Các quá trình hóa lý trong xử lý nước thải - Quá trình hóa lý trong xử lý bùn

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 12/12/2011 ‹#› QUÁ TRÌNH HÓA LÝ TRONG XỬ LÝ BÙN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TPHCM KHOA MÔI TRƯỜNG – Lớp 09CMT GVHD: DƯƠNG HỮU HUY NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 1 STT Họ và tên MSSV 1 Lưu Thị Thanh Phượng 0922199 2 Đinh Thị Kim Ngân 0922161 3 Phạm Thị Liên 0922122 4 Đắc Thị Mai 0922143 5 Phạm Thị Vân 0922297 6 Thân Thị Minh Sương 0922217 7 Lê Hiếu Thùy Anh 0922003 Danh sách thành viên nhóm: Tài liệu tham khảo: + Physicochemical Treatment Technologies vol3, Chapter 17 Sludge Treatment. + Kĩ thuật xử lý chất thải công nghiệp-Nguyễn Văn Phước (Chủ biên), Dương Thị Thành, Nguyễn Thị Thanh Phượng + Multicriteria Assessment of Alternative Sludge Disposal Methods, Neeraj Kumar Gard + Bài giảng môn xử lý nước thải, Nguyễn Thị Hường Tóm tắt Phân loại bùn Hệ thống xử lý bùn Quá tình xử lý bùn: Điều hòa bùn (tiền xử lý) Tách nước Ổn định (sau xử lý) Loại bỏ sau cùng Nội dung chính BÙN BÙN SƠ CẤP BÙN THỨ CẤP Chất rắn lắng được, loại bỏ khỏi vùng lắng chính Chất rắn sinh học sinh ra từ quá trình xử lý nước bậc 2. PHÂN LOẠI BÙN HỆ THỐNG XỬ LÝ BÙN Tiền xử lý Tách nước Sau xử lý Loại bỏ sau cùng ĐIỀU HÒA BÙN (TIỀN XỬ LÝ) Mục đích: Làm thay đổi đặc tính bùn, để làm tăng hiệu suất cho các quá trình sau. Các hạt keo trong bùn được giữ ổn định do trở lực hoặc do lực đẩy tĩnh điện Bổ sung các chất hóa học hoặc các chất phân tán thích hợp Giảm trở lực hoặc lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt keo Các hạt va chạm và kết hợp thành các hạt lớn hơn Tạo điều kiện cho quá trình tách rắn lỏng SỰ ĐÔNG TỤ Quá trình kết tụ các hạt phân tán, làm thay đổi/phá vỡ tính chất của hệ keo trong bùn. Các chất đông tụ (thường là muối sắt hoặc muối nhôm) thủy phân trong nước tạo thành các ion hydroxit phức tạp (Al(OH)2+,Al(OH)2+,Al(OH)4-, Fe(OH)2+,Fe(OH)2+, Fe(OH)4-, Fe2(OH)24+ ) Các ion tích điện dương có thể hấp thụ lên các hạt tích điện âm để trung hòa điện tích bề mặt, tạo thuận lợi để kết hợp các hạt. SỰ KEO TỤ Kết hợp các hạt lơ lửng khi bổ sung thêm các chất cao phân tử. Thúc đẩy quá trình tạo bông hydroxit nhôm và sắt Tăng vận tốc lắng của chúng. Chất keo tụ có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp + Chất keo tụ tự nhiên: tinh bột,cellulose… + Chất keo tụ vô cơ: SiO2 đã hoạt hóa (xSiO2.yH2O ). + Chất keo tụ hữu cơ tổng hợp: Anion polyelectrolytes, Cation Polyelectrolytes, Nonionic Polyelectrolyte Hấp phụ các chất mang điện tích trái dấu với các hạt keo, làm giảm điện thế bề mặt và làm mất ổn định hạt keo Cơ chế keo tụ Trung hòa điện tích