CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ BÙN TRONG NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 1.1 Các loại bùn trong có thể ép tách trong công nghiệp Trong quá trình xử lý nước, các thành phần rắn ô nhiễm được ép tách trong nước thải ra môi trường bao gồm. - Các hạt vật chất tự nhiên hoặc đến từ quá trình xử lý hóa lý - Các vi sinh vật dư thừa đến từ quá trình xử lý chất hữu cơ hòa tan - Chất khoáng không phân hủy sinh học Tất cả các thành phần này bị lơ lửng ở dạng cô đặc ít nhiều và chất lỏng tạo thành được gọi là bùn. - Các loại bùn khác nhau: - Bùn xử lý thô: Bùn sinh ra từ quá trình lắng.
Do đó, nó được hình thành từ các hạt lơ lửng dễ lắng( các hạt kích thước lớn hoặc đặc khít) Nó có hàm lượng chất rắn bay hơi thấp ( khoảng 55% đến 60%) và khả năng khử nước, ép tách nước rất tốt. - Bùn sinh học: Bùn sinh học xuất hiện trong quá trình xử lý sinh học của nước thải. Nó được tạo ra từ hỗn hợp vi sinh vật. Các vi sinh vật này, chủ yếu là vi khuẩn, hỗn hợp trong quần thể vi khuẩn thông qua quá trình tổng hợp exo-polyme.
Gạn lọc đơn giản trong bể lắng sẽ dễ dàng tách các bông vi khuẩn ra khỏi nước đã xử lý. Chỉ một phần bùn lắng này được đưa đi khử nước: bùn sinh học dư thừa; một phần của nó được tuần hoàn để duy trì quần thể vi khuẩn trong hỗn hợp nước thải Hàm lượng chất rắn lơ lững : khoảng 70% đến 80%.Hàm lượng chất rắn khô thấp: 7 g/l đến 10 g/l. Khả năng khử nước ở mức trung bình. Nó phụ thuộc một phần vào chất lơ lững (càng cao thì việc khử nước càng khó) - Bùn phân hủy: 1 SVTH: TRẦN ĐỨC THANH-1613125 GVHD: TRƯƠNG QUỐC THANH Bùn được phân hủy thường có thành phần chất hữu cơ bị phân hủy do vi khuẩn hoạc điều kiện môi trường.
Sự ổn định này được thực hiện trên bùn sinh học hoặc bùn hỗn hợp. Nó có thể xảy ra dưới các nhiệt độ khác nhau (ưa nhiệt hoặc không ưa nhiệt) và có hoặc không có sự hiện diện của oxy (hiếu khí hoặc kỵ khí). Sau bước ổn định này, các đặc tính của bùn là: Khả năng khử nước tốt. - Bùn hóa lý: Loại bùn này là kết quả của quá trình xử lý hóa lý nước thải tụ.
Nó bao gồm các cặn, kết tủa được tạo ra từ quá trình xử lý hóa học (chất đông tụ và / hoặc chất tạo keo). Đặc điểm của loại bùn này là kết quả trực tiếp của các hóa chất được sử dụng (khoáng chất hoặc chất đông tụ hữu cơ) của các chất ô nhiễm trong nước. - Bùn khoáng: Tên này được đặt cho bùn thải được tạo ra trong các quá trình khoáng sản như khai thác đá hoặc các quá trình hưởng lợi từ khai thác. Bản chất của chúng thực chất là các hạt khoáng có kích thước khác nhau (bao gồm cả đất bị nước hòa tan).
Chúng có thể dể dàng tách bằng cách tự lắng động Các thông số ảnh hưởng đến khả năng khử nước của bùn: Một số thông số liên quan đến bùn sẽ ảnh hưởng đến khả năng khử nước dễ dàng của nó. Trong số này, những cái chính là: - Nồng độ (g/l): Được đo bằng g/l nồng độ của bùn sẽ ảnh hưởng: Sự kết hợp của chất tạo bông. Nồng độ bùn càng cao thì dung dịch keo tụ càng khó trộn lẫn (ngay cả ở nồng độ chất keo tụ thấp). Giải pháp cho vấn đề này là: sau khi pha loãng chất keo tụ, bơm chất keo tụ ngược dòng, nhiều điểm bơm chất keo tụ, sử dụng máy trộn để hỗn hợp đều.
