Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA MƠI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN
CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ – Q TRÌNH
SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG XỬ LÝ BÙN.

Type the abstract of the document here. The abstract is
typically a short summary of the contents of the document. Type the
abstract of the document here. The abstract is typically a short summary of
the contents of the document.]

GVHD: GS.TS LÂM MINH TRIẾT
LỚP: CH CNMT K2011

-1-

TP.HCM, 11/2011


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

MỤC LỤC
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÙN VÀ CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ. ................................ - 4 I. Nguồn gốc, thành phần tính chất của bùn .................................................................. - 4 I.1. Nguồn gốc phát sinh bùn ........................................................................................ - 4 I.2. Thành phần và tính chất của cặn bùn ..................................................................... - 4 II.
Các phương pháp xử lý bùn................................................................................ - 5 II.1.
Mục đích xử lý bùn .......................................................................................... - 5 II.2. Các quá trình xử lý bùn ....................................................................................... - 6 III. Các cơng trình xử lý bùn tiêu biểu: ........................................................................ - 7 III.1.
Làm đặc (nén bùn): ............................................................................................. - 7 III.1.1.

Bể nén bùn li tâm: ........................................................................................... - 8 III.1.2.
Bể nén bùn bằng tuyển nổi.............................................................................. - 9 III.2.
Tách nước ......................................................................................................... - 10 III.2.1.
Sân phơi bùn (drying bed) ............................................................................ - 11 III.2.2.
Máy ép bùn dây đai (belt press) .................................................................... - 12 III.2.3.
Máy lọc cặn chân không ............................................................................... - 14 III.2.4.
Máy lọc cặn ly tâm: (centrifuge filter) .......................................................... - 16 III.3.
Chuyển hóa: ...................................................................................................... - 17 III.3.1.
Bể tự hoại: (septic tank) ............................................................................ - 17 III.3.2.
Bể lắng 2 vỏ: (two compartment Imhoff tank) ....................................... - 18 III.3.3.
Bể metan ...................................................................................................... - 21 PHẦN II: QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG XỬ LÝ BÙN .............................. - 22 I. Tổng quan về xử lý sinh học kỵ khí ......................................................................... - 22 II.
Các giai đoạn phân hủy kỵ khí ............................................................................. - 22 II.1. Quá trình thủy phân: ............................................................................................. - 22 II.2. Q trình acid hóa: ............................................................................................... - 23 II.3. Q trình acetat hóa: ............................................................................................ - 23 II.4. Q trình methane hóa: ........................................................................................ - 24 III. Các sản phẩm trong bể kỵ khí .............................................................................. - 25 III.1.
Khí: ................................................................................................................... - 25 III.2.
Lớp bọt váng: .................................................................................................... - 25 III.3.
Lớp nước mặt: .................................................................................................. - 26 III.4.
Bùn ổn định: ..................................................................................................... - 27 IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí .......................................... - 27 IV.1.
Điều kiện kỵ khí: .............................................................................................. - 28 IV.2.
Nhiệt độ: ........................................................................................................... - 28 IV.3.
pH: .................................................................................................................... - 30 IV.4.
Chất dinh dưỡng: .............................................................................................. - 32 IV.5.
Các chất độc: .................................................................................................... - 32 PHẦN III: BỂ METHANE ................................................................................................. - 35 I. Phân loại ................................................................................................................. - 35 I.1. Theo giai đoạn xử lý: ........................................................................................ - 35 I.2. Theo tốc độ xử lý: .............................................................................................. - 35 I.3. Theo hình dáng: ................................................................................................. - 37 I.4. Theo nắp thu khí ................................................................................................ - 39 -

-2-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

II.
II.1.
II.2.

II.3.
II.4.
II.5.
III.

Cấu tạo bể methane ........................................................................................... - 40 Thân bể: ................................................................................................................ - 41 Nắp bể .................................................................................................................. - 41 Thiết bị hâm nóng ................................................................................................ - 42 Thiết bị khuấy trộn: .............................................................................................. - 44 Đường ống:........................................................................................................... - 45 Nguyên lý hoạt động: ........................................................................................ - 46 -

-3-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÙN VÀ CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ.
I. Nguồn gốc, thành phần tính chất của bùn
I.1. Nguồn gốc phát sinh bùn
Các quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp đều dẫn đến
việc tách các chất gây ơ nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ hơn (bùn).
Các quá trình thường được áp dụng là tách pha rắn ra khỏi nước thải bằng lắng,
gạn, tuyển nổi, lọc.
Dùng các q trình hóa học để tách các chất gây ô nhiễm ở dạng keo tụ, tạo
bông, kết tủa. Dùng các quá trình sinh học để phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm
Như vậy sau quá trình xử lý và làm sạch nước thải, nước sạch được tái sử
dụng lại còn bùn tạo thành sẽ được thải đi.
Việc xử lý và thải bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm
cao và bùn rất khó lọc. Giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25 - 50% tổng giá
thành quản lý chất thải.

Hình 1: Sơ đồ khái quát nguồn gốc phát sinh bùn.
I.2. Thành phần và tính chất của cặn bùn
Rác được giữ lại ở song chắn rác, lưới chắn rác có kích thước lớn hơn 10 mm,

được nghiền nhỏ có độ ẩm ban đầu của rác P1 = 80% đến độ ẩm sau khi nghiền P2 =
94 – 95 %.

