giáo trình kỹ thuật xử lý nước thải chương 6 xử lý các vấn đề ô nhiễm phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải

XỬ LÝ CÁC VẤN ĐỀ Ô NHIỄM PHÁT SINH TỪ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 6.1 CÁC NGUỒN Ô NHIỄM TỪ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Trong hệ thống xử lý nước thải thường phát sinh các vấn đề ô nhiễm sau: C

CHƯƠNG 6 XỬ LÝ CÁC VẤN ĐỀ Ô NHIỄM PHÁT SINH TỪ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 6.1 CÁC NGUỒN Ô NHIỄM TỪ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Trong hệ thống xử lý nước thải thường phát sinh các vấn đề ô nhiễm sau:

Chất thải rắn

Trong xử lý nước thải, chất thải rắn phát sinh từ quá trình sàng lọc tại song chắn rác, cặn lắng hay váng nổi trong bể điều hòa, bùn lắng từ bể lắng đợt 1, bùn lắng từ quá trình kết tủa, keo tụ tạo bông, bùn lắng từ quá trình lắng bậc 2,

Không khí

Nguồn phát sinh khí thải gây ô nhiễm không khí từ hệ thống xử lý nước thải thường bao gồm các vấn đề sau: ô nhiễm mùi từ sự lên men của chất hữu cơ trong bể điều hòa, từ khu vực lưu giữ bùn, từ bể nén bùn,…và trong một số trường hợp đặc biệt là

sự bay hơi của chất vô cơ và hữu cơ trong quá trình thổi khí Ngoài ra còn một hóa chất bay hơi từ hệ thống bồn lưu giữ hóa chất dành cho xử lý (khí Cl2, HCl, H2S,…)

Tùy theo đặc tính của mỗi loại mà có biện pháp xử lý hay giảm thiểu riêng Phần dưới đây trình bày sơ lược một số biện pháp xử lý và giảm thiểu các nguồn ô nhiễm trong

hệ thống xử lý nước thải

6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN

6.2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý bùn

Sơ đồ miêu tả đầu vào và các nguồn ra của một hệ thống xử lý nước như sau:

Một trong những nhiệm vụ của quá trình xử lý nước thải là chuyển các chất ô nhiễm từ dạng hòa tan sang dạng rắn và tách các chất rắn ra khỏi pha lỏng Các chất rắn

sau khi khử nước (làm đậm đặc) được gọi chung là bùn, chứa nhiều thành phần khác

nhau và phải được thải bỏ hợp lý Bùn sinh ra từ hệ thống xử lý nước thải thường ở dạng lỏng có chứa từ 0.25 – 12% chất rắn tính theo khối lượng tùy thuộc vào công nghệ xử lý nước thải được áp dụng Trong những thành phần cần xử lý, bùn chiếm thể tích lớn nhất

và kỹ thuật xử lý cũng như thải bỏ bùn là một trong những vấn đề phức tạp nhất trong quá trình xử lý nước thải Các thiết bị xử lý bùn chiếm từ 40 – 60% tổng chi phí xây dựng

hệ thống xử lý nước thải và chi phí xử lý chiếm khoảng 50% chi phí vận hành toàn hệ thống

Nguồn thải Nước thải Trạm xử lý Nguồn tiếp nhận

Bùn thải Nước thải Biến đổi Bùn thải

Thành phần bùn

Thành phần hóa học của bùn hoạt tính được trình bày trong bảng 6.1 Nhiều thành phần hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn giải pháp thải bỏ bùn sau xử lý

và nước thải sinh ra từ quá trình xử lý bùn

Bảng 6.1 Thành phần hóa học của bùn hoạt tính

Thành phần Đơn vị Giá trị

Độ kiềm mg/L theo CaCO3 580 – 1100

Số liệu về đặc tính bùn phát sinh trong các hệ thống thông thường và hệ thống có thông khí kéo dài được trình bày trong bảng 6.2

Bảng 6.2 Đặc tính bùn sinh ra trong hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí thông thường và

thông khí kéo dài

Hệ thống Tỷ trọng Chất rắn khô

(mg/L)

Hàm lượng chất rắn (% chất khô) Chất rắn Bùn

6.2.2 Sơ đồ dây chuyền xử lý bùn tổng quát

Trong thực tế, quy trình công nghệ xử lý bùn thường chia làm dạng chính tùy theo phương pháp xử lý sinh học có được áp dụng trong hệ thống không Quy trình công nghệ

xử lý bùn có sử dụng phương pháp sinh học được trình bày tóm tắt trong hình 6.1

Hình 6.1 Các quy trình công nghệ xử lý bùn hoạt tính.