Mức tiêu thụ chất tạo bông: Nồng độ bùn càng cao thì tiêu thụ chất tạo bông càng giảm. Điều này chỉ đúng nếu việc pha trộn thực hiện chính xác. - Hàm lượng chất hữu cơ (%): 2 SVTH: TRẦN ĐỨC THANH-1613125 GVHD: TRƯƠNG QUỐC THANH Hàm lượng chất hữu cơ có thể so sánh với hàm lượng chất rắn lơ lứng trong nước(TSS là viết tắt của Total suspended solids, nghĩa là tổng chất rắn lơ lửng). TSS càng cao thì việc khử nước càng khó.
Độ khô đạt được sẽ thấp, cơ tính thấp và tiêu hao chất tạo bông cao. Khi TSS của bùn cao, nên thêm bước làm đặc trong quá trình để đạt được hiệu quả khử nước tốt hơn Hóa chất sử dụng trong việc xử lý bùn - Muối sắt: Ferric Chloride và Iron Chloro-Sulfate chủ yếu được sử dụng cùng với vôi để xử lý bùn trước khi ép lọc. Chúng cho phép khả năng lọc tốt hơn bằng cách làm đông tụ các chất keo (do đó làm giảm hàm lượng nước liên kết) và bằng cách tạo bông vi mô của các chất kết tủa (hydroxit). Liều lượng cho muối sắt là từ 3% đến 15% hàm lượng khô, tùy thuộc vào chất lượng của bùn.
Có xu hướng liên kết muối sắt với chất kết tụ hữu cơ (cation) để giảm khối lượng bùn tạo ra so với quy trình muối sắt + vôi cổ điển. - Vôi Vôi làm chất điều hòa chỉ được sử dụng cùng với muối sắt trong các ứng dụng máy ép lọc. Nó mang lại tính chất khoáng cho bùn và tăng cường các đặc tính cơ học của nó (khả năng lọc cụ thể cao hơn). Liều lượng cho vôi là từ 15% đến 40% hàm lượng khô.
- Hóa chất hữu cơ: Chất tạo bông cation đại diện cho phần lớn các hóa chất được sử dụng trong quá trình khử nước bùn. Cơ chế keo tụ: Keo tụ bùn là một bước trong quá trình mà các hạt không ổn định được kết tụ thành các tập hợp được gọi là bông cặn. Chất tạo bông, với trọng lượng phân tử rất cao (chuỗi dài đơn phân) và điện tích ion đa dạng của chúng, cố định các hạt mất ổn định trên chuỗi của chúng. Do đó kích thước hạt trong pha nước sẽ tăng lên trong suốt bước keo tụ với sự hình thành các bông cặn.
Sự hình thành các bông cặn gây ra sự giải phóng nước. Do đó, nước này sẽ dễ dàng được loại bỏ trong bước khử nước Các thông số của các hóa chất hữu cơ sẽ ảnh hưởng đến quá trình khử nước: Chất keo tụ hữu cơ được đặc trưng bởi năm thông số chính: 3 SVTH: TRẦN ĐỨC THANH-1613125 GVHD: TRƯƠNG QUỐC THANH Loại điện tích. Mật độ điện tích. Trọng lượng phân tử.
Cấu trúc phân tử. Những điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình keo tụ và do đó chất lượng của quá trình khử nước. - Loại điện tích (+ hoặc -): Loại điện tích của chất keo tụ được chọn tùy theo loại hạt. Nói chung sự lựa chọn tuân theo mô hình dưới đây: Chất keo tụ anion (-) để bắt các hạt khoáng.
Chất keo tụ cation (+) để bắt các hạt hữu cơ. Như thường lệ, chỉ có thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mới thực sự có thể xác định được loại điện tích nào thích nghi tốt. - Mật độ (%): Mật độ điện tích thể hiện số lượng + hoặc - điện tích cần thiết để có được quá trình keo tụ tốt nhất với liều lượng thấp nhất. Mật độ điện tích phụ thuộc vào loại bùn cần xử lý.