-4-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Sau bể lắng 1: Là lượng cặn lơ lửng được giữ lại trong bể lắng 1. Độ ẩm của
cặn sau lắng là 97,5% sau đó chúng nén dần trong hố tập trung đến độ ẩm 92-95%.
Do đây là thành phần khơng hồ tan có sẵn trong nước thải nên chúng được gọi là cặn
sơ cấp (cặn tươi). Trong cặn này có 65-70% là thành phần hữu cơ, nhiều vi sinh vật cả
vi sinh vật gây bệnh.
Sau xử lý sinh học: gồm bùn hoạt tính dư sau bể aeroten hoặc bùn màng sinh
vật sau bể lọc sinh học được gọi chung là bùn thứ cấp. Đặc điểm: có độ ẩm cao từ
99,4 - 99,7%, kích thước tương đối đồng nhất, thành phần hữu cơ chiếm 70-75%, có
chứa nhiều trứng giun sán, vi khuẩn gây bệnh.
Nồng độ, mg/L
Khoảng dao
Giá trị đặc
động
trưng
5.000 - 100.000
40.000
4.000 - 100.000
15.000
1.200 - 14.000
2.000
2.000 - 30.000
6.000

5.000 - 80.000
30.000
100 - 1.000
700
100 - 800
400
50 - 800
250
100 - 1.000
300

Các chỉ tiêu
Chất rắn tổng cộng
Chất rắn lơ lửng
Chất rắn lơ lửng bay hơi
BOD5
COD
Tổng Nito
N-NH3
Tổng Photpho
Kim loại nặng (Fe, Zn, Al)

Bảng 1: Đặc tính của bùn tự hoại trong nước thải sinh hoạt.
II. Các phương pháp xử lý bùn
II.1.
Mục đích xử lý bùn

Giảm khối lượng hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách nước có trong
hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước cơng trình xử lý và giảm thể tích
cặn phải vận chuyển tới nơi tiếp nhận.


Phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các
chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ dễ dàng tách nước và không
gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận.

Bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương
pháp thủy lực: chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống, chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ
nổi lên trên. Các chất vô cơ sẽ tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng,
các chất hữu cơ được xử lý bằng phương pháp sinh học tận dụng cho
việc làm phân bón.

-5-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

II.2.

Các q trình xử lý bùn

Trong cơng nghệ xử lý và thải bùn có các q trình cơ bản sau:







Điều hịa
Làm đặc

Tách nước
Chuyển hóa
Vận chuyển
Thải bùn
Bùn

Thay đổi cấu trúc
bùn và liên kết ẩm

Làm đặc

Chuyển hóa

Tách nước

Sấy

Vận chuyển

Thải ra ngồi

Thải bùn

Hình 2: Sơ đồ quy trình xử lý bùn.
Cặn tươi từ bể lắng đợt 1 được dẫn đến bể metan để xử lý.
Một phần bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng) từ bể lắng đợt 2 được dẫn trở lại
bể aeroten để tiếp tục xử lý, phần cịn lại (bùn hoạt tính dư) được dẫn đến bể nén bùn
để làm giảm độ ẩm và thể tích, sau đó được dẫn đến bể metan để tiếp tục xử lý.
Đối với các trạm xử lý sử dụng bể biophin với q trình vi sinh vật dính bám,
bùn lắng từ bể lắng đợt 2 được gọi là màng vi sinh vật và được dẫn trực tiếp đến bể

metan.

-6-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Cặn ra khỏi bể thường có độ ẩm cao (96-97%). Để giảm thể tích cặn và làm ráo
nước có thể ứng dụng các cơng trình xử lý trong điều kiện tự nhiên (sân phơi bùn, hồ
chứa bùn) hoặc trong điều kiện nhân tạo (thiết bị lọc chân không, thiết bị lọc ép dây
đai, thiết bị li tâm cặn…). Độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55-75%.
Để tiếp tục giảm thể tích cặn có thể thực hiện sấy bằng nhiệt với nhiều dạng
khác nhau: thiết bị sấy dạng trống, dạng khí nén, băng tải… Sau khi sấy, độ ẩm còn
25 – 30% và cặn ở dạng hạt dễ dàng vận chuyển.
Đối với các trạm xử lý nước thải công suất nhỏ, việc xử lý cặn có thể tiến hành
đơn giản hơn: nén và sau đó làm ráo nước ở sân phơi cặn trên nền cát.
III. Các cơng trình xử lý bùn tiêu biểu:
III.1.
Làm đặc (nén bùn):
Mục đích:

Giảm sơ bộ độ ẩm của bùn hoạt tính dư từ bể lắng 2 bằng cách lắng
(nén) cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94 – 96%), tạo điều kiện thuận lợi cho
các quá trình xử lý bùn ở phía sau, giảm chi phí các khâu xử lý bùn tiếp theo.
Phương pháp:

Phương pháp nén bùn bằng trọng lực: bể nén bùn trọng lực (gồm bể nén
bùn li tâm và bể nén bùn kiểu lắng đứng)

Phương pháp nén bùn bằng tuyển nổi khí hịa tan: bể nén bùn tuyển nổi.


Phương pháp nén bùn bằng máy li tâm: máy nén bùn li tâm.

-7-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

III.1.1.

Bể nén bùn li tâm:

Hình 3: Bể nén bùn li tâm.
1-Ống dẫn hỗn hợp bùn nước vào; 2-Vách ngăn hướng dòng; 3-Bộ phận truyền
động; 4-Máng răng cưa thu nước; 5-Hệ thống thanh gạt bùn; 6-Hố thu bùn; 7Ống xả bùn; 8-Máng vòng thu nước; 9-Hành lang cơng tác; 10-Ống dẫn nước
tách bùn
Cấu tạo:
Bể có cấu tạo giống như bể lắng li tâm. So với bể lắng li tâm thì bể nén bùn
trọng lực có cơng suất dàn gạt bùn lớn hơn, độ dốc đáy lớn hơn. Chiếu cao công tác
của bể thường từ 3.3m – 3.7m . Đường kính bể có thể đến 21 – 24m. Buồng phân phối

-8-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

trung tâm có đường kính bằng 20% đường kính bể và có chiều cao từ 1 – 1,25 m. Độ
dốc đáy bể từ 1:6 đến 1:4. Tải trọng thủy lực của bể nén bùn trọng lực từ 8 – 33
m3/m2.ngày.
Nguyên lý hoạt động:

Bùn loãng từ bể lắng đợt 2 (độ ẩm 99.4 – 99.7%) được đưa vào ống phân phối
bùn ở trung tâm bể. Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kết chặt lại. Trong bể
đặt máy gạt bùn để gạt bùn ở đáy bể về hố thu bùn. Sau khi nén, bùn sẽ được rút ra ở
đáy bể bằng bơm hút bùn để dẫn đến cơng trình xử lý tiếp theo (bùn đạt độ ẩm 96 –
97%). Lượng nước tách từ bùn trong quá trình nén được thu bằng máng răng cưa
vịng đặt ở phần trên của bể và từ đó được dẫn về bể điều hòa để tiếp tục xử lý một
lần nữa.
Trong quá trình vận hành phải giữ lại một lớp bùn ở đáy bể nén bùn để giúp
bùn kết chặt nhanh hơn. Chiều cao lớp bùn giữ lại trong bể có thể lấy từ 0.6m – 2.4m.
Thời gian lưu bùn từ 0.5 đến 2 ngày.
III.1.2.

Bể nén bùn bằng tuyển nổi

Cấu tạo:

Hình 4: Bể nén bùn tuyển nổi.
Nguyên lý họat động:
Tuyển nổi là quá trình làm đặc bùn do sục vào bùn một dịng khí phân tán ở
dạng bọt rất nhỏ. Các hạt bùn khơng thấm ướt sẽ dính vào bọt và cùng với bọt nổi lên

-9-


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

trên bề mặt chất lỏng và được hớt ra ngồi. 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 là polyme để đính các hạt bùn với bọt khí và
nổi cùng với bọt lên trên bề mặt. Để tạo bọt khơng khí có thể dùng phương pháp sục

khí, hút chân không, điện phân dung dịch, sinh học (do sự phát triển và hoạt động
sống của vi sinh vật khi đun nóng bùn tới 35 -550C).
Bể nén bùn tuyển nổi đang được áp dụng rất nhiều ở các nhà máy xử lý nước
thải vì có tải trọng cặn lên đến 1 m2 diện tích bể lớn hơn bể trọng lực, nồng độ cặn cô
đặc cao hơn bể trọng lực, giá thành xây dựng và quản lý rẻ hơn.
III.2.

Tách nước

Mục đích:

Làm giảm độ ẩm cặn từ bể metan (độ ẩm 96 – 97%) và cặn từ bể
tiếp xúc để đạt đến độ ẩm cần thiết (55 – 80%) để thuận lợi cho vận
chuyển và xử lý tiếp theo.

Tăng giá trị nhiên liệu của bùn.
Phương pháp:





Lọc chân không: máy lọc trống
Lọc ly tâm: máy li tâm bùn
Lọc ép: lọc qua lớp cát – sỏi – than; sân phơi bùn; máy ép băng tải
Sấy nhiệt: thiết bị sấy dạng trống, dạng khí nén, băng tải…

Lựa chọn phương pháp để làm ráo nước cặn phụ thuộc nhiều yếu tố: mặt bằng,
điều kiện đất đai, địa chất thủy văn, kinh tế xã hội…


- 10 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

III.2.1.

Sân phơi bùn (drying bed)

Hình 5: Sân phơi bùn.
1-Hào ngăn; 2-Đường ôtô; 3-Đường dốc xuống các ô; 4-Mương dẫn bùn; 5-Máng xả
bùn xuống các ô; 6-Tấm chắn bằng gỗ ở các ngăn xả bùn; 7-Ống rút nước tập trung;
8-Ống dẫn nước đưa về trạm xử lý; 9-Lớp thấm nước; G1 G2 G3 G4 – Các hố ga thu
nước tập trung.
Nhiệm vụ của sân phơi bùn là giảm độ ẩm của bùn (bao gồm cặn từ bể mêtan
và cặn từ bể tiếp xúc) xuống còn 75 – 80%.

- 11 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Sân phơi bùn là khu đất hình chữ nhật, được chia thành nhiều ơ, xung quanh có
bờ chắn. Kích thước mỗi ơ chứa bùn phụ thuộc vào cách bố trí đường xe vận chuyển
bùn ra khỏi sân phơi và độ xa khi xúc bùn từ ô phơi lên xe là thuận tiện nhất (nếu xúc
bằng xẻng), số ô làm việc đồng thời phụ thuộc vào lưu lượng bùn xả ra hàng ngày, độ
dày bùn cần làm khơ, thời gian của chu kì phơi.
Đáy và thành ô phơi bùn thường làm bằng bê tông cốt thép hay xây gạch đảm
bảo cách ly hoàn toàn dung dịch bùn với môi trường đất xung quanh. Đáy ô phơi bùn
được thiết kế với độ dốc 0.002 để thu nước bùn về phía các rãnh có đặt ống rút nước.

