TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG
QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
CHUYÊN ĐỀ
BỂ SBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 11 năm 2014
1
MỤC LỤC
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 3
MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG I. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỂ SBR ĐỐI TƯỢNG CỦA ĐỀ TÀI 5
CHƯƠNG 2. BỂ SBR (SEQUENCING BATCH REACTOR) TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 11
2.1. Giới thiệu 11
2.2 Phân loại bể SBR 12
2.2.1 Lưu lượng dòng trung gian 12
2.2.2 Lưu lượng dòng liên tục 13
2.3 Cấu tạo của bể 13
2.4Quy trình hoạt động của bể 17
2.5 Các thông số đầu vào – đầu ra 22
2.6 Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR 22
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA BỂ SBR 25
3.2 Hiệu quả xử lý của bể SBR 26
3.3 Hiện trạng sử dụng bể SBR 27
3.4 So sánh bể SBR với các bể khác 27
CHƯƠNG 4. HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ BỂ SBR 29
4.1. Tiêu chuẩn chính SBR 29
4.1.2 Chất lượng của bùn 31
4.1.3 Tạo bọt 31
4.2 Thiết kế bể SBR 32
- Thu thập tài liệu về quy trình xử lý sinh học hiếu khí.
- Thu thập thông tin về hiện trạng sử dụng bể SBR tại các nhà máy.
3.2. Phương pháp thực hiện
- Phương pháp thu thập thông tin.
3
- Phương pháp kế thừa.
MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố quan trọng cho sự tồn tại
và sức khỏe của nhân loại.Đồng thời nó có vai trò to lớn trong các hoạt động sinh hoạt,
sản xuất của cộng đồng. Hiện nay sự bùng nổ dân số và phát triển hoạt động sản xuất
thiếu sự quy hoạch và định hướng đúng đắn không theo nguyên tắc phát triển bền vững
làm cho tài nguyên thiên nhiên bị khai thác cạn kiệt, môi trường bị ô nhiễm trầm trọng.
Trong đó, sự ô nhiễm nguồn nước sạch có ảnh hưởng xấu và gây ra những hậu quả
nghiêm trọng đến đời sống, sức khỏe của con người.Một trong những nguyên nhân gây
nên tình trạng đó là nước thải đã không được xử lý, làm sạch trước khi đưa trở lại môi
trường. Vì vậy, xử lý nước thải đã trở thành vấn đề mang tính thời sự hết sức bức xúc
hiện nay, nó đặt ra nhiệm vụ cho những người làm việc trong lĩnh vực quản lý, hoạt động
môi trường và kỹ thuật phải có chương trình hành động và biện pháp thiết thực, kịp thời
khắc phục, giải quyết. Nằm trong định hướng phát triển đó, nhiều nhà máy và công trình
xử lý nước thải đã được cải tạo, xây dựng và đưa vào vận hành. Không nằm ngoài xu
hướng chung của việc ứng dụng kỹ thuật tự động hóa và các ngành sản xuất và đời sống
việc ứng dụng tự động hóa vào kỹ thuật môi trường cũng ngày càng được phổ biến rộng
rãi. Các công trình, nhà máy xử lý nước thải cũng cần được tự động hóa để nâng cao năng
suất làm việc, hạn chế sự ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người vận hành do đặc thù
môi trường làm việc. Nhận thấy trong quy trình xử lý của nhà máy, bể SBR (Sequencing
Batch Reactor) là một công trình xử lý sinh học thuộc loại bể hiểu khí mang tính hiện đại,
là công trình xử lý trung tâm của hệ thống xử lý nước thải của nhà máy. Việc tự động hóa
điều khiển bể SBR đặt ra bài toán thiết thực, có khả năng ứng dụng rộng rãi cho các công
4
trình xử lý nước thải sau này.
-6
mm.
• Các chất bẩn dạng tan có kích thước nhỏ hơn 10
-6
mm. Chúng có thể ở dạng phân
tử hoặc phân ly thành ion.
Nước thải sinh họat có mùi hôi thối khó chịu.Khi vận chuyển trong đường cống sau
khoảng 2-6 giờ thấy xuất hiện mùi hyđrô sunfua, nước có mầu sẫm.Nồng độ các chất bẩn
càng cao, nước thải càng có mầu và càng thấy đục.
b) Theo đặc điểm hóa học: nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơtừ nước
cấp như sắt, manhê, canxi, silic .v.v. và rất nhiều chất hữu cơ trong sinh hoạt.
