm. Qui trình USBF được thiết kế để: Khử chất hữu cơ dạng carbonate (BOD)  Khử BOD, nitrate hóa và khử nitrtate Khử BOD, nitrate hóa/ khử nitrtate và khử phốt pho Để khử carbonate, vùng anoxic được xem như vùng lựa chọn mà ở đó sự pha trộn dòng thải sẽ làm tăng khả năng lắng và  khống chế quá trình tăng trưởng vi sinh vật. Để nitrate hóa, khử nitrate và khử phospho, vùng anoxic có thể đảm đương được vai trò này Trong qui trình này, NH3-N bị oxy hóa thành nitrite và sau đó thành nitrate bởi vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter trong từng vùng sục khí riêng biệt. Nitrate được tuần hoàn trở lại vùng anoxic và được khử liên tục tối đa. Trong phản ứng này BOD đầu vào được xem như nguồn carbon hay nguồn năng lượng để khử nitrate thành những phân tử nitơ.  Sự khử phospho cơ học trong qui trình này tương tự trong chu trình phospho và cải tiến từ qui trình Bardenpho. Trong qui trình USBF, sự lên men của BOD hòa tan xảy ra trong vùng kỵ khí hay vùng anoxic. Sản phẩm của quá trình lên men cấu thành thành phần đặc biệt của vi sinh vật có khả năng lưu giữ phospho. Trong giai đoạn xử lý hiếu khí, phospho hòa tan được hấp thu bởi phospho lưu trữ trong vi sinh khuẩn (Acinetabacter) mà chúng đã sinh trưởng trong vùng anoxic. Phospho sau đồng hóa sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống như xác vi sinh hay bùn dư. Khối lượng và hàm lượng phospho loại bỏ phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ BOD/P trong nước thải đầu vào. Qui trình USBF có khả năng khử BOD5 đến dưới 5 mg/l, TSS dưới 10 mg/l mà không qua công đoạn lọc, Nitơ tổng cộng dưới 1.0 mg/l và phospho tổng cộng dưới 0.5 đến 2.0 mg/l. Quá trình đặc biệt khử phospho đến 0.2 - 0.5 mg/l có thể thực hiện được bằng cách thêm muối kim loại trong vùng hiếu khí ngay thời điểm dòng thải bắt đầu vào vùng lắng. Các loại muối có thể sử dụng như muối nhôm (Al2(SO4)3.14H2O), Aluminate natri (Na2O.Al2O3), Chlorua sắt (FeCl3), (FeCl2), Sulfate sắt (FeSO4.&H2O) hay Sulfate sắt 3 (Fe2(SO4)3). Khi phần lớn phospho trong qui trình USBF (> 80%) bị hấp thu bằng phương pháp sinh học, một hàm lượng muối kim loại keo tụ không đáng kể đưa vào hệ thống sẽ không phát sinh nhiều bùn thải. Ví dụ khử phospho bằng FeSO4 xảy ra theo hai phản ứng sau: Kết tủa phospho 3FeSO4 + 2PO4-3 ---------> Fe3 (PO4)2 + 3SO4-2 Khử kiềm và kết tủa Hydroxide Fe+++ + 3HCO-3 -----------> Fe(OH)3 Theo hai phản ứng trên, để loại bỏ 2 mg/l PO4-3, theo lý thuyết sẽ sinh ra 6 mg/l bùn. Tong thực tế 5 mg/l bùn được sinh ra khi khử 1 mg/l PO4-3. Đối với nước thải đầu vào có 240 mg/l BOD và tốc độ sinh trưởng bùn là 0.6 lbs TSS/lb BOD khử, và sử dụng FeSO4 để khử 2 mg/l PO4-3, Tổng lượng bùn sinh ra sẽ chiếm khoảng 7%. Qui trình USBF được thiết lập trên nguyên lý bể lắng dòng chảy lên có lớp bùn lơ lững (upflow sludge blanket clarifier). ngăn này có dạng hình thang, nước thải sau khi được xáo trộn đi từ dưới đáy bể lắng qua hệ thống vách ngăn thiết kế đặc biệt mà ở đó xảy ra quá trình tạo bông thủy lực. Bể lắng hình thang tạo ra tốc độ dâng dòng chảy ổn định trên toàn bề mặt từ đáy đến mặt trên bể lắng, điều này cho phép sự giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng. 4.3.Một số hầm kị khí: 4.3.1Các loại hầm ủ Người ta có thể chia