Trên đáy ô phơi bùn đổ lớp sỏi cỡ hạt: 8-10mm dày 200mm, trong lớp sỏi đặt
hệ thống ống khoan lỗ D80 – D100 mm hình xương cá để rút nước về hố thu.
Trên lớp sỏi là lớp cát lọc cỡ hạt 0,5 – 2 mm, dày 150 – 200 mm.
Làm khô bùn trên sân phơi theo 2 giai đoạn, giai đoạn 1 lọc hết nước qua lớp
cát, giai đoạn 2 làm khô bằng bốc hơi nước tự nhiên trên bề mặt rộng. Cặn đã xử lý ổn
định có chu kì phơi khô ngắn hơn cặn chưa xử lý ổn định.
Sân phơi bùn có thể có mái che hoặc khơng có mái che. Nếu khơng có mái che
thì về mùa mưa sân phơi bùn không làm việc được.
Chu kỳ xả bùn vào sân phơi bùn dao động từ 20 – 30 ngày.
Để đạt nồng độ cặn 25% (độ ẩm 75%):




Chiều dày bùn 8 cm, thời gian phơi 3 tuần
Chiều dày bùn 10 cm, thời gian phơi 4 tuần.
Chiều dày bùn 12 cm, thời gian phơi bùn 6 tuần.

Sân phơi bùn thường áp dụng ở những nơi có đất rộng, cách xa khu dân cư,
mực nước ngầm thấp dưới mặt đất ít nhất 1.5m, có sẵn lao động thủ cơng để xúc bùn
khô từ sân phơi bùn lên xe tải.
III.2.2.

Máy ép bùn dây đai (belt press)

Đây là phương pháp làm khô cặn trong điều kiện có những hạn chế về diện tích
đất và khoảng cách ly vệ sinh môi trường đối với các khu vực xung quanh (khi giải
pháp sân phơi bùn khơng khả thi). Nhiệm vụ của q trình là làm khô cặn từ bể metan
(độ ẩm 96 – 97%) xuống độ ẩm 75 – 85%.


- 12 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Hình 6: Máy ép bùn dây đai.
Thiết bị lọc ép bùn dây đai là một loại thiết bị dùng để khử nước ra khỏi bùn
vận hành dưới chế độ cho bùn liên tục vào thiết bị.
Máy ép bùn băng tải có trên thị trường có chiều rộng băng từ 0.5 – 3.5 m, phổ
biến là máy có băng rộng 1.0 m, 1.2 m, 1.5 m và 2.0 m. Tải trọng cặn trên 1m rộng
của băng tải dao động từ 90 – 680 kg/m.h phụ thuộc vào loại bùn và nồng độ bùn.
Máy làm khô cặn bằng lọc ép trên băng tải được dùng phổ biến hiện nay vì
quản lý đơn giản, ít tốn điện, hiệu suất làm khô chấp nhận được. Máy lọc ép băng tải
nên đặt nơi rộng, thống gió, đề phịng nồng độ H2S quá mức cho phép.
Nguyên lý họat động:
Quá trình tách nước ra khỏi bùn bằng thiết bị lọc ép dây đai gồm có các cơng
đoạn sau:




Ổn định bùn bằng hóa chất
Tách nước dưới tác dụng của trọng lực
Tách nước dưới tác dụng của lực ép dây đai nhờ truyền động cơ khí.

Bùn sau khi đã được ổn định bằng hóa chất, đầu tiên được đưa vào vùng thoát
nước trọng lực, ở đây bùn sẽ được nén và phần lớn nước được tách khỏi bùn nhờ
trọng lực. Có thể sử dụng thiết bị hút chân không trong vùng này để nâng cao khả
năng thốt nước và giảm mùi hơi. Sau vùng thoát nước trọng lực là vùng nén ép áp
lực thấp. Trong vùng này, bùn được nén ép giữa hai dây đai chuyển động trên các con

lăn. Dây đai phía dưới làm bằng vải thưa hay lưới sợi mịn xốp. Khi bùn chuyển động
trên dây đai và các con lăn, nước trong bùn sẽ thoát ra đi xuyên qua dây đai xuống

- 13 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

phía dưới vào ngăn chứa nước bùn bên dưới. Cuối cùng bùn sẽ đi theo các hướng zic
zắc và chịu lực cắt khi đi xuyên qua một chuỗi các con lăn. Dưới tác dụng của lực cắt
và lực ép, nước tiếp tục được tách ra khỏi bùn. Bùn ở dạng bánh được tạo ra sau khi
qua thiết bị ép bùn kiểu lọc dây đai.
Hiệu suất làm khô cặn phụ thuộc vào nhiều thông số như: đặc tính của cặn, cặn
có trộn với hóa chất keo tụ hay không, độ rỗng của băng lọc, tốc độ di chuyển và lực
nén của băng tải. Nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy lọc băng tải đạt được 15 –
25%.
Nồng độ bùn ban
đầu (%)

Nồng độ bùn sau khi
ép (%)

Cặn lên men từ bể lắng đợt 1

3-7

28 - 44

Cặn tươi từ bể lắng đợt 1 và bùn hoạt tính dư


3-6

20 - 35

Cặn tươi từ bể lắng đợt 1 và bùn từ bể lọc sinh
học

3-6

20 - 35

Bùn hoạt tính dư

1-4

12 - 20

Bùn từ bể lăng đợt 1 đã được phân hủy kỵ khí

3-7

25 - 35

Bùn từ bể lăng đợt 1 và bùn hoạt tính dư đã
được phân hủy kỵ khí

3-6

20 - 25


Bùn hoạt tính dư đã được phân hủy kỵ khí

3-4

12 - 20

Bùn từ bể lắng đợt 1 và bùn hoạt tính dư đã
được phân hủy hiếu khí

1-3
4-8

12 -20
12 - 30

Loại bùn

Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật khử nước của thiết bị ép bùn kiểu lọc dây đai.
III.2.3.