Đối với bùn đô thị, mật độ điện tích này chủ yếu là hàm của hàm lượng Vật chất hữu cơ (OM) trong bùn. OM thường được đồng hóa với hàm lượng chất rắn bay hơi (VS). VS càng cao, điện tích cation cần thiết càng cao. - Trọng lượng phân tử : Về trọng lượng phân tử: là chiều dài của chuỗi polyme, phụ thuộc vào loại thiết bị được sử dụng để khử nước.
Đối với máy ly tâm: Loại có trọng lượng phân tử cao đến rất cao là thích hợp nhất do độ cắt cao được áp dụng cho các bông cặn. Đối với lọc: Trọng lượng phân tử thấp đến trung bình sẽ được điều chỉnh tốt nhất để có được hệ thống thoát nước tốt Cấu trúc phân tử của chất tạo keo: 4 SVTH: TRẦN ĐỨC THANH-1613125 GVHD: TRƯƠNG QUỐC THANH - Cấu trúc phân tử của chất keo tụ phụ thuộc vào hiệu suất khử nước cần thiết. Đối với chất keo tụ cation có: - Cấu trúc tuyến tính: với liều lượng thấp và hiệu suất tốt khi chọn đúng trọng lượng phân tử. - Cấu trúc phân nhánh: với liều lượng trung bình và hiệu suất thoát nước tuyệt vời.
- Cấu trúc liên kết ngang: với liều lượng cao và hiệu suất thoát nước đặc biệt và khả năng chống cắt Các loại monomer sử dụng để tạo kết tủa: - Loại monome được sử dụng để tổng hợp chất tạo bông cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Hai monome cation khác nhau thường được sử dụng: - ADAM-MeCl: - APTAC: không nhạy cảm với quá trình thủy phân các điện tích cation, đôi khi chúng phản ứng tốt hơn với bùn khử cặn từ ngành công nghiệp giấy. - Anion monome thường gặp nhất là natri acrylat. Khi thực hiện: - Trước khi khử nước, để tăng Hàm lượng chất rắn khô và tạo điều kiện thuận lợi cho bước khử nước (ít thiết bị hơn, ít thuốc thử hơn…) - Trước khi rải trang trại, để giảm khối lượng, do đó giảm số lượng xe tải.
Bốn loại thiết bị được sử dụng để làm đặc bùn một cách động họ 5 SVTH: TRẦN ĐỨC THANH-1613125 GVHD: TRƯƠNG QUỐC THANH 1.2 Cách xử lý các loại bùn trong công nghiệp Hình 1.1 Cấu tạo hạt keo Như chúng ta đã biết, trong bất cứ quá trình xử lý nước nào như: nước mặn, nước thải hay ngầm đều có các hạt cặn, hạt rắn có kích thước khác nhau. Để xử lý các chất rắn nầy bằng phương pháp cơ học thì chỉ loại bỏ được các hạt cặn, rắn có kích thước tương đối lớn. Còn các hạt cặn, rắn có kích thước nhỏ hơn thì chúng ta phải áp dụng phương pháp keo tụ – tạo bông để loại bỏ. Phương pháp nầy được thực hiện trong các bể keo tụ – tạo bông trong thực tế.
Trong nước thải, nước mặt thường tồn tại các chất lơ lửng là những hạt keo, có kích thước rất nhỏ có điện tích âm. Việc loại bỏ các hạt keo lơ lửng nầy không được thực hiện bằng phương pháp lắng vì chúng không có khả năng tự lắng. Các hạt keo có xu hướng đẩy nhau, do cùng điện tích và mang tính hồn loạn trong dung dịch. Các hạt keo được cấu tạo thành 2 lớp.
Lớp trong cùng có điện tích âm, lớp vỏ phía ngoài có điện tích dương. Sự chênh lệch giữa lớp bề mặt hạt keo với dung dịch gọi là thế điện động Zeta. Thế điện động Zeta hạt keo càng âm thì hạt keo càng bền.