các loại hầm ủ theo 3 cách vận hành chính Vận hành theo mẻ Trong cách vận hành này, hầm ủ được nạp đầy nguyên liệu trong một lần, cho thêm chất mồi và đậy kín lại và quá trình sinh khí sẽ diễn ra trong một thời gian dài cho tới khi nào lượng khí sinh ra giảm thấp tới một mức độ nào đó. Sau đó toàn bộ các chất thải của hầm ủ được lấy ra chỉ chừa lại 10 ¸ 20 % để làm chất mồi, nguyên liệu mới lại được nạp đầy cho hầm ủ và quá trình cứ tiếp tục. Theo kiểu vận hành này thì lượng khí sinh ra hàng ngày không ổn định, nó thường cao vào lúc mới nạp và giảm dần đến cuối chu kỳ. Vận hành bán liên tục Nguyên liệu được nạp vào cho hầm ủ 1 hoặc 2 lần/ngày và cùng một lượng chất thải của hầm ủ sẽ được lấy ra ngay các thời điểm đó. Kiểu vận hành này thích hợp khi ta có một lượng chất thải thường xuyên. Thể tích của hầm ủ phải đủ lớn để làm 2 nhiệm vụ: ủ phân và chứa gas. Theo kiểu vận hành nầy thì tổng thể tích gas sản xuất được trên một đơn vị trọng lượng chất hữu cơ thường cao. Vận hành liên tục Ở cách vận hành này việc nạp nguyên liệu và lấy chất thải của hầm ủ ra được tiến hành liên tục. Lượng nguyên liệu nạp được giữ ổn định bằng cách cho chảy tràn vào hầm ủ hoặc dùng bơm định lượng. Phương pháp này thường dùng để xử lý các loại nước thải có hàm lượng chất rắn thấp. Cũng nên nói thêm rằng nếu không có chất thải hầm ủ để làm chất mồi, thì phân gia súc cũng có thể sử dụng làm chất mồi (trong trường hợp nguyên liệu nạp không phải là phân người hay phân gia súc). Trong trường hợp này, hầm ủ sẽ hoạt động ổn định sau 20 ¸ 30 ngày kể từ lúc bắt đầu vận hành (phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích hầm ủ, nguyên liệu và lượng chất mồi). 4.3.2.Các mẫu hầm ủ Hầm ủ nắp vòm cố định (Trung Quốc) Loại hầm này có phần chứa khí được xây dựng ngay trên phần ủ phân. Do đó, thể tích của hầm ủ bằng tổng thể tích của 2 phần này. Hầm ủ có dạng bán cầu được chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ. Phần chứa khí được tô bằng nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí. Ở phần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp nầy giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm. Loại hầm ủ nầy rất phổ biến ở Trung Quốc, nhưng có nhược điểm là phần chứa khí rất khó xây dựng và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm ủ thấp. Gần đây các nhà khoa học của Đức và Thái Lan hợp tác trong việc phát triển hầm ủ Biogas ở Thái Lan đã dùng kỹ thuật CAD (Computer Aid Design) để tính toán lại kết cấu của hầm ủ nầy và cho ra đời mẫu hầm TG - BP (Thai German - Biogas Program). Loại hầm ủ nầy đã được Trung Tâm Năng Lượng Mới, Đại Học Cần Thơ thử nghiệm và phát triển có hiệu quả ở miền Nam Việt Nam trong việc xử lý phân người và gia súc. Hầm ủ nắp trôi nổi (Ấn Độ) Loại hầm nầy rất phổ biến ở Ấn Độ, còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC (được thiết kế bởi Khadi and Village Industries Commission). Gồm có một phần hầm hình trụ xây bằng gạch hoặûc bêtông lưới thép và một chuông chứa khí trôi nổi trên mặt của hầm ủ. Chuông chứa khí thường được làm bằng thép tấm, bêtông lưới thép, bêtông cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh. Loại hầm ủ nầy bị ảnh hưởng nhiều bởi các nhân tố môi trường như nhiệt độ. Nắp hầm ủ dễ bị ăn mòn (trong