Máy lọc cặn chân không

Là một trong các giải pháp làm khô cặn thay thế cho sân phơi bùn trong điều
kiện hạn chế về diện tích đất. Nhiệm vụ của q trình là giảm độ ẩm của cặn từ bể
metan xuống độ ẩm 75 – 80%.
Cấu tạo:

- 14 -



Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Hình 7: Máy lọc cặn chân khơng.
Thiết bị lọc chân khơng gồm trống lọc hình trụ nằm ngang, vành ngồi bọc vải
lọc bằng sợi nilơng, hoặc sợi thép không rỉ, mắt lưới 80 – 100 micromet. Trống lọc
đặt trong thùng chứa cặn 1/4 đến 1/3 đường kính. Khi lọc, trống quay quanh trục nằm
ngang, bên trong trống lọc được máy bơm chân không rút không khí và nước ra để tạo
độ cân khơng từ 300 – 650 mmHg. Bên ngồi trống là áp lực khí trời, bên trong là
chân không, nên nước đi qua vải lọc vào phía bên trong cịn cặn được giữ lại trên mặt
trống, cặn được làm khô đến độ ẩm 75 – 80%. Năng suất làm khô cặn đến 75% là
17,0 kg/m2 bề mặt trống trong 1 giờ.
Loại thiết bị này được áp dụng nhiều trong quá khứ, những năm gần đây do có
nhiều loại thiết bị mới có hiệu suất cao hơn, chi phí đầu tư và chi phí quản lý rẻ hơn
nhiều lần, lại có q trình vận hành đơn giản hơn, nên thiết bị lọc chân không đã
không cịn được sử dụng rộng rãi nữa.

Hình 8: Sơ đồ công nghệ làm khô cặn bằng lọc chân không.

- 15 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

1-Bể mêtan; 2-Ngăn định lượng; 3-Bơm bùn; 4-Bể chứa nước để rửa cặn; 5-Bể nén
cặn; 6-Bể tiếp nhận; 7-Ngăn keo tụ; 8-Thiết bị lọc chân không; 9-Băng tải chuyển
bùn đã nén; 10-Bơm chân không; 11 và 12-Các bình chứa; 13-Máy bơm để đưa phần
nước lọc về trạm xử lý; 14-Trạm khí nén.

Đặc tính của cặn
Cặn lên men từ bể lắng đợt 1

Cặn tươi từ bể lắng đợt 1
Hỗn hợp cặn tươi từ bể lắng
đợt 1 và bùn hoạt tính đã nén
Hỗn hợp cặn lên men (từ cặn
tươi và bùn hoạt tính đã nén)
trong điều kiện ấm
Như trên trong điều kiện nóng

Cơng suất
(kg cặn khơ/m2.h)
Lọc chân
Lọc ép
không
25 - 35
12 - 17
30 - 40
12 -16

Độ ẩm của cặn đã được
lọc (%)
Lọc chân
Lọc ép
không
75 - 77
60 -65
72 - 75
55 - 60

20 - 30


5 -12

75 - 80

62 - 75

20 - 25

10 - 16

78 - 80

62 - 68

17 - 22

7 - 13

78 - 80

62 - 70

Bảng 3: Công suất thiết bị lọc chân không, thiết bị lọc ép và độ ẩm cặn
lọc.
III.2.4.

Máy lọc cặn ly tâm: (centrifuge filter)

Hình 9: Máy lọc cặn li tâm.
Để làm khơ cặn có thể dùng thiết bị quay li tâm dạng lắng ngang, có thiết bị xả

cặn xoắn ốc. Các bộ phận căn bản là rotor hình cơn và ống ruột rỗng. Rotor và ống
ruột rỗng quay cùng chiều nhưng với những tốc độ khác nhau. Dưới tác dụng của lực
li tâm các phần rắn của cặn đập vào thành tường của rotor và được dồn lăn tới khe hở,

- 16 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

đổ ra thùng chứa bên ngồi. Nước bùn chảy qua khe hở của phía đối diện và được thu
lại để tiếp tục xử lý.
Khả năng chuyển tải của thiết bị quay li tâm không vượt quá 13m3/h theo
lượng cặn ban đầu nên nó thường dùng để xử lý cặn trên những trạm xử lý công suất
Q<=40000 m3/ng.đêm.
III.3.

Chuyển hóa:

Mục đích:
Làm phân huỷ các chất hữu cơ và khử các chất độc trong bùn.
Phương pháp:







Phân huỷ kỵ khí
Phân huỷ hiếu khí

Đốt
Chế thành phân bón
Cho vơi bột vào
Tẩy bằng Clo
III.3.1.

Bể tự hoại: (septic tank)

Bể tự hoại được sử dụng để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt ở quy mơ hộ gia
đình.
Các loại bể tự hoại:





Bể
Bể
Bể
Bể

1, 2, 3 ngăn
có ngăn lọc
có xử lý bùn
Bastaf

Hình 10: Bể tự hoại 2 ngăn.
Bể tự hoại có dạng hình chữ nhật hoặc gồm nhiều giếng tròn liên kết; được xây
bằng gạch, đá hay bê tông cốt thép; chiều sâu bể nhỏ nhất là 1m.


