Bài giảng Kỹ thuật loại bỏ chất rắn

KỸ THUẬT LOẠI BỎ CHẤT RẮN Mục tiêu Sinh viên nắm vững các nội dụng sau: • Nguồn chất rắn sản sinh ra trong RAS và những đặc điểm của chất rắn • Những yếu tố để xác định chất rắn sản sinh ra trong RAS • Các phương pháp loại bỏ chất rắn khác nhau • Chọn lựa và áp dụng phương pháp phù hợp để loại bỏ chất rắn Hệ thống tuần hoàn- loại bỏ chất rắn Nguồn và đặc điểm của chất rắn • Nguồn sản sinh chất rắn trong RAS Chất thải của cá Mảnh vụ thức ăn Thức ăn thừa Biofilm • Đặc điểm chính của chất rắn Tỉ trọng Kích cỡ Thành phần Yếu tố ảnh hưởng đến sản sinh chất rắn Lượng chất rắn sinh ra phụ thuộc vào các yếu tố: • Tỉ lệ thức ăn thừa • Tỉ lệ mảnh vụn thức ăn • Độ tiêu hóa thức ăn của cá • Thành phần và kỹ thuật sản xuất thức ăn • Thời gian nằm thong hệ thống Tại sao phải loại bỏ chất rắn? Ảnh hưởng đến cá nuôi Tắt nghẽn giá thể lọc, ống dẫn nước Giảm hiệu quả lọc N của bể lọc sinh học (g N/m2/ngày) Chất rắn dễ bị phân hủy • Chất rắn bị phân hủy thành những hạt nhỏ hơn • Làm tăng TAN và Phốt-phát • Làm tăng BOD • Tăng hữu cơ hòa tan và tạo các hạt keo (1-20µm) hoặc hạt khó lắng (<100µm) • Khó loại bỏ ra khỏi hệ thống Kỹ thuật loại chất rắn Chọn cách loại bỏ chất rắn dự vào: • Yêu cầu về chất lượng nước • Cỡ và mật độ chất rắn • Chi phí Kỹ thuật loại bỏ chất rắn: Tải lượng thủy lực (HSL) Khả năng loại bỏ hạt mịn Hao phí năng lượng Lượng nước mất trong quá trình rửa ngược Chống lại sinh vật bám Kỹ thuật loại chất thải rắn Nguyên lý Kỹ thuật Cỡ hạt (µm) Lắng trọng lực Bể lắng Khối lượng riêng > 100 Bể hình phễu Khối lượng riêng >1-75 Tấm nghiêng Khối lượng riêng >75 Lọc Lọc bằng lưới Cỡ hạt >40 Lọc bằng hạt Cỡ hạt >20 Xốp tổ ong Cỡ hạt >0,1 Nổi Tạo bọt Bám lên bọt khí < 30 Ozone Xử lý ozone Oxy hóa < 30 1. Bể lắng V Vs Chất lắng Nước vào Nước ra Lắng trọng lực Tốc độ lắng của chất rắn Loại chất rắn Tốc độ lắng (cm/sec) Nguồn tài liệu Thức ăn 14 Timmons et al., 2001 Phân cá 1.7- 4.3 Warrer Hansen, 1982 Biofilm 0.05-0.1 IDEQ, 1998 Công thức thiết kế Thông số quan trọng trong thiết kế: )A(m /day)Q(m m/day)(V 2 3 0 = V0: Tải lượng thủy lực hay tỉ lệ chảy tràn Vs: Tốc độ lắng tới hạn (m/ngày hoặc cm/giây), tốc độ lắng mà ở diện tích bề mặt nạp đó chất rắn bị lắng 100% A: Diện tích bể lắng (m2) Thông số kỹ thuật của bể lắng Chất lắng L1 L2 Nước vào Nước raD L2 D Tỉ lệ hình học: 1:4 or 1:8 (IDEQ, 1998) Độ sâu tối đa1m Vùng lắng hiệu quả Bể lắng Thông số của bể lắng Chất lắng L1 L2 Nước vào Nước raD L2 D Đỉnh bệ chắn: - 15% ngập nước - 20-30 cm - Rìa tròn Vùng thoát: - 400-600 m3/ngày - Bệ tràn - Rìa chữ V Chức năng của từng vùng của bể lắng Vùng Chức năng Nước vào Phân bố đồng đều Lắng Lắng chất rắn Sludge zone Tích tụ chất rắn Nước ra Chứa nước Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm - Không có phần chuyển động - Có thể bị tràn ở mọi hướng - Dễ thao tác - Công bảo trì ít - Hao tổn cột nước thấp - Không loại bỏ chất rắn <100µm - Yếm khí - Hòa tan dinh dưỡng - Dễ bị khuấy động khi khí hình thành - Chiếm diện tích lớn - Hiệu qua không cao trong RAS - Hoạt động không liên tục 2. Tấm nghiêng - Ống lắng Nước từ bể cá vào Nước vào bể lọc sinh học Chất lắng Thông số của tấm nghiêng Tấm nghiêng Nước vào Nước ra Loại bỏ chất rắn d/cosα d α α = gốc nghiêng (30-60 °) d = 2-5 cm Thông số của bể lắng α α = góc nghiêng (30-60 °) d = 2-5 cm Thiết kế dựa vào: A = Tổng diện tích bề mặt tấm nghiêng ).