Nước thải vừa xả ra thường có tính kiềm, nhưng dần trở nên có tính axit vì thối
rữa. Các chất hữu cơ trong nước thải có thể xuất xứ từ thực vật, động vật. Chất hữu
có có thể chia thành các chất chứa nitơ (urê, prôtêin, amin, axit amin … ) hoặc
không chứa nitơ (mỡ, xà phòng, hyđrocacbon, xenlulô). Trong nước thải, các chất
bẩn dạng vô cơ chiếm khoảng 42% có phân bố chủ yếu ở dạng tan, các chất bẩn
dạng hữu cơ chiếm 58%, có phân bố nhiều ở dạng keo và không tan.
c) Theo đặc điểm vi sinh vật: trong nước thải có chứa nhiều loại vi sinh vật như nấm
men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn, trong đó có loài vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn
… Những loài vi sinh vật này chủ yếu đặc trưng cho nước thải sinh hoạt và một số
nước thải sản xuất (lò mổ, nhà máy da, len )
1.1.4 Các thông số quan trọng của nước thải
a) Hàm lượng chất rắn: là chi tiêu cho phép đo gần đúng lượng bùn sẽ được khử trong
lắng sơ cấp. Hàm lượng chất rắn có trong nước thải được xác định là tổng chất rắn còn lại
sau khi bay hơi mẫu nước trên bếp cách thủy, rồi cho sấy khô ở 103
o
C.
b) Hàm lượng oxy hòa tan (Dissolved oxygen - DO): là chỉ tiểu quan trọng nhất, khi thải
các chất thải sử dụng oxy vào nguồn nước, các quá trình oxy hóa chúng sẽ làm giảm nồng
độ oxy hòa tan trong các nguồn nước, đe dọa sự sống các loài sinh vật sống trong nước.
trình xử lý sinh học.Các công trình cơ học thường được gọi là công trình xử lý bậc I.
b) Phương pháp hoá học và hoá lý
Phương pháp này chủ yếu được dùng để xử lý nước thải sản xuất hoặc xử lý cặn
bùn. Phương pháp hóa học: là phương pháp sử dụng các hóa chất cho vào nước thải, tạo
phản ứng hóa học giữa hóa chất cho vào với các chất bẩn trong nước thải. Kết quả tạo
thành các chất kết tủa hoặc chất tan nhưng không độc. Điển hình của phương pháp hóa
học là phương pháp trung hòa nước thải chứa kiềm hoặc axit, phương pháp keo tụ và
phương pháp oxy hóa-khử. Phương pháp hóa lý: các phương pháp thường dùng là keo tu,
hấp thu, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi, bay hơi, cô đặc, đốt cháy, ozon hóa …
c) Phương pháp sinh học (sinh hóa)
Phương pháp này sử dụng khả năng sống, hoạt động của những vi sinh vật để
phân hủy, oxy hóa các chất bẩn hữu cơ trong nước thải. Đây là phương pháp phổ biến và
kinh tế nhất hiện nay.Phương pháp này có thể được tiến hành trong điều kiện tự nhiên
hoặc trong điều kiện nhân tạo. Các công trình xử lý sinh học (trong điều kiện nhân tạo)
bao gồm: bể lọc sinh vật (biophin), bể làm thoáng sinh học (aeroten), bể lắng đợt II (trong
các công trình xử lý nước thải bể lắng trong giai đoạn xử lý cơ học là bể lắng đợt I, bể
lắng trong giai đoạn xử lý sinh học gọi là bể lắng đợt II)
Để quá trình xử lý nước thải được triệt để, hoàn thiện và tối ưu, người ta còn phải
sử dụng đến quá trình xử lý khác như khử trùng, xử lý cặn, hút bùn. Các công trình xử lý
của các quá trình này bao gồm: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể metanten … Các công trình
xử lý sinh học được gọi là công trình xử lý bậc II. Sau các công trình xử lý bậc II, nước
thải qua khử trùng và xả ra nguồn.Ngày nay ở những nước phát triển, để xử lý triệt để tức
là khử nốt các chất như nitrat, phôtphat, sunfat có trong nước thải gây ra hiện tượng phù
7
dưỡng, nở hoa trong nguồn nước người ta còn dùng công trình xử lý bậc III.