Cầu nối Phân tử polymer kết dính với hạt keo, đồng thời tương tác với các phân tử keo tụ và các hạt keo kháctạo thành 1 cầu nối, để kết nối hai hạt, tạo thành các hạt lớn hơn. Hình ảnh phóng to của bùn kết bông, kích thước của chúng sẽ tăng từ gần 5µm của bùn gốc lên hơn 200µm sau sự kết bông Lựa chọn chất điều hòa Muối vô cơ Chất hữu cơ polyelectrolyte Hiệu quả đông tụ Fair Tốt Liều lượng Nhiều Ít Kích thước hạt Nhỏ Lớn Hệ số nén (tính nén được) Thấp Cao Độ bền hạt keo Yếu Mạnh Khả năng ăn mòn Cao Thấp Ph thể vẩn Giảm Không đổi Chi phí Thấp Cao Khối lượng bánh bùn Tăng Không đổi Tính phân hủy bùn Giảm Không đổi Giá trị nhiệt Giảm Không đổi Tính nhạy cảm t0,pH Nhạy cảm Ít nhạy cảm Phạm vi liều dùng Rộng Hẹp Khả năng mùi Giảm Không đổi Bảng 1: So sánh giữa quá trình đông tụ và keo tụ sử dụng muối vô cơ hoặc chất hữu cơ polyelectrolyte Lượng tối ưu chất điều hòa Hoạt động lọc nhanh hoặc khử nước  Bành bùn với độ ẩm dung tích thấp nhất. Thế zeta của bùn sinh học tại 1 nơi sản xuất thức ăn thực vật, quá trình keo tụ sử dụng cation polyelectrolyte TÁCH NƯỚC (DEWATERING PROCESSES) Là quá trình tách hỗn hợp rắn-lỏng Tách nước làm giảm khối lượng bùn sẽ làm giảm chi phí vận chuyển và xử lý phía sau. Cô đặc Cô đặc  Lắng trọng lực Thiết bị là các bể lắng làm việc theo nguyên tắc lắng trọng lực. Lắng ly tâm Bể lắng ly tâm là một loại biến dạng của bể lắng ngang, nước chuyển động từ tâm ra chung quanh theo phương gần như bể lắng ngang Tuyển nổi- Là quá trình làm đặc bùn do sục vào bùn một dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ. - Các hạt bùn không thấm ướt sẽ dính vào bọt và cùng với bọt nổi lên trên bề mặt chất lỏng và được hớt ra ngoài.- Để thay đổi tính thấm ướt của hạt và giữ cho các hạt nhỏ bền không dính vào với nhau thành bọt lớn làm giảm năng suất quá trình, người ta cho thêm tác nhân trợ nổi: Polyme.  Cô đặc  Loại bỏ hơi ẩm Là giai đoạn cần thiết cho tất cả các sơ đồ công nghệ xử lý bùn. Quá trình này tách được khoảng 60% ẩm và giảm khối lượng bùn 2,5 lần Để tách nước ra khỏi bùn, có thể dùng phương pháp cơ học hay không cơ học. Phương pháp không cơ học: sân phơi bùn Nguyên lý hoạt động: Bùn tách nước thông qua sự thoát nước dưới tác dụng của trọng lực và sự bốc hơi của không khí. Sơ đồ một sân phơi bùn nhân tạo Phương pháp không cơ học: sân phơi bùn Phương pháp cơ học: Máy lọc băng tải (bộ lọc truyền động nén): Những dây đai này có rất nhiều chỗ uốn cong để tăng diện tích tiếp xúc của thiết bị. Bùn sẽ được chuyển đến khu vực thoát nước trọng lực để loại 60-70% hơi nước (độ ẩm). Sau đó bùn sẽ được ép chặt giữa 2 dây đai tiếp tục loại bỏ lượng nước, sử dụng rollers với bán kính giảm dần để tăng việc cắt