- 17 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Bể tự hoại có thể có một ngăn hay nhiều ngăn. Loại 1 ngăn chỉ áp dụng cho lưu
lượng đến 1m3/ngày đêm; loại hai ngăn lưu lượng đến 10 m3/ ngày đêm; loại 3 ngăn
lưu lượng lớn hơn 10 m3/ngày đêm.
Việc dẫn nước vào và ra khỏi bể dùng ống chữ T, đầu cắm sâu xuống lớp váng,
phần trên của ống chữ T phải để lộ thiên để thuận tiên khi thông ống. Nước từ ngăn
này sang ngăn khác chảy qua khe hở ở tường ngăn cách. Ở mỗi ngăn đều có nắp đậy
để kiểm tra. Phía trên của tường ngăn cách mặt nước một khoảng làm các lỗ thơng với
nhau kích thước 0.2 x 0.2m.
Bể tự hoại là cơng trình làm đồng thời hai chức năng: lắng và phân hủy cặn.
Cặn lắng giữ trong bể từ 3 – 6 tháng. Bùn được hút ra khỏi bề khoảng sáu tháng một
lần nhưng vẫn để lại 20% để giúp cho việc lên men các cặn mới.
Bể tự hoại có ngăn lọc:
Chiều dày của lớp vật liêu ít nhất là 600mm ( mỗi lớp dày 150mm). Vật liệu
lọc lấy như sau:





Lớp
Lớp
Lớp
Lớp

1

2
3
4

có
có
có
có

ø50
ø35
ø25
ø15

–
–
–
–

30mm
25mm
15mm
10mm

Vật liệu lọc có thể là sỏi đá, nhưng tốt nhất là than xỉ.
Cần xây dựng hệ thống thơng hơi cho tất cả các ngăn. Ít nhất sáu tháng một lần
nên rửa vật liêu lọc hay thay lớp mới vào.
Nước thải sau khi qua ngăn thứ 2 hay thứ 3 thì cho qua ngăn lọc. Ở loại bể này
nước được xử lý tốt hơn, song khối tích xây dựng lớn. Chỉ thích hợp cho trường hợp
lưu lượng nước thải ít như biệt thự. Mặt khác, lớp lọc hay bị tắc, cơng tác quản lý khó

khăn vì vậy hiện nay ít được sử dụng.
III.3.2.

Bể lắng 2 vỏ: (two compartment Imhoff tank)

Bể lắng hai vỏ được thiết kế nhằm hồn thành hai nhiệm vụ chính sau đây:



Lắng các tạp chất lơ lửng (chức năng như bể lắng ngang ).
Chế biến cặn lắng bằng q trình lên men kỵ khí.

Cấu tạo:

- 18 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Hình 11: Bể lắng hai vỏ.
1-Máng lắng; 2-Khe hở của máng lắng; 3-Ngăn lên men cặn lắng; 4- Ống xả bùn (áp
lực thủy tĩnh 1.5m) đến sân phơi bùn; 5-Dẫn nước thải vào máng lắng; 6- Máng phân
phối đầu bể; 7-Máng thu nước tập trung cuối bể; 8-Dẫn nước thải đến cơng trình xử
lý tiếp theo.
Bể lắng 2 vỏ là một bể chứa, mặt bằng dạng hình trịn hay hình chữ nhật, đáy
hình nón hoặc hình chóp đa giác. Phần trên của bể có máng lắng, còn phần dưới là
buồng tự hoại.
Bể lắng 2 vỏ hình trịn phổ biến hơn bể hình chữ nhật vì ít tốn nhiêu vật liệu
hơn.


- 19 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Bể lắng 2 vỏ có loại một máng lắng và loại hai máng lắng. Loại một máng lắng
chỉ áp dụng cho bể có đường kính nhỏ hơn 5 – 6 m.
Bể lắng 2 vỏ có thể làm bằng gạch, đá, bê tông cốt thép đổ tại chỗ hoặc ghép.
Dùng vật liệu gạch đá chỉ áp dụng cho những bể lắng nhỏ, hay những bể làm việc tạm
thời, mặt bằng có dạng hình chữ nhật. Bể lắng 2 vỏ chủ yếu được làm bằng bê tông
cốt thép.
Nguyên lý hoạt động:
Nước chuyển động qua máng lắng theo nguyên tắc bể lắng ngang. Với tốc độ
chảy chậm và dưới tác động của trọng lượng bản thân, các hạt cặn rơi lắng xuống dọc
theo đáy máng. Đáy máng làm dốc, các hạt cặn theo đó chui qua khe hở xuống phần
chứa cặn. Khe hở có chiều rộng 0,12 – 0,15m.
Để các hạt cặn lơ lửng và các bong bóng nước từ phần tự hoại không xâm thực
và phần lắng, thì đáy máng nơi có khe hở làm thành dốc nọ che lấy dốc kia một
khoảng 0,1 – 0,35m. Do có cấu trúc đặc biệt này mà q trình lắng khơng bị ảnh
hưởng của q trình lên men.
Việc dẫn nước vào và ra khỏi bể cũng làm như ở bể lắng ngang: theo dạng
thành tràn hay tường mỏng đục lỗ dọc suốt chiều rộng của máng lắng. Ở đầu máng có
tấm chắn nữa ngập để phân phối nước đều trên tồn tiết diện và ở cuối máng cũng có
tấm chắn như thế để ngăn những chất nổi lên không chảy vào nước đã lắng.
Chiều sâu của máng thường từ 1,2 – 2,5m, bởi vì khi chiều sâu lớn q sẽ
khơng có khả năng phân phối nước đều trên tồn bộ tiết diện.
Việc tháo cặn ở bể lắng 2 vỏ tiến hành như ở bể lắng đứng đợt 1. Ống dẫn bùn
thường lấy đường kính nhỏ hơn 200mm, áp lực yêu cầu 1,5 – 1,8m.
Vì lớp váng phát triển nhanh nên để có một lớp diện tích dự trữ thì mặt thống
tự do (khơng kể phần máng lắng) khơng nhỏ hơn 20% tổng diện tích bề mặt của bể.