1.2.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải
Nguyên tắc và yêu cầu xử lý nước
Nguyên tắc và yêu cầu xử lý nước thải: Dây chuyền công nghệ xử lý là tổ hợp
công trình, trong đó nước thải được xử lý từng bước theo thứ tự tách các cặn lớn đến các
cặn nhỏ, những chất không hòa tan đến những chất keo và hòa tan, khâu cuối cùng là khử
Ngăn tiếp nhận
Song chắn rác
Bể điều hoà và
Máy bơm dâng
Trộn và
phản ứng keo tụ
Bể lắng thứ cấp
(bơm chìm và xả bùn)
Bể xử lý sinh học
theo mẻ SBR
Máng trộn
khử trùng
Bể tiếp xúc và trạm
bơm xả nước
Nguồn tiếp nhận
Xả rác
Xả sự cố
T/bị tách cát
Bơm xả bùn
Bùn trọng lực
T/bị làm khô
bùn
Xả bùn khô
10
CHƯƠNG 2. BỂ SBR (SEQUENCING BATCH REACTOR) TRONG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI
2.1. Giới thiệu
Hình 2.1.Bể SBR
Bể SBR hay còn gọi là bể bùn hoạt tính từng mẻ (Sequencing Batch Reactor) là bể
xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục.
SBR có thể hoạt động hoặc như một, năng lượng thấp cần nhiều lao động, các hệ thống
sản lượng bùn cao hoặc như một nhiều năng lượng, lao động thấp, bùn thấp hệ thống năng
suất cho về cơ bản nhà máy vật lý như nhau. Lao động, năng lượng và sản lượng bùn
cũng có thể được đánh đổi với chi phí đầu tư ban đầu. Các hoạt động linh hoạt cũng cho
phép các nhà thiết kế sử dụng SBR để đáp ứng nhiều mục tiêu khác nhau điều trị, trong
đó có một mục tiêu tại thời điểm xây dựng (ví dụ như BOD và chất rắn lơ lửng giảm) và
tại một thời gian sau đó (ví dụ như nitrat hóa / khử ngoài BOD và lơ lửng loại bỏ các chất
rắn).
2.2 Phân loại bể SBR
Có hai loại SBR: loại lưu lượng dòng trung gian hoặc bể xử lý mẻ thực (true batch
reactor) (hình 2.2) và loại lưu lượng dòng liên tục của bể (hình 2.3)
2.2.1 Lưu lượng dòng trung gian
Hình 2.2.Lưu lượng dòng trung gian SBR.
12
Tiêu biểu lưu lượng dòng trung gian hoặc “bể xử lý mẻ thực” (true batch reactor)
một khi nước thải được nạp vào bể ở một mức làm đầy bình thường, sau đó nước thải
được xử lý.Sau khi nạp thải vào bể tại mực nước thải làm đầy ở mức bình thường. Chỉ
nạp thêm nước thải vào bể khi tất cả các pha đã thực hiện xong và loại bỏ các chất rắn
lắng hiệu quả để cho phép xả thải vào mẻ nước thải khác của bể.
2.2.2 Lưu lượng dòng liên tục
Hình 2.3.Lưu lượng dòng liên tục của bể.
Trong lưu lượng dòng liên tục của SBR, nước thải đầu vào luôn chảy vào bể.
Trong bể có hai buồng (chambers) tách biệt bởi một vách ngăn (baffle). Buồng nhỏ hơn
nhận nước thải đầu vào và từ đây nước thải đầu vào chảy chậm vào buồng lớn hơn.
Buồng lớn hơn hoạt động như là một bể xử lý nước thải theo mẻ. Tuy nhiên bể xử lý theo
mẻ có duy nhất một số giới hạn các pha: pha phản ứng (React), pha lắng (Settle) và pha
gạn lỏng (Decant).
2.3 Cấu tạo của bể
Hệ thống SBR gồm 2 cụm bể: cụm bể Selector và cụm bể C – tech. Nước được vào bể
Selector trước sau đó mới đưa vào bể C – tech.
động. Bơm ngừng làm việc sau 15’ hoặc khi cảm biến đo lưu lượng bùn báo hết bùn trong
đường ống.
• Bộ điều khiển decanter
Nhiệm vụ: nhận tín hiệu điều khiển của van xả nước SBR và khoảng thời gian (do lập
trình ) để thu và tháo nước sau quá trình lắng của bể sinh học SBR.
Hình 2.5 Bộ điều khiển Decanter
• Decanter thu nước
- Nước sản xuất: Việt Nam
- Nhiệm vụ: thu nước sau khi xử lý ở bể SBR ra bể khử trùng.
15
Hình 2.6 Decanter thu nước
• Van thông khí
Nhiệm vụ: điều chỉnh đóng mở đường ống dẫn khí từ máy thổi khí vào bể SBR
• Máy khuấy
Máy khuấy làm việc theo thời gian, mức nước và nồng độ oxy trong bể. Sau 60’ kể từ khi
đổ nước vào bể, đồng thời mức nước ở trong bể đạt mức làm việc thì máy khuấy được
phép làm việc.