trường hợp làm bằng sắt tấm), hoặc bị lão hóa (trong trường hợp làm bằng chất dẻo). Một nhược điểm khác là áp suất gas thấp do đó bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu... để khắc phục nhược điểm nầy người ta thường treo thêm vật nặng vào nắp hầm ủ. Một số loại hầm ủ ở Việt Nam a) Hầm ủ CT1 Ở Việt Nam ngoài việc áp dụng các mẫu hầm ủ nắp vòm cố định, nắp trôi nổi, TTNLM còn thiết kế mẫu hầm ủ CT1. Loại hầm ủ nầy là biến dạng của hầm ủ nắp cố định, hầm ủ có dạng hình trụ tròn, có chuông chứa khí làm bằng xi măng lưới thép, các cấu kiện của hầm ủ được đúc sẳn do đó thời gian thi công rút ngắn xuống còn từ 2 ¸ 3 ngày. Loại hầm ủ nầy được phát triển trên 100 cái ở khu vực Cần Thơ và vài chục cái ở các tỉnh thuộc ĐBSCL, tuổi thọ của hầm ủ trên 10 năm. Hiện nay loại hầm ủ nầy không còn được ưa chuộng nữa do các cấu kiện đúc sẵn cồng kềnh gây khó khăn tốn kém trong quá trình vận chuyển, nguyên liệu nạp phải được thu gom và nạp bằng tay cho hầm ủ. Ngoài ra các Trung Tâm Khuyến Nông còn đang phát triển loại túi ủ bằng nylon. Loại nầy có ưu điểm là vốn đầu tư thấp phù hợp với mức thu nhập của bà con nông dân hiện nay. Tuổi thọ của túi ủ tùy thuộc vào thời gian lão hóa của nguyên liệu làm túi. Nhược điểm của loại túi ủ là rất dễ hư hỏng do sự phá hoại của chuột, gia súc, gia cầm. b) Hầm ủ có chuông chứa khí riêng biệt Loại hầm ủ nầy có thể giống như bất kỳ một kiểu nào đã nêu ở trên chỉ khác là có chuông chứa khí nằm riêng, chuông chứa khí nầy có thể dùng chung cho một vài hầm ủ. Ưu điểm chính của loại hầm ủ nầy là khả năng cung cấp gas ổn định (ngay cả trường hợp ủ theo mẻ) với một áp suất ổn định. Tuy nhiên loại hầm ủ nầy không được phổ biến ở các nước đang phát triển. Các loại hầm ủ có cung cấp giá bám cho vi khuẩn hoạt động a) Cột lọc yếm khí (Young and Mc. Carty, 1969) Đây là một cột hình trụ chứa đá, sỏi, hoặc một số loại hạt nhựa nhằm cung cấp giá bám cho các vi sinh vật. Các loại nguyên liệu này có tổng diện tích bề mặt càng rộng càng thích hợp cho việc bám và tạo một lớp màng vi sinh vật để phân hủy chất thải. Loại cột lọc yếm khí nầy chỉ dùng để xử lý các chất thải hòa tan hoặc nước thải có hàm lượng vật chất rắn thấp, vì các chất rắn dễ gây hiện tượng nghẹt cột lọc. b) Hầm ủ loại UASB LKại hầm ủ nầy được thiết kế bởi Lettinga và các cộng sự viên vào 1983 ở Netherlands. Loại hầm ủ nầy thích hợp cho việc xử lý các chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao và thành phần vật chất rắn thấp. Hầm ủ gồm 3 phần chính: (a) phần bùn đặc ở dưới đáy hầm ủ, (b) một lớp thảm bùn ở giửa hầm, (c) dung dịch lỏng ở phía trên. Nước thải được nạp vào hầm ủ từ đáy hầm, nó đi xuyên qua lớp thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài. Các chất rắn trong nước thải được tách ra bởi thiết bị tách chất khí và chất rắn trong hầm. Các chất rắn sẽ lắng xuống lớp thảm bùn do đó nó có thời gian lưu trử trong hầm cao và hàm lượng chất rắn trong hầm tăng. Lúc hầm ủ mới bắt đầu hoạt động khả năng lắng của các chất rắn rất thấp nhưng khi nó đã được tích trữ nhiều và tạo thành các hạt bùn thì khả năng lắng tăng lên và sẽ góp phần giữ lại các VSV hoạt động. V.Một số bàn luận và ý kiến đề xuất: 5.1.Xử lí kị khí kết hợp hiếu khí hiệu quả hơn: HTXLNT của công ty Kirin