Bài Giảng Xử Lý Nước Thải Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải

Bộ môn Công nghệ Môi trường – Khoa Môi trường 1 CHƯƠNG 1 CÁC BƯỚC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1 1 Tổng quan về nước thải và công nghệ xử lý nước thải 1 1 1 Nhận dạng chất[.]

Bộ môn Công nghệ Môi trường – Khoa Môi trường CHƯƠNG CÁC BƯỚC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Tổng quan về nước thải và công nghệ xử lý nước thải 1.1 Nhận dạng chất thải môi trường nước “Nước thải chất thải lỏng thải sau trình sử dụng người bị thay đổi tính chất ban đầu chúng” Thông thường nước thải phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng Đó sở cho việc lựa chọn biện pháp hoăc công nghệ xử lý Nước tự nhiên nước hình thành số lượng chất lượng ảnh hưởng q trình tự nhiên, khơng có tác động người Do tác động người, nước tự nhiên bị nhiễm bẩn chất khác dẫn đến kết làm ảnh hưởng đến chất lượng Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước ảnh hưởng hoạt động người bao gồm: - Thay đổi giá trị pH nước ô nhiễm H 2SO4, HNO3 từ khí nước thải cơng nghiệp, tăng hàm lượng SO 42- NO3- nước - Tăng hàm lượng ion Ca, Mg, Si…trong nước ngầm nước sơng mưa hồ tan, phong hố quặng cacbonat Khi hàm lượng ion vượt mức theo tiêu chuẩn cho phép chất lượng nước sử dụng - xếp vào hạng mục chất nhiễm Nước ngầm thường có hàm lượng ion khoáng hoá cao so với nước mặt nằm lịng đất nên tích tụ chất khống từ đất, đá qua Tăng hàm lượng ion kim loại nặng nước tự nhiên, trước hết Pb, Cd, Hg, As, Zn anion PO 43-, NO3-, NO2-… - Tăng hàm lượng muối nước bề mặt nước ngầm chúng vào mơi trường nước nước thải, từ khí từ chất thải rắn Tăng hàm lượng hợp chất hữu cơ, trước hết chất hữu khó phân - huỷ sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu…) Giảm nồng độ oxy hồ tan nước tự nhiên q trình oxy hố liên - - quan đến q trình phì dưỡng (eutrophication) nguồn chứa nước khoáng hoá hợp chất hữu Giảm độ nước Tăng khả ô nhiễm nước tự nhiên nguyên tố phóng xạ Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà - Làm gia tăng giá trị nhiệt độ nước Nhiệt độ nước tăng tác động tiêu cực đến hệ sinh thái, hàm lượng ôxy hoà tan nước giảm nhiệt độ tăng, điều ảnh hưởng đến động vật thuỷ sinh đặc tính tự làm nước Các tiêu cấp nước: độ pH, độ trong, độ cứng, hàm lượng sắt, mangan số E.Coli Các tính chất đặc trưng nước thải: giá trị pH, hàm lượng chất rắn, nhu cầu ơxy sinh hố BOD, nhu cầu ơxy hố học COD, dạng nitơ, phốtpho, dầu mỡ, mùi, màu, kim loại nặng nước thải công nghiệp 1.1.2 Các chất gây ô nhiễm nước Nước thải bị ô nhiễm chất khác Tổ chức y tế giới (WHO) hướng dẫn phân loại chất nhiễm nước hố học sau: - Các chất hữu không bền sinh học - Các muối vơ độc - Các sản phẩm dầu mỏ - Các hợp chất gen sinh học - Các chất độc đặc biệt bao gồm kim loại nặng, hợp chất hữu tổng hợp không phân huỷ sinh học Các thành phần quan trọng nước thải liên quan đến công nghệ xử lý Thành phần Các chất rắn lơ lửng Ghi Các chất rắn lơ lửng dẫn đến tăng khả lắng bùn điều kiện kỵ khí thải nước thải không qua xử lý vào môi trường nước Các chất hữu phân Gồm Protein, cacbonhydrat chất béo Các chất hữu huỷ sinh học phân huỷ sinh học đo tiêu BOD COD Nếu thải chúng trực tiếp vào mơi trường: q trình ổn định sinh học chúng dẫn đến giảm lượng ôxy nước tự nhiên dẫn đến nguyên nhân gây mùi vị Rất nhiều bệnh lan truyền qua vi khuẩn gây Các nhân tố gây bệnh bệnh có nước thải Các chất dinh dưỡng Cả nitơ photpho cacbon chất dinh dưỡng cho phát triển sinh vật Khi thải chúng BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI vào môi trường nước, chất dinh dưỡng dẫn đến phát triển sinh vật ý muốn