• Hệ thống sục khí
Hình 2.7 Hệ thống sục khí trong bể
• Máy thổi khí
16
- Nước sản xuất: Anlet (Nhật)
- Nhiệm vụ: cung cấp khí cho bể SBR, nhận tín hiệu điều khiển từ van thông khí và tín
hiệu thời gian (do lập trình).
Hình 2.8 Phòng máy thổi khí
2.4Quy trình hoạt động của bể
Một hệ thống SBR có thể được thiết kế như bao gồm một bể chứa lò phản ứng
một hoặc nhiều hoạt động song song. Mỗi chu kỳ hoạt động của bể SBR bao gồm năm
giai đoạn (pha) riêng biệt, được gọi là: làm đầy (Fill); phản ứng, thổi khí (React); lắng
(Settle); rút nước (Draw) và giai đoạn chờ (Idle). Hình 1 minh họa một hoạt động của bể
chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha này diễn ra quá
trình nitrat hóa, nitrit hóa và oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Loại bỏ
COD/BOD trong nước và xử lý các hợp chất Nitơ. Trong giai đoạn này
cần kiểm soát các thông số đầu vào như: DO, BOD, COD, N, P, cường
độ sục khí, nhiệt độ, pH…để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho
quá trình lắng sau này.
Quy trình của pha:
- Nước thải ngăn không cho vào bể SBR;
- Chế độ khuấy MỞ, máy thổi khí hoạt động GIÁN ĐOẠN dựa
trên chất lượng đầu ra;
- Loại bỏ BOD/COD, nitrit hóa/khử ni tơ.
19
• Pha lắng (Settle): pha này cho phép tách chất rắn sinh học từ nước thải được xử
lý. Trong pha này không cho nước thải vào bể SBR, không thực hiện thổi khí và
khuấy trong pha này nhằm mục đích lắng trong nước trong môi trường tĩnh hoàn
toàn. Đây cũng là thời gian diễn ra quá trình khử nitrơ trong bể với hiệu suất cao.
Thời gian diễn ra khoảng 2 giờ. Kết quả của quá trình này là tạo ra 2 lớp trong bể,
lớp nước tách pha ở trên và phần cặn lắng chính là lớp bùn ở dưới.
Quy trình của pha:
- Nước thải ngăn không cho vào bể SBR;
- Chế độ khuấy TẮT, máy thổi khí TẮT;
- Chất rắn lơ lửng được để lắng xuống.
• Pha rút nước (Draw - Decant): Nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước tháo ra
không bao gồm cặn lắng nhờ thiết bị Decantor. Thời gian dành riêng cho giai đoạn
rút nước có thể dao động từ 5% đến hơn 30% tổng thời gian chu kỳ. Thời gian rút
nước không nên quá mở rộng bởi vì các vấn đề có thể với bùn tăng. Một giờ là
khoảng thời gian thông thường cho phép cho giai đoạn này của hoạt động. Thời
gian dành riêng cho giai đoạn có thể dao động từ 5% đến hơn 30% tổng thời gian
chu kỳ. Thời gian rút nước không nên quá mở rộng bởi vì các vấn đề liên quan đến
bùn tăng. Một giờ là khoảng thời gian thông thường cho phép cho giai đoạn này
Bảng 1. Các thông số đầu vào
STT Các chỉ số phân tích Đơn vị tính Trị số đầu vào khu
xử lý nước thải
1 pH mmg/l 7.45
2 Tổng các chất rắn lơ lửng mmg/l 300
3 COD mmg/l 500
4 BOD
5
mmg/l 300
5 Tổng N mmg/lN 68
6 Tổng P mmg/lP 7,9
b) Các thông số đầu ra
Bảng 2. Phân tích nước thải sau khi xử lý qua bể SBR
STT Các chỉ số phân tích Đơn vị tính Kết quả
1 pH mmg/l 5.5 – 9
2 Tổng các chất rắn lơ lửng mmg/l <10
3 COD mmg/l < 5
4 BOD
5
mmg/l <5
5 Tổng N mmg/lN 5 - 8
6 Tổng P mmg/lP 1 - 2
Nhận xét:Quy trình thay đổi luân phiên trong bể SBR không làm mất khả năng khử BOD
trong khoảng 90 - 92%. Ví dụ, phân huỷ yếm khí, quá trình tiếp xúc yếm khí, lọc yếm khí,
lọc tiếp xúc, lọc sinh học nhỏ giọt, tiếp xúc sinh học dạng đĩa, bể bùn hoạt tính cổ truyền
và hồ sinh học hiếu khí chỉ có thể khử được BOD khoảng 50 - 80%. Vì vậy, việc thay đổi
luân phiên được theo sau giai đoạn khác như hệ thống truyền khí hay hệ thống oxy hoà
tan.