6.2.3 Tính toán thiết kế bể nén bùn

6.2.3.1 Bể nén bùn trọng lực

Nén bùn trọng lực (Gravity thickening) được thiết kế tương tự như bể lắng cổ điển, thường sử dụng dạng bể hình tròn Bùn lỏng được đưa vào ống lắng trung tâm (center feed well) Bùn sẽ lắng, nén lại ở đáy bể và được tháo ra định kỳ Phần nước tách ra trên bề mặt được đưa trở lại bể lắng đợt 1 Bùn từ bể nén bùn được bơm đến

bể phân hủy hoặc thiết bị tách nước Nén bùn trọng lực được áp dụng rất hiệu quả đối với bùn từ bể lắng đợt 1

Việc thiết kế bể nén bùn trọng lực cơ bãn dựa trên tải trọng bùn Để duy trì điều kiện hiếu

khí trong bể, lưu lượng bùn cung cấp vào thiết bị cần duy trì ở mức 24 – 30 m 3/ m 2 ngđ.

Nồng độ bùn trước và sau khi nén bùn và tải trọng chất rắn trong bể nén bùn trọng lực

được trình bày trong bảng 6.3

Bể tuyển nổi Phân hủy kị khí Bể trộn hóa chất Lọc ép băng

tải

Bùn đã ép (bánh bùn)

Bùn hoạt

tính

Nước về hệ

thống XLNT

Bùn từ quá trình

xử lý sơ bộ

Nén (nếu cần)

Váng nổi về hệ thống XLNT or

hệ thống phân tách

Phần lọc dẫn qua

bể nén hoặc hệ thống XLNT

Phân hủy kị khí Bể lọc cát Bùn khô Bùn hỗn hợp

Váng nổi về hệ thống XLNT or

xử lý riêng

Phân hủy kị khí Bể trộn hóa chất HT Ly tâm Bùn đã

tách nước

Bùn hỗn hợp

Bùn sinh học

và bùn từ

quá trình xử

lý sơ bộ

Váng nổi về hệ thống XLNT or

hệ thống phân tách

Phần ly tâm dẫn

về hệ thống XLNT hoặc xử

lý riêng

Bảng 6.3 Tải trọng chất rắn trong bể nén bùn trọng lực

Hệ thống Nồng độ bùn (%) Tải trọng (kg/m 2 ngđ)

Chưa nén Đã nén

Thông khí kéo dài 0.2 – 1.0 2 – 3 25 – 35

Một số thông số vận hành được áp dụng cho bể nén bùn trọng lực như sau:

 Thời gian lưu bùn thường dao động trong khoảng 0.5 – 20 ngày;

 Chiều dày lớp bùn trong bể dao động trong khoảng 0.6 – 2.4 m, tùy theo nhiệt độ môi trường

6.2.3.2 Tuyển nổi tách bùn

Theo nguyên lý vận hành thiết bị, quá trình tuyển nổi tách bùn

có thể phân loại thành ba dạng chính sau đây: (1) tuyển nổi bằng khí hòa tan – DAF; (2) tuyển nổi chân không và (3) tuyển nổi bằng khí phân tán Trong đó, tuyển nổi bằng khí hòa tan thường được sử dụng để xử lý bùn hoạt tính Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi tách bùn bằng DAF được biểu diễn trong hình 6.2

Hình 6.2 Sơ đồ tuyển nổi tách bùn DAF.

Tải trọng bùn trong bể tuyển nổi tách bùn DAF cao hơn bể nén bùn trọng lực do tốc độ tách pha rắn trong bể DAF lớn hơn Tải trọng chất rắn đặc trưng trong bể DAF được trình bày trong bảng 6.4

Bảng 6.4 Tải trọng bùn trong bể DAF

Hệ thống Tải trọng (kg/m

2 ngđ) Không châm hóa chất Có châm hóa chất

Tháo cặn đáy

Cơ cấu hớt váng

Bể tuyển nổi

Thu gom bùn đáy

Tuần hoàn cặn lơ lửng Đầu vào

Cặn lơ lửng đầu ra

Thông thường 50 < 225

6.2.3.3 Tính toán thiết kế bể phân hủy kị khí

Việc thiết kế hệ thống phân hủy bùn kị khí dựa trên các thông số chính sau đây: (1) thời gian lưu bùn, (2) tải trọng thể tích và (3) độ giảm thể tích bùn theo thời gian