Khoảng cách giữa các bức tường của máng lắng không nhỏ hơn 0,5m.
Bể lắng 2 vỏ giải quyết một lúc 2 nhiệm vụ: lắng cặn và lên men cặn lắng. Quá
trình lên men trong bể lắng hai vỏ tách ra hơi khí có mùi atphan.
Cặn lắng được giữ trong bể từ 60 – 120 ngày. Các chất hữu cơ được phân hủy
tới 40%. Cặn có độ ẩm 85 – 95%.
Điều kiện vận hành:

- 20 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Để q trình lên men được tốt, thì đối với những bể mới phải đổ vào một ít bùn
cũ. Nếu khơng làm như vậy, q trình lên men sẽ chua – loại lên men bốc mùi khó
chịu, cặn có độ ẩm cao.
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình phân hủy chất. Ví dụ,
khi nhiệt độ 8,50C thì thể tích buồng tự hoại cho đầu người sử dụng hệ thống là 80 lít,
khi 120C thì 50 lít. Tuy nhiên, sấy nóng nhân tạo phần tự hoại của bể lắng 2 vỏ là
khơng kinh tế, vì sẽ phải sấy nóng một lượng lớn nước thải chảy qua bể. Thông
thường người ta chôn sâu bể xuống đất, phần còn lại được ốp dày chung quanh, trên
bề mặt có nắp đậy để giữ nhiệt cho thân bể. Nhưng đó là đối với các nước xứ lạnh,
cịn đối với nước ta thì khơng cần thiết. Nhiệt độ tối ưu là 10 – 150C.
Phạm vi sử dụng:
Bể lắng hai vỏ được sử dụng để xử lý bùn cặn trong nước thải sinh hoạt ở quy
mô nhỏ như cụm dân cư (công suất trạm XLNT nhỏ hơn 10.000m3/ngày).
III.3.3.

Bể metan

Bể metan là cơng trình được xây dựng để lên men (ổn định kỵ khí) các loại bùn

cặn trong nước thải ở quy mô lớn như khu đô thị.

- 21 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

PHẦN II: Q TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG XỬ LÝ BÙN
I. Tổng quan về xử lý sinh học kỵ khí
Lên men metan trong tự nhiên được biết đến từ lâu như ở các vùng đáy đầm
hồ, vùng bãi rác thải, trong dạ dày động vật nhai lại…. Ngày nay, người ta dùng
nguyên lí của q trình này vào xử lý ơ nhiễm chất bẩn cao và xử lý rác thải. Hàng
chục năm qua, hàng loạt các q trình kị khí khác nhau đã được nghiên cứu và phát
triển để xử lý bùn cặn, các loại chất thải có chứa chất hữu cơ đậm đặc. Đây là phương
pháp cổ điển nhất để ổn định bùn cặn.
Xử lý sinh học kị khí là q trình khử các chất ô nhiễm trong thành phần bùn
cặn của nước thải (chủ yếu là chất hữu cơ) thông qua sự lên men acid và methane của
của nhóm vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện khơng có oxy và cho ra sản phẩm chuyển
hóa cuối cùng là khí CH4 và CO2 được thu hồi và sử dụng như nguồn nhiên liệu trong
các hoạt động sinh hoạt và sản xuất.
II. Các giai đoạn phân hủy kỵ khí
Khi bùn hoạt tính được giữ trong mơi trường kỵ khí, những vi khuẩn đặc biệt
sẽ phát triển và sử dụng bùn dư như nguồn chất hữu cơ cho q trình chuyển hóa lên
men. Sản phẩm cuối cùng của sự lên men chủ yếu là khí methane và CO2.Tổng thể
q trình chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành methane và CO2 có thể được
chia thành bốn giai đoạn (theo Gujer và Zehnder, 1983) đó là: thủy phân, acid hóa,
acetat hóa, và methane hóa.
Trong một cơng trình xử lý kỵ khí, bốn q trình diễn ra đồng thời. Nếu cơng
trình xử lý kỵ khí vận hành tốt, sự chuyển hóa các sản phẩm trung gian (sản phẩm từ
ba giai đoạn đầu) xảy ra hoàn tồn, dẫn đến nồng độ các chất này ln thấp tại mọi

thời điểm.
II.1.

Quá trình thủy phân:

Trong quá trình thủy phân, các phân tử có kích thước lớn như protein,
carbonhydrate và chất béo trong bùn dư sẽ được chuyển thành các phân tử nhỏ hơn và
hòa tan trong nước: acid amin, đường và các acid béo. Quá trình thủy phân hay q
trình hịa tan diễn ra nhờ vào các enzyme ngoại tiết bởi các vi khuẩn lên men acid. Vi
khuẩn chỉ có thể sử dụng các chất hữu cơ như nguồn thức ăn khi các chất này ở dạng
hòa tan và có thể hấp thụ qua thành và màng tế bào. Vì thế các vi khuẩn này tiết ra
enzyme để bẻ gãy các liên kết của chất có cấu tạo phân tử phức tạp khơng tan để trở
thành dạng có cấu trúc đơn giản và hịa tan. Q trình thủy phân là một q trình
tương đối chậm và nhìn chung nó giới hạn tốc độ của tồn q trình xử lý kỵ khí.