2.6 Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR
Các quá trình sinh học diễn ra trong pha phản ứng, thổi khí (React) bao gồm: quá
2
→(C
5
H
7
NO
2
)n + n(x-5)CO
2
+ n(y-4)/2 H
2
O
• Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phân hủy nội bào)
(C
5
H
7
NO
2
)n + 5nO
2
→ 5n CO
2
+ 2n H
2
O + nNH
3
Quá trình nitrat hóa xảy ra trong giai đoạn sục khí hay pha phản ứng: sự oxy hóa
amoni (NH
4
+ 2H
2
O)
2NO
-
2
+ O
2
→ 2NO
-
3
( vi khuẩn nitrobacter)
Tổng phản ứng oxy hóa amoni:
NH
+
4
+ 2O
2
→ NO
3
+ 2H
+
+ 2H
2
O
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nitrate hóa:
Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới quá trình Nitrat hóa bao gồm các yếu tố chính sau:
+ Nồng độ chất nền: Vi sinh vật oxy hóa hợp chất hữu cơ để tạo sinh khối tế bào cần
phải có chất dinh dưỡng là hợp chất nito để phát triển, khi nồng độ chất nến cao thì sẽ tiêu
tốn nhiều chất dinh dưỡng. Điều này làm tăng hiệu quả xử lý.
→ NO (khí) → N
2
O (khí) → N
2
(khí)
- Phản ứng khử Nitrat với chất hữu cơ là methanol
6 NO
3
- + 5 CH
3
OH → 3 N
2
+ 5CO
2
+ 7 H
2
O + 6 OH
-
- Khí CO
2
kết hợp với OH- thành HCO
3
-
tạo thành độ kiềm trả lại cho môi trường
sau khi cần độ kiềm trong quá trình Nitrat hóa.
- Sử dụng chất hữu cơ từ nguồn nước thải (C
18
H
19
O
- Giống các quá trình xử lý sinh học khác, khoảng pH tối ưu cho quá trình khử Nitrat nằm
trong khoảng từ 7 – 9, ngoài vùng pH tối ưu này pH tốc độ giảm mạnh.
- Tại pH » 10 và pH » 6 tốc độ khử Nitrat chỉ còn lại vài phần trăm so với vùng tối ưu.Vi
sinh khử Nitrat có khả năng thích nghi với môi trường pH thấp với nhịp độ chậm.
- Trong vùng pH thấp có khả năng suất hiện các khí có độc tính cao đối với vi sinh từ quá
trình khử Nitrat như N2O, NO. Chúng có khả năng đầu độc vi sinh vật với nồng độ thấp.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình khử Nitrat cũng
tương tự như đối với quá trình xử lý hiếu khí của vi sinh vật tự dưỡng: tốc độ tăng
gấp đôi khi tăng 100C trong khoảng nhiệt độ 10 – 250C. Quá trình Nitrat cũng
diễn ra trong khoảng nhiệt độ 50 – 600C, tốc độ khử Nitrat có thể cao hơn 50% so
với tại 350C.
• Ảnh hưởng của chất hữu cơ: Bản chất của chất hữu cơ cũng ảnh hưởng tới tốc độ
khử Nitrat: các chất hữu cơ tan, dễ sinh hủy tạo điều kiện tốt thúc đẩy quá trình
khử Nitrat.
• Ảnh hưởng của các yếu tố kìm hãm: Nitrit là yếu tốc kìm hãm tốc độ khử Nitrat tại
pH = 7 nồng độ N – NO2-> 14 mg/l bắt đầu ức chế quá trình vận chuyển chất của
vi sinh vật và làm dừng quá trình khi nồng độ đạt 350 mg/l.
24
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA BỂ SBR
3.1Ưu điểm và nhược điểm của bể
a) Ưu điểm
- Đặc điểm nổi trội ở bể SBR không cần tuần hoàn bùn hoạt tính. Hai quá trình phản ứng
và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, bùn hoạt tính không hao hụt ở giai đoạn phản
ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng để giữ nồng độ;
25
Copyright: Tài liệu đại học ©