Thời gian lưu bùn

Sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí bùn thải là khí CH4 và CO2 Lượng khí CH4 sinh ra có thể được ước tính theo công thức sau:

k

 V: thể tích CH4 sinh ra ở điều kiện chuẩn (m3/ngđ);

 k: hằng số biến đổi theo lý thuyết (= 0.35 m3 CH4/kg BODL);

 Q: lưu lượng ((m3/ngđ));

 S0: nồng độ BOD đầu vào (kg/m3);

 S: nồng độ BOD đầu ra (kg/m3);

 Px: khối lượng bùn sinh ra trong một ngày (kg/ngđ)

Đối với thiết bị phân hủy kị khí tải trọng cao, có khuấy trộn hoàn toàn và không tuần hoàn bùn, sinh khối bùn sinh ra hàng ngày có thể được ước tính theo công thức sau đây:

c d x

k

Q S S Y

P

 1

0







 Y: hệ số thu hoạch (kg/kg);

 kd: hệ số phân hủy nội bào (ngày-1);

 Өc: thời gian lưu bùn (ngày)

Thông số thiết kế cho thời gian lưu bùn trong thiết bị phân hủy kị khí tải trọng cao, có khuấy trộn hoàn toàn được trình bày trong bảng 6.5

Bảng 6.5 Thời gian lưu bùn trong thiết bị phân hủy kị khí tải trọng cao, có khuấy trộn hoàn toàn

Nhiệt độ ( o C)

Thời gian lưu bùn (ngđ) Tối thiểu Đề xuất

Hệ số tải trọng

Hai dạng hệ số tải trọng thông dụng nhất là: (1) khối lượng chất rắn bay hơi đưa vào bể mỗi ngày trên một đơn vị dung tích bể (kg/

m3.ngđ) và (2) khối lượng chất rắn bay hơi đưa vào thiết bị tính trên khối lượng chất rắn bay hơi có trong bể (kg/kg) tải trọng đặc trưng đối với thiết bị phân hủy tải trọng tiêu chau63n thường dao động trong khoảng 0.5 – 1.6 kg/m3.ngđ (tính theo chất rắn bay hơi) Đối với thiết bị phân hủy kị khí tải trọng cao, giá trị tải trọng đặc trưng dao động trong khoảng 1.6 – 4.8 kg/m3.ngđ (tính theo chất rắn bay hơi) và thời gian lưu nước dao động trong khoảng 10 – 20 ngày Ở tải trọng cao hơn 4.0 kg/m3.ngđ, quá trình khuấy trộn sẽ gặp trục trặc Ảnh hưởng của nồng độ bùn, thời gian lưu nước đối với hệ số tải trọng chất rắn bay hơi được trình bày trong bảng 6.6

Bảng 6.6 Mối quan hệ giữa tải trọng chất rắn bay hơi và nồng độ bùn

Nồng độ bùn (%) Tải trọng chất rắn bay hơi (kg/m

3 ngđ)

10 ngày 15 ngày 20 ngày

Độ giảm thể tích

Nếu phần nước bề mặt được tách riêng và dẫn trở lại các công trình xử lý nước thải, thể tích của bùn còn lại sẽ giảm tương ứng và có thể ước tính như sau:

  









 V f V f V d

V

3 2

 V: thể tích phân hủy (m3);

 Vf: thể tích bùn ban đầu (m3/ngđ);

 Vd: thể tích bùn đã phân hủy (m3/ngđ);

 : thời gian phân hủy (ngđ)

Thông số thiết kế bể phân hủy kị khí vận hành ở điều kiện mesophilic được trình bày tóm tắt trong bảng 6.7

Bảng 6.7 Thông số thiết kế bể phân hủy kị khí vận hành ở điều kiện mesophilic

Thông số Đơn vị Tốc độ tiêu chuẩn Tốc độ cao

Thể tích (bùn từ quá trình xử lý

sơ bộ và bùn hoạt tính)

Tải trọng chất rắn Kg/m3.ngđ 0.64 – 1.60 1.60 – 3.20

Các bể phân hủy kị khí có thể có dạng tròn, hình chữ nhật hay dạng hình trứng Trong đó, thông dụng nhất vẫn là dạng hình trụ tròn và dạng hình trứng Bể có dạng hình trụ tròn ít

khi có đường kính nhỏ hơn 6 m và lớn hơn 40 m Chiều dày của lớp nước trong bể lớn hơn 8 m và độ sâu của bể từ 15 m hoặc hơn Việc sử dụng bể có dạng hình trứng chủ yếu

đề hạn chế công tác vệ sinh bể, tạo điều kiện khuấy trộn tốt hơn, dễ dàng khống chế lớp cặn bề mặt và giảm diện tích cần thiết