xén bùn. Là một thiết bị loại nước trên diện rộng, bao gồm vô số dây đai lọc và 1 hệ thống truyền động (dây đai) nén Máy lọc băng tải (bộ lọc truyền động nén): Máy lọc băng tải (bộ lọc truyền động nén):  Máy lọc khung bản Máy lọc khung bản Gồm những bản đặt thẳng đứng bao bọc bởi 1 lớp lọc trung gian được đặt cạnh nhau trong 1 khung. Phần còn lại của dòng lọc, bánh khử nước được thải ra từ các đơn vị và được mang đi bằng một hệ thống chuyên chở. Xen kẽ quá trình lọc là rửa lọc và tiếp theo là lọc, chu kì tiếp tục. Bùn có thể tách nước đạt đến 15-20% hàm lượng rắn đối với bùn hoạt tính, 20-35% đối với bùn thô và lên đến 35% cho bùn tự hoại. Lắp đặt màng ngăn cho phép bùn hoạt tính loại nước để đạt hàm lượng rắn trên 30%. Máy lọc khung bản  Máy lọc ly tâm: Máy lọc ly tâm: Máy ly tâm sử dụng lực ly tâm để làm tăng hàm lượng rắn trong bùn Bùn được đưa vào hệ thống ly tâm với chất keo tụ tạo bông. Phễu quay ly tâm, chuyển phần rắn ra ngoài thành phễu và hình thành bánh bùn. Bánh bùn được đẩy bằng băng tải tới phần hẹp ở cuối phễu, nơi mà việc loại nước có thể được tăng cường. Tốc độ quay, tỉ lệ bùn, tốc độ tải tương đối là những thông số điều kiện sơ cấp. Độ ẩm còn lại trong bánh khử nước dao động từ 8-10% đối với bùn hoạt tính, 25-35% đối với bùn sơ cấp và 15-30% cho bùn tự hủy. Máy ly tâm cao rắn có thể đạt một hàm lượng rắn cao trong bánh được khử nước. Máy lọc ly tâm: Quá trình ổn định (sau xử lý) Quá trình thủy phân Mục đích: sử dụng các tác nhân để làm giảm kích thước các phân tử, tạo tiền đề cho quá trình phân hủy tiếp theo để loại bỏ các tác nhân gây bệnh và khử mùi Các tác nhân tham gia thủy phân Quá trình thủy phân Quá trình phân hủy Ổn định vôi Phân hủy hiếu khí Phân hủy kỵ khí Ủ phân Ổn định vôi Cách thêm đủ vôi vào bùn để nâng cao độ pH 12 hoặc nhiều hơn để khử trùng vi sinh vật Vôi sẽ không phá hủy các chất hữu cơ trong bùn, và do đó cho quá lượng vôi cần thiết để ngăn ngừa, giảm độ pH trong suốt quá trình lưu trữ Ổn định vôi Phân hủy hiếu khí  Thông khí bùn trong một lưu vực mở, vi khuẩn nhanh chóng tiêu thụ chất hữu cơ và chuyển đổi nó thành carbon dioxide và nước: Organic matters + O2  cellular cells + CO2 + H2O Cells + O2  digesting sludge +CO2 + H2O Phân hủy hiếu khí  Phân hủy hiếu khí  Phân hủy hiếu khí  Trong quá trình phân hủy bùn hoạt tính, phản ứng sau cũng xảy ra: Do đó, độ pH và độ kiềm bùn đều được giảm khi quá trình nitrat hóa xảy ra Phân hủy kỵ khí  Phân hủy kỵ khí  Do quá trình yếm khí có tốc độ phản ứng thấp nên bể có thể tích lớn, và trong quá trình có thể dễ dàng bù đắp được năng lượng đã mất. Tuy nhiên, phân hủy kỵ khí là quá trình thiết thưc trong quản lý bùn, bên cạnh đó có thể sản xuất