mơi truờng nước (sự phú dưỡng), cịn thải chúng vào đất làm ô nhiễm nước ngầm Các chất hữu trơ Các chất hữu không bị phân huỷ phương pháp xử lý nước thải thơng thường (phương pháp sinh học) ví dụ chất tẩy rửa, hoá chất bảo vệ thực vật, phenol Kim loại nặng Các kim loại nặng thường nhiễm vào nguồn nước Các chất rắn vô hồ tan hoạt động cơng nghiệp Các thành phần vơ canxi, natri, sunfat có mặt nước thải sinh hoạt sau trình sử dụng nước Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải, Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, NXB KHKT 2002 1.2 Tổng quan phương pháp xử lý nước thải 1.2.1 Các phương pháp xử lý nước thải * Phương pháp lý học: Công nghệ xử lý nước thải phương pháp lý học (cơ học) dùng để loại chủ yếu tạp chất không tan khỏi nước Các hợp chất khơng tan nước thải bị loại bỏ thường có kích thước lớn * Phương pháp hố học: Phương pháp hóa học làm nước thải bao gồm trung hịa, oxi hóa khử Tất phương pháp liên quan đến việc tiêu hao hố chất, chi phí lớn Người ta ứng dụng phương pháp để loại chất hòa tan hệ thống cấp nước khép kín * Phương pháp sinh học: Phương pháp hóa sinh ứng dụng để xử lí nước thải sinh hoạt nước thải cơng nghiệp khỏi nhiều chất hữu hòa tan số chất vô (H2S, sunfua, NH3, nitric ) Q trình xử lí dựa khả vi sinh sử dụng chất làm chất dinh dưỡng hoạt động sống - Các chất hữu vi sinh nguồn cacbon Các phương pháp nêu chia tái sinh phân huỷ Phương pháp tái sinh bao gồm việc thu hồi chế biến tiếp tục chất có giá trị Trong phương pháp phân huỷ, chất ô nhiễm chịu phân huỷ oxi hóa khử Sản phẩm phân huỷ loại khỏi dạng khí cặn Việc chọn phương pháp làm thiết kế hệ thống phụ thuộc yếu tố: Các yêu cầu công nghệ vệ sinh nước Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Số lượng nước thải Các điều kiện nhà máy nhiệt lượng vật chất (hơi, nhiên liệu, khơng khí nén, điện năng, tác chất, chất hấp thụ) điện tích cần thiết cho hệ thống xử lí Hiệu xử lí 1.2.2 Các giai đoạn xử lý nước * Giai đoạn tiền xử lý xử lý bậc (sơ cấp, sơ bợ): gồm cơng trình thu gom từ song chắn rác đến sau cơng trình lắng bậc Giai đoạn khử vật rắn có kích thước lớn tạp chất lắng để bảo vệ bơm đường ống - Tiếp nhận nước - Chắn rác - ổn định lưu lượng nồng độ - Tách hạt lơ lửng (lắng, lọc, ly tâm) - Tuyển * Xử lý bậc hai (thứ cấp): nhằm xử lý chất hoà tan chất keo phương pháp hoá lý hầu hết chất hữu hồ tan phân huỷ sinh học phương pháp sinh học - Trung hoà - Keo tụ, đông tụ - Xử lý chất hữu phân huỷ sinh học - Xử lý bùn * Xử lý bậc cao (bậc 3): nhằm mục đích xử lý chất dinh dưỡng, chất hồ tan cịn lại - Vi lọc, tủa hoá học, thẩm thấu, trao đổi ion - Xử lý N,P - Khử mùi vị, khử trùng * Thải bỏ chất thải cuối cùng: gồm cơng trình thải nước vào nguồn 1.3 Các bước lựa chọn công nghệ xử lý nước thải Bước Xác định đặc trưng chung dịng thải • Mức tiêu thụ thải nước thải q trình sản xuất/hoạt động • Đặc tính hữu dễ phân huỷ, khó phân huỷ • Các chất vô cơ, tập trung ý KLN • pH Bước Kiểm tra kĩ thông số: BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI • Phân tích thơng tin từ giá trị nồng độ thơng số Sắp xếp chất nhiễm vào nhóm thơng số • Nếu nhà máy chưa hoạt động tham quan 2,3 sở sản xuất tương tự nhằm thu thập thông tin phục vụ cho bước lựa chọn cơng nghệ sơ • Thí nghiệm pilot nhằm xác định khả xử lý số thông số đặc trưng cần thiết Bước Lựa chọn sơ • Liệt kê cơng nghệ có • Cơng nghệ đề xuất (đề xuất số phương án cơng nghệ có khả áp dụng) dựa phân tích thơng tin/dữ liệu thu thập • Dự đốn hiệu suất q trình • Dự trù kinh phí Bước Lựa chọn cuối dựa vào phân tích tiêu chí lựa chọn hệ thống xử lý nước thải 1.4 Các tiêu chí quan trọng lựa chọn hệ thống xử lý nước thải Khả áp dụng Khả áp dụng quy trình đánh giá dựa kinh nghiệm khứ, tài liệu xuất bản, tài liệu nhà máy nghiên cứu pilot Trong trường hợp hay khơng bình thường chưa gặp cần tiến hành nghiên cứu thí nghiệm quy mô pilot Lưu lượng nước thải Công nghệ xử lý chọn phải đáp ứng lưu lượng dự kiến Ví dụ, bể điều hồ khơng phù hợp với lưu lượng nước thải cực lớn Mức độ dao động lưu lượng nước thải Hầu hết trình hệ thống thiết kế cho giải lưu lượng Q trình hệ thống hoạt động tốt lưu lượng ổn định Nếu mức độ biến động lưu lượng lớn cần có q trình điều hồ Đặc tính dịng thải Đặc tính nước thải đầu vào có ảnh hưởng đến cơng nghệ chọn (ví dụ xử lý hố học hay sinh học) yêu cầu cho trình vận hành tốt Các thành phần cản trở và không chịu tác động Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Có thành phần cản trở q trình xử lý? Thành phần khơng chịu tác động trình xử lý? Các vấn đề về khí hậu Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hầu hết trình hố, sinh Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động học thiết bị Nhiệt độ ấm áp đẩy nhanh việc phát sinh mùi hạn chế việc phát tán khơng khí Quy mơ q trình xử lý lựa chọn dựa vào động học phản ứng, hệ số chuyển khối tiêu chuẩn tải lượng Kích cỡ thiết bị phản ứng phải dựa vào động học phản ứng, hệ số chuyển khối Dữ liệu động học lấy từ kinh nghiệm, tài liệu xuất bản, kết nghiên cứu điển hình Chất lượng Chất lượng thường đánh giá thông qua chất lượng dòng ra, phù hợp với quy định thải Xử lý tàn dư Dạng số lượng tàn dư sau xử lý bao gồm dạng rắn, lỏng khí phải tính tốn hay ước lượng Q trình xác định thực thông qua nghiên cứu pilot 10 Xử lý bùn Có hay khơng yếu tố làm việc xử lý tiêu huỷ bùn trở nên không khả thi tốn kém? Việc tuần hồn chất thải từ q trình xử lý bùn ảnh hưởng đến phận xử lý nước? Việc chọn lựa hệ thống xử lý bùn cần đôi với việc chọn lựa hệ thống xử lý nước 11 Các yếu tố môi trường Các yếu tố môi trường loại gió chủ đạo, hướng gió, khoảng cách đến khu dân cư hạn chế ảnh hưởng đến việc sử dụng số trình, đặc biệt có phát sinh mùi Giao thơng ảnh hưởng đến việc chọn địa điểm Môi trường nước tiếp nhận có giới hạn đặc trưng, địi hỏi phải loại bỏ số thành phần đặc biệt dinh dưỡng khỏi nước thải tiếp nhận 12 Các yêu cầu về hoá chất Nguồn lượng hoá chất cần phải sẵn có khoảng thời gian dài nhằm đảm bảo vận hành hệ thống có hiệu quả? Việc bổ sung hố chất có ảnh hưởng đến đặc tính chất tồn đọng sau xử lý chi phí xử lý? BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI 13 Yêu cầu về lượng Nếu mục đích thiết kế hệ thống xử lý có hiệu kinh tế cần phải biết yêu cầu lượng chi phí cho lượng tương lai 14 Yêu cầu về nhân sự Cần người mức độ kỹ để vận hành hệ thống? Có sẵn nguồn nhân lực không? Cần đào tạo thêm gì? 15 Các yêu cầu về vận hành và bảo trì hệ thống Các yêu cầu đặc biệt vận hành bảo dưỡng? Cần phụ tùng thay nào, nguồn đâu chi phí sao? 16 Yếu tố lệ thuộc Các yếu tố lệ thuộc bao gồm gì? Tác động chúng đến chất lượng xử lý, đặc biệt chúng khơng cịn sản xuất? 17 Độ tin cậy Mức độ tin cậy hệ thống xét thời gian dài? Hệ thống bị trục trặc khơng, có chịu sốc định kỳ lưu lượng khơng? Nếu có chất lượng nước thải sau xử lý bị ảnh hưởng nào? 18 Tính phức tạp Mức độ phức tạp việc vận hành hệ thống trường hợp thông thường trường hợp khẩn cấp? Người vận hành cần đào tạo gì? 19 Tính tương thích Với sở vật chất có hệ thống có vận hành bình thường khơng? Việc mở rộng nhà máy thực dễ dàng không? 20 Khả thích ứng Hệ thống hay q trình xử lý sửa chữa, thay đổi để đáp ứng với yêu cầu xử lý tương lai không? 21 Phân tích vịng đời kinh tế Việc đánh giá chi phí phải bao gồm chi