( . α α CosA QV CosAA o SZ = = ASZ A Thông số của bể lắng Ưu điểm Nhược điểm - Không có phần chuyển động - Có thể bị tràn ở mọi hướng - Dễ thao tác - Không loại bỏ chất rắn <75µm - Yếm khí - Hòa tan dinh dưỡng - Dễ bị khuấy động khi khí hình thành - Xả nước và rửa định kỳ 3. Bể xoáy (Swirl separator) Nước từ bể cá vào Nước vào bể lọc sinh học Thông số của bể xoáy )(15)(045.0 )(3.0)(48.0 sec/ 0 mWLmQW mDDmQD literinQ oi == == Thiết kế: Chất lắng Nước ra Nước vào L Do W DiQ Bể xoáy Đặc điểm của bể xoáy - Lắng bằng lực ly tâm và trọng lực - Dòng chảy đáy 5-15% - Thời gian lưu nước tối thiểu 30 giây - Không hiệu qua đối với chấ rắn <50µm - TSS > 77µm ; hiệu suất loài bỏ là 87% ( Scott and Allard, 1984) Ưu – Nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm - Không có phần chuyển động - Hoạt động liên tục - Dễ thao tác - Dễ bảo trì - Không hiệu quả đối với chất rắn <50µm - Hiệu quả phụ thuộc vào thủy học - Không tích dinh dưỡng, hòa tan dinh dưỡng 4. Lọc lưới (Screen filttration) Lọc trống Lọc đĩa Hiệu quả lọc TSS (Theo Summerfelt et al., 2001. In: Fish hatchery management) Cơ chế lọc qua lưới Thể tích nước rửa thay đổi theo dòng nước và thể tích nước vào: - Cỡ của lỗ lưới lọc - Kiểu rửa ngược - TSS bám trên lưới lọc - Dòng rửa ngược 0,2-1,5% của dòng nước được lọc - Xử lý thứ 2 (kết nối 2 kiểu xử lý) - Cỡ lỗ lưới lọc 40-100 µm (hiệu quả xử lý 30- 80%) Ưu – nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm - Ít tốn lao động - Ít tổn hao cột nước - Dòng nước rửa riêng - Chiếm diện tích nhỏ - Loại bỏ chất rắn trực tiếp - Hiểu quả ổn định - Cần có 2 bơm - Rửa lưới lọc - Không loại bỏ chất rắn cỡ nhỏ (thường áp dụng cỡ lưới 30-100 µm) - Tốn năng lượng và nước - Chất lắng ít 5. Lọc hạt (Granular filtration) Lọc cát: Lọc gián đoạn Lọc liên tục Ưu – nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm - Lọc chất rắn cỡ nhỏ hiệu quả - Cơ chế rửa phức tạp - Chi phí vận hành cao - Dòng rửa ngược lớn - Tổn hao cột nước cao Tải lượng thủy lực (HSL) 100-700 m3/m2/ngày Hiệu quả loại bỏ chất rắn 50-95% Lọc cát không dùng nhiều trong nuôi trồng thủy sản Lọc hạt (granular filtration) Lọc hạt nhựa: Kết hợp lọc cơ học và lọc sinh học Hạt lọc nhựa Số lượng hạt = 20 x 106 /m3 Đường kính hạt = 3-5 mm Diện tích bề mặt = 1150 m2/m3 Trang thái xốp = 35% Khối lượng riêng = 0.91 Đặc điểm của hạt lọc Hạt lọc Hạt nhựa và biofilm O2 Org. Wastes CO2 BOD Phân hủy NH3O2 Bicarbonates Nitrate CO2 NO2 Nitrate hóa Biofilm di dưỡng Theo Malone et al., 1998 VK nitrate hóaHạt nhựa Thông số của bể lắng Cơ chế Cỡ hạt Ghi chú Biến dạng > 80µm Va chạm với hạt lọc Lắng Chìm Chặn 20-80µm Trực tiếp bắt giữ Hấp thụ sinh học < 20 µm Trong biofilm Cơ chế bắt giữ chất rắn: Hoạt động của lọc hạt nhựa Hoạt động của lọc hạt nhựa Ưu – Nhược điểm Ưu điểm Nhược điểm - Loại bỏ chất rắn cỡ nhỏ - Kết hợp loại chất rắn và lọc sinh học - Dễ lắp đặt và vận hành - Dễ bảo trì - Hòa tan dinh dưỡng - Lực nén lớn - Mối liên quan phức tạp giữa cường độ và tần số rửa, phân hủy chất rắn và hiệu quả nitrate hóa 6. Lọc tạo bọt (foam fractionation) Nguyên lý giao diện khí- chất lỏng Hiệu quả loại bỏ chất rắn Hiệu quả loại bỏ chất rắn phụ thuộc: - Loại bỏ protein tương ứng với lượng khí (Weeks et al, 1992) - pH =8,3 hiệu quả gấp đội so với pH =5,3 (trong nước mặn loại bỏ chất rắn hiệu quả hơn nước ngọt) - Bọt khí nhỏ (2-3 mm) loại bỏ chất rắn hiệu quả hơn bọt khí to - Thời gian bọt khí tồn tại trong nước dài (bọt khí nhỏ) - Đoàn đường bọt khí di chuyển dài Ngăn ngừa tạo bọt trong bể nuôi Tránh sự hình thành bọt trong bể nuôi − Tránh cho ăn thừa − Loại bỏ cá chết − Loại bỏ TSS hiệu quả nhất − Xả nước khi phân cỡ Đặc điểm − Công lao động thấp − Loại bỏ chất rán cỡ nhỏ hơn 30 µm − Sục khí và khử khí Thông số thiết kế Rule of thumb for design: Per kg of feed (assume 3% TSS removed as fine solids): - 20 lpm of airflow - 90 cm2 of cross sectional area (Timmons et al., 2001 ) Mỗi kg thức ăn (giả định để loại bỏ 3% TSS < 30 µm), cần cung cấp: Thể tích khí: 20 lít/phút Diện tích tiết diện: 90 cm2