6.2.3.4 Tính toán thiết kế hệ thống phân hủy hiếu khí

Phân hủy bùn hiếu khí được sử dụng để xử lý bùn từ các công trình xử lý sinh học hiếu khí có công suất nhỏ hơn 0.2 m3/s So với quá trình phân hủy bùn kị khí, quá trình phân hủy hiếu khí có những ưu điểm sau:

 Mức độ phân hủy chất rắn bay hơi trong hệ thống phân hủy hiếu khí tương đương với phân hủy kị khí;

 Nồng độ BOD trong nước bề mặt thấp hơn;

 Quá trình phân hủy ít hay không gây mùi hôi, tạo ra sản phẩm ổn định và dạng mùn;

 Thu hồi được nguyên liệu có giá trị để sản xuất phân bón từ bùn;

 Vận hành đơn giản;

 Chi phí đầu tư thấp hơn

Những nhược điểm chính của quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm:

 Chi phí vận hành cao hơn do phải duy trì hệ thống cấp oxy;

 Bùn sau xử lý khó tách nước bằng phương pháp cơ học;

 Quá trình bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ, vị trí và vật liệu chế tạo bể;

 Không thể thu hồi được khí CH4

Hai quá trình thường được áp dụng gồm: (1) phân hủy hiếu khí cổ điển và (2) phân hủy hiếu khí với lượng oxy tinh khiết cao Các thông số thiết kế thiết bị phân hủy bùn hiếu khí được trình bày trong bảng 6.7

Bảng 6.7 Thông số thiết kế thiết bị phân hủy bùn hiếu khí

Thông số Đơn vị Khoảng dao động

Thời gian lưu nước (đối với bùn hoạt tính thải) Ngày 10 – 15

Năng lượng cần

DO còn lại trong chất lỏng Mg/L 1 – 2

6.2.4 Hệ thống khử nước

Quá trình khử nước của bùn nhằm: (1) giảm chi phí vận chuyển bùn đến nơi thải bỏ, (2) dễ xử lý và vận chuyển, (3) tăng nhiệt năng của bùn nhờ giảm hàm lượng nước trong bùn, (4) giảm lượng vật liệu tạo độ rỗng trong quá trình ủ compost, (5) giảm sự phát sinh mùi, (6) giảm sự hình thành nước rò rỉ

Thiết bị lọc chân không Ưu điểm của thiết bị lọc chân không là không đòi hỏi công

nhân vận hành có kỹ thuật cao, ít bảo trì bảo dưỡng do thiết bị được vận hành liên tịc Nhược điểm chính là tiêu tốn năng lượng và gây ồn Nước sau lọc có hàm lượng cặn lơ lửng cao

Thiết bị ly tâm Ưu điểm của thiết bị ly tâm

là hạn chế mùi hôi, dễ khởi động, dễ lắp ráp

Bùn sau ly tâm có hàm lượng ẩm thấp Chi

phí đầu tư thấp Nhược điểm của thiết bị ly

tâm là phải tách cát và nghiền hỗn hợp nhập

liệu trước khi ly tâm, yêu cầu công nhân vận

hành kỹ thuật cao và nước sau khi ly tâm có

hàm lượng cặn lơ lửng cao

Thiết bị lọc băng tải Ưu điểm của thiết bị

lọc băng tải là ít tốn năng lượng, chi phí

đầu tư và vận hành thấp, dễ bảo trì và vận

hành Bùn sau khi lọc có hàm lượng ẩm

thấp Nhược điểm của thiết bị này là bị hạn

chế bởi trở lực thủy lực, cần phải nghiền

hỗn hợp nhập liệu, rất nhạy đối với đặc tính

bùn đưa vào thiết bị, thời gian sử dụng vật

liệu ngắn, không nên vận hành tự động

Thiết bị lọc băng tải là thiết bị tách nước của bùn, sử dụng áp lực cơ học để xử lý bùn đã qua xử lý sơ bộ bằng hóa chất Hỗn hợp bùn lỏng được ép giữa hai lớp băng tải chạy qua các trục ép có đường kính giảm dần Thiết bị gồm có ba vùng:

 Vùng nén trọng lực, tại đây, nước thấm qua lỗ rỗng của băng tải nhờ trọng lực;

 Vùng nén ép, tại đây, chất rắn được loại bỏ phần lớn nước tự do trước khi qua vùng nén áp lực cao;

 Vùng nén áp lực cao, dưới tác dụng cảu áp lực sử dụng, hầu hết nước được tách khỏi bùn

Thông thường, bùn đưa vào thiết bị ép băng tải có hàm lượng chất rắn dao động trong khoảng 1 – 4% và sau khí ép thành bánh, hàm lượng chất rắn có thể đạt 12 – 35% Hiệu quả tách nước phụ thuộc vào bản chất của bùn xử lý

Thiết bị lọc khung bản Ưu điểm của thiết bị lọc khung bản

là bùn sau xử lý có hàm lượng ẩm thấp nhất và nước sau lọc

có hàm lượng cặn lơ lửng thấp Nhược điểm của thiết bị này

là phải vận hành theo từng mẻ, chi phí thiết bị và nhân công

vận hành cao, chiếm diện tích lớn, đòi hỏi công nhân vận

hành và bảo trì kỹ thuật cao, tiêu tốn hóa chất

Các thông số vận hành thiết bị tách nước được trình bày tóm tắt trong các bảng 6.8 và 6.9

Bảng 6.8 Nồng độ bùn sau khi qua các thiết bị tách nước

Thiết bị Nồng độ chất rắn (%)

Nén trọng lực

- Bùn từ quá trình xử lý sơ bộ 4 – 10

- Bùn từ quá trình xử lý sơ bộ và bùn hoạt tính 2 – 6

Tuyển nổi cô đặc bùn (có thêm hóa chất) 3 – 6

Ly tâm cô đặc bùn (có thêm hóa chất) 4 – 8

Lọc chân không (có thêm hóa chất) 15 – 30

Lọc băng tải (có thêm hóa chất) 15 – 30

Bảng 6.9 Đặc tính nước thải từ các thiết bị tách nước

Thiết bị BOD (mg/L) SS (mg/L)

Nén trọng lực

- Bùn từ quá trình xử lý sơ bộ 100 – 400 80 – 300

- Bùn từ quá trình xử lý sơ bộ và bùn hoạt tính 60 – 400 100 – 350

Tuyển nổi cô đặc bùn (có thêm hóa chất) 50 – 400 100 – 600

Ly tâm cô đặc bùn (có thêm hóa chất) 400 – 1200 500 – 1500

Lọc chân không (có thêm hóa chất) 500 – 5000 1000 – 5000

Lọc băng tải (có thêm hóa chất) 50 – 500 200 – 2000

Ly tâm (có thêm hóa chất) 1000 – 10000 2000 – 10000

Phân hủy kị khí (tốc độ cao) 2000 – 5000 1000 – 10000

6.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ MÙI PHÁT SINH TỪ HỆ THỐNG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Tùy theo nguồn phát sinh mà có biện pháp giảm thiểu khác nhau Nhìn chung để giảm thiểu tối

đa tác động của mùi từ hệ thống xử lý nước thải tránh ảnh hưởng đến môi trường xung quanh thì việc quy hoạch lựa chọn vị trí đặt hệ thống xử lý nước thải chiếm một vai trò quan trọng Vị trí đặt hệ thống xử lý nên chọn ở cuối gió và có khoảng cách ly đối với các khu vực sản xuất, văn phòng và khu dân cư liền kề Khoảng cách ly cần thiết có thể tham khảo trong tiêu chuẩn ngành hoặc quy phạm xây dựng Đối với mỗi nguồn phát sinh riêng biệt có thể áp dụng một số giải pháp sau:

Đối với mùi phát sinh từ bể điều hòa: việc sục khí liên tục hay rút ngắn thời gian lưu của nước

trong bể điều hòa có thể giảm tối đa lượng mùi phát sinh Ngoài các biện pháp trên có thể làm kín bể để tránh phát tán mùi

Đối với khí thải từ hệ thống xử lý bùn: có thể thực hiện việc thông gió cục bộ để phát tán mùi

đối với hệ thống nhỏ Trong trường hợp công suất lớn, có thể lắp đặt hệ thống thu khí và dẫn qua

bể xử lý khí bằng phương pháp lọc sinh học để xử lý lượng mùi trên

Đối với khí thải phát sinh từ khu vực pha chế - lưu giữ hóa chất: có thể giảm thiểu bằng cách

sử dụng các thiết bị kín, hay lắp đặt hệ thống thu gom và phát tán, hay điều chỉnh pH của dung dịch cho phù hợp để tránh bay hơi,…

Tài liệu tham khảo

Trần Thị Mỹ Diệu; 2005 Xử lý nước thải; Đại học Văn Lang;

Metcalf & Eddy; 2003 Wastewater Engineering – Treatment and Reuse, Fourth Edition,

McGraw Hill, 2003;

W.Wesley Eckenfelder Jr 2000 Industrial water pollution control, third edition, Mcgraw Hill,

2000;