năng lượng từ những sản phẩm phụ của quá trình xử lý bùn. Mỗi kg vật chất hữu cơ bị phá hủy trong quá trình tiêu hóa có thể sản xuất ra 1m3 khí sinh học có chứa 60% khí mê tan Ủ phân. phân hủy, trong đó vật liệu hữu cơ rắn trải qua sự phân hủy sinh học để sản xuất ra một sản phẩm cuối cùng ổn định, với 20-30% các chất rắn dễ bay hơi chuyển đổi thành đổi CO2 + H2O Đòi hỏi nồng độ oxy cao để tránh việc tạo ra một môi trường kỵ khí. Ủ phân. Nhiệt độ Độ ẩm Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ kiềm hãm sự hoạt động của VSV nhiệt độ "lý tưởng" cho quá trình ủ phân từ 55 đến 65 º C trong ít nhất 3 ngày Sự thông khí và thành phần hữu cơ của bùn điều chỉnh nhiệt độ phân trộn - độ ẩm quá cao (> 70%) sẽ bịt kín khe rỗng và do đó ngăn ngừa khả năng thông khí độ ẩm quá thấp ( 50% Ủ phân Lọc bỏ sau cùng Tái sinh bùn hoạt tính Đốt bùn Chôn lắp Tái sinh bùn hoạt tính Sản xuất protit vitamin Sản xuất vitamin kĩ thuật B12 Sản xuất nấm, men Sản xuất protit: Sản xuất than hoạt tính Được thực hiện trong trường hợp bùn không thể tận dụng và không có điều kiện lưu trữ. Khi đốt, thể tích bùn giảm 80 – 100 lần Trước khi đốt cần phải giảm độ ẩm của bùn Bùn hoạt tính có nhiệt lượng khoảng 15- 90 MJ/1kg chất khô. Sản phẩm sau cùng là CO2, hơi nước, và các cấu tử khác. Trong quá trình đốt cần quan tâm đến tính độc hại của bùn Đốt bùn Gồm có 2 giai đoạn: + Đun nóng, sấy, đốt phần hữu cơ cháy được + Nung ủ để đốt carbon còn sót lại Bùn được đốt trong các lò tầng sôi, nhiều đáy, thùng quay, xiclon và phun bụi. Sản phẩm cuối cùng gồm: khí sạch thải vào khí quyển, nước bẩn được đưa đi tách cặn, bùn được dùng làm phân vô cơ hay vật liệu xây dựng. Quá trình đốt bùn Các thiết bị đốt bùn: Chôn lắp Khi chôn lấp bùn, cần giảm khối lượng của bùn càng nhiều càng tốt. Để thực hiện điều này, bùn cần được khử nước, làm khô, đốt. Khử nước tránh bổ sung 1 khối lượng lớn nước vào các bãi chôn lấp. Các bãi chôn lấp được thay thế các bãi truyền thống do chúng hợp vệ sinh hơn (các chất thải được lắng đọng, sau đó được nén chặt và phủ đất). Bãi truyền thống làm mất cảnh quan, tạo mùi, các loài gây hại và bệnh tật. Nếu các bãi chôn lấp không được quản lý đúng,nó có thể tạo ra các chất gây ô nhiễm, nước rác-vào nguồn nước ngầm, cũng như phát thải khí. Bãi chôn lấp hiện đại, rác thải được trải mỏng, các lớp bị nén chặt và được bao phủ bởi 1 lớp đất sạch. Giảm sự ô nhiễm nước mặt và nước ngầm bằng cách lớp lót, nén và trồng các lớp che phủ trên cùng,chuyển hướng thoát nước,và lựa chọn đất thích hợp ở khu vực không thuộc diện lũ lụt hoặc mức nước ngầm cao. Đất tốt nhất cho các bãi chôn lấp là đất sét vì đất sét ít thấm hơn so với các loại đất khác. Chôn lắp