- 22 -


Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Các vi khuẩn phân hủy protein (Bucteroides amylophilus, B.Ruminicola Spp,
Clostridium Spp) phân hủy protein thành axit amin, axit hữu cơ, NH3, H2S.
Các vi khuẩn phân hủy chất béo (Alcaligennes Spp, Bacillus Spp, Micrococus
Spp, Pseudomonas Spp) phân hủy chất béo và dầu thành axit béo mạch dài.
Phương trình phản ứng:
(C6H10O5)x + xH2O  x(C6H12O6)
C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2
II.2.

Q trình acid hóa:


Giai đoạn thứ hai của q trình phân hủy kỵ khí là acid hóa, một q trình dẫn
đến sự chuyển hóa các sản phẩm thủy phân thành các phân tử đơn giản với phân tử
khối nhỏ, như các acid béo bay hơi (ví dụ acetic-, propionic-, butyric acid), rượu,
aldehydes và khí CO2, H2, NH3 , sinh khối mới…
Q trình acid hóa chịu tác động bởi 1 nhóm vi khuẩn rất đa dạng mà đa số là
vi khuẩn kỵ khí cực đoan, nghĩa là nếu như có sự hiện diện của các chất oxy hóa như
O2 hay NO3- thì sẽ là độc tố đối với chúng. Rất may cho những vi khuẩn kỵ khí này là
song song đó thì ln có sự hiện diện loại vi khuẩn tiêu thụ oxy mọi lúc. Sự hiện diện
của những vi khuẩn này rất quan trọng để khử tất cả khí O2 có thể theo vào trong hệ
thống cùng với bùn dư. Các vi khuẩn lên men acid có khả năng chuyển hóa chất hữu
cơ xuống mức pH rất thấp vào khoảng giá trị 4.
Phương trình phản ứng:
CH3CH2OH + H2O  CH3COOH + 2H2
CH3CH2COOH + 2H2O  CH3CH3COOH + CO2 + 2H2
II.3.

Q trình acetat hóa:

Trong giai đoạn thứ ba, acetat hóa, sản phẩm của q trình acid hóa được
chuyển hóa thành acid acetic, H2 và CO2 bởi vi khuẩn lên men acetic. Ba giai đoạn
đầu của phân hủy kỵ khí thường được nhóm chung thành q trình lên men acid. Điều
quan trọng cần lưu ý trong quá trình lên men acid là khơng có thành phần hữu cơ nào
được loại bỏ khỏi pha lỏng (COD khơng giảm): nó chỉ được chuyển sang một dạng
chất khác thích hợp để được sử dụng cho q trình methane hóa tiếp theo sau.
Các vi khuẩn acetoenic (Enterbacteria ceac, Bacillaceac) lên men alcohol, axit
butyric, aromalic, axit béo mạch dài thành acetate, H2, CO2 .

- 23 -



Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Phương trình phản ứng:
CH3CH2OH + H2O  CH3COOH + 2H2
CH3CH2COOH + 2H2O  CH3CH3COOH + CO2 + 2H2
II.4.

Q trình methane hóa:

Trong giai đoạn cuối của q trình phân hủy kỵ khí, sản phẩm của q trình lên
men acid (chủ yếu là acid acetic) được chuyển thành CO2 và CH4. Chỉ đến khi đó thì
chất hữu cơ mới được loại bỏ (COD giảm), vì một lượng lớn khí methane được sinh
ra sẽ giải hấp khỏi pha lỏng. Trong mỗi giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí, các
phản ứng dị hóa được mơ tả ở trên diễn ra cùng lúc với các phản ứng đồng hóa. Năng
lượng tự do được giải phóng trong các phản ứng một phần được sử dụng cho quá trình
tổng hợp sản sinh ra cá thể mới trong các quần thể vi khuẩn kỵ khí.
Các vi khuẩn lên men methane (Methanobacterium We.N4, Methe.foricun
DSM 863) lên men H2, CO2, formate thành CH4 .
Phương trình phản ứng:
H2 + CO2 CH4 + 2H2O + Q
CH3COO-  CH4 + CO2 + Q
CH3COOH  CH4 + CO2 + 2H2O + Q
Vì năng lượng được giải phóng từ q trình dị hóa lên men là khá nhỏ, hệ số
sản lượng sinh khối thấp hơn nhiều so với q trình hiếu khí. Vì thế, một phần lớn các
chất hữu cơ bị phân hủy được chuyển thành biogas (85% – 95%).

- 24 -



Các cơng trình xử lý bùn. Q trình sinh học kỵ khí trong xử lý bùn.

Hình 12: Sơ đồ chuyển hóa các chất trong phân hủy kỵ khí bùn.
III. Các sản phẩm trong bể kỵ khí
III.1.
Khí:
Những khí chủ yếu được sinh ra trong điều kiện kỵ khí là CH4 và CO2, trong
đó CH4 chiếm khoảng 65 – 70%, CO2 chiếm khoảng 25 – 30%. Những khí này
thường được thu hồi và nén lại. Phần khí methane được dùng làm nhiên liệu đốt lị
hơi, động cơ chạy khí và nhiều ứng dụng phụ trợ khác.
III.2.

Lớp bọt váng:

Lớp váng phủ trong bể kỵ khí là kết quả của sự thốt khí từ dưới lên trên, gồm
những chất không phân hủy sinh học hay phân hủy chậm (như lá cây, tóc, mảnh vải,
nhựa…) nổi trên bề mặt pha lỏng. Khi nhiệt độ rất thấp, lớp này có thể trở nên đặc
quánh lại và ngăn cản sự thốt sản phẩm khí sinh ra.

- 25 -