Acecook có nhiệm vụ tiếp nhận và xử lý hai loại nước thải: nước thải nước giải khát và nước thải sinh hoạt Nhìn chung, hàm lượng hữu cơ BOD cao trong nước thải tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật, gây nên sự thiếu hụt oxy nghiêm trọng do cơ chất được vi khuẩn và các vi sinh vật tiêu thụ với tốc độ rất nhanh Vì nước thải đầu vào của HTXLNT công ty nước giải khát Kirin Acecook là sự kết hợp của hai loại nước thải nước giải khát và nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ cao, phương pháp xử lý thích hợp là sinh học kỵ khí kết hợp sinh học hiếu khí Nước thải từ hệ thống thoát nước của nhà máy chảy đến Bể tiếp nhận (Ø 800mm) có lắp đặt Song chắn rác thô nhằm loại bỏ cặn thô tránh trường hợp nghẹt bơm. Và một đường ống Ø 90mm dẫn nước thải đậm đặc chảy đến bể chứa nước thải đậm đặc. Nước thải từ bể tiếp nhận bơm và bể chứa nước thải đậm đặc được bơm qua Máy tách rác mịn nhằm loại bỏ rác có kích thước lớn hơn 2 mm. Nước thải tiếp tục được đưa vào Bể điều hòa với hệ thống khuấy trộn chìm để điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, giúp làm giảm kích thước, tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau, tránh hiện tượng quá tải. Nước thải sau bể điều hòa sẽ được tiếp tục được bơm qua Bể điều chỉnh pH nhằm ổn định pH trước khi nước thải qua quá trình xử lý sinh học. Trong Bể sinh học kỵ khí (UASB) xảy ra quá trình phân huỷ các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải với sự tham gia của các vi sinh vật yếm khí. Vi sinh vật yếm khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải, phân huỷ và chuyển hoá chúng thành khí (khoảng 70 – 80% là metan, 20 – 30% là cacbonic). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn, nổi lên trên làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Hiệu quả khử BOD và COD có thể đạt 70 - 90%. Nước thải sau bể kị khí tiếp tục tự chảy sang Bể sinh học hiếu khí (Aerotank). Trong bể sinh học hiếu khí, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học-quần thể vi sinh vật hiếu khí - có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước thải chảy liên tục vào bể sinh học trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính, cung cấp oxy cho vi sinh phân hủy chất hữu cơ. Dưới điều kiện như thế, vi sinh sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn. Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải chảy đến Bể lắng 2 có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải. Bùn sau khi lắng có hàm lượng SS = 8.000-12.000 mg/L, một phần sẽ tuần hoàn trở lại bể sinh học (25-75% lưu lượng) để giữ ổn định mật độ cao vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, đồng thời ổn định nồng độ MLSS. Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa nhiều vi khuẩn. Vì vậy, trước khi xả ra môi trường, nước thải được đưa đến Bể khử trùng, một lượng hóa chất natri hypochlorite (NaOCl) được châm vào để tiêu hủy vi khuẩn trong dòng nước ra. Nước thải sau khi khử trùng đảm bảo đạt tiêu chuẩn đầu ra TCVN 5945-2005 loại A. Bùn từ bể kỵ khí và bể lắng 2 sẽ được bơm đến Bể nén bùn và tiếp tục được đưa vào máy ép bùn để xử lý. Bùn sau khi ép có thể vận chuyển đi xử lý như chất thải rắn. 5.2.Xử lí kị khí dùng sơ dừa: Dùng xơ dừa để xử lý nước thải Các vật liệu dùng làm giá thể cho sinh vật bám trong quy trình xử lý nước thải sinh học thường có ít nhất một trong 4 điểm yếu sau: đắt tiền, trọng lượng lớn, chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy. Xơ dừa là một vật liệu có thể tránh được những bất lợi đó. Theo Thạc sĩ Nguyễn Ngọc Bích (Viện Nghiên cứu cao su VN), một trong những biện pháp nâng cao hiệu suất xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là nâng cao mật độ vi sinh vật trong hệ thống. Khi xử lý nước thải bằng quá trình sinh trưởng lơ lửng (không có giá thể cho sinh vật bám), thì nước thải qua xử lý đi ra ngoài, đã mang theo một lượng đáng kể vi sinh vật. Phương pháp xử lý theo kiểu sinh trưởng kết bám (có giá thể) khắc phục được điều này. Trước đây, những vật liệu được sử dụng làm giá thể thường là các vật liệu trơ như cát sỏi, gốm, xỉ quặng, hoặc chất dẻo. Tuy nhiên, các vật liệu trên thường là đắt tiền (với chất dẻo, đầu tư 75-200 USD cho mỗi mét khối thể tích bể xử lý), trọng lượng lớn, chiếm chỗ và dễ gây tắc nghẽn dòng chảy của nước thải qua bể xử lý. Nhằm tìm kiếm một loại vật liệu làm giá thể có thể khắc phục được các điểm yếu nêu trên, xơ dừa đã bắt đầu được nghiên cứu từ năm 1996. Các miếng đệm xơ dừa phủ cao su dưới dạng các khối chữ nhật kích thước nhỏ được lắp đặt đều bên trong một bể xử lý kỵ khí. Với nước thải chế biến cao su, mô hình trên có hiệu suất xử lý chất hữu cơ khoảng 90%. Từ những ứng dụng ban đầu của công nghệ trên, thạc sĩ Bích đã nghiên cứu thành công ứng dụng xơ dừa thô trong xử lý nước thải dưới dạng đơn giản hơn. Các sợi xơ dừa được kết thành chuỗi tiết diện tròn, và không phủ cao su, đường kính 20cm và dài 200cm. Sau đó, các chuỗi này được buộc song song với nhau trên một khung hình khối chữ nhật. Nước thải từ một xưởng chế biến cao su được cho qua bể phân hủy kỵ khí có xơ dừa thô làm giá thể, thời gian lưu nước là hai ngày. Kết quả, 90% COD và BOD bị loại ra khỏi nước thải. Mô hình này đã được vận hành thử nghiệm thường xuyên từ tháng 9/1999 đến năm 2001. Qua kiểm nghiệm chất lượng nước thải trên 22 mẫu nước thải, hiệu suất xử lý đối với chất ô nhiễm hữu cơ vẫn ổn định, đạt khoảng 90% đối với cả COD và BOD, hiện tượng cuốn trôi vi sinh vật ra khỏi bể xử lý không đáng kể, thuận lợi cho những quá trình xử lý kế tiếp. Sau hơn một năm vận hành, bể kỵ khí dùng xơ dừa không có hiện tượng tắc nghẽn dòng chảy nước thải. Vì thành phần chủ yếu của xơ dừa là cellulose (khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy. Theo ước tính của các nhà nghiên cứu, tuổi thọ của xơ dừa trong bể kỵ khí là khoảng 5 năm. Từ kết quả trên, thạc sĩ Bích đã khẳng định khả năng và hiệu quả sử dụng xơ dừa thô trong bể xử lý kỵ khí để xử lý nước thải ngành chế biến cao su. Ngoài ra, có thể áp dụng công nghệ trên trong việc xử lý các loại nước thải có chứa chất ô nhiễm hữu cơ cao. Xơ dừa là một vật liệu rẻ tiền và sẵn có ở nhiều vùng trong nước ta, nên đây có thể được coi như một hướng phát triển các công nghệ xử lý nước thải đơn giản và rẻ tiền TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. 2. . www.greentechvietnam.com 1 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 7 -2006 Trang 67 17.Sách “vi sinh môi trường”-ĐỖ HỒNG LAN CHI &LÂM MINH TRIẾT-NXB ĐHQG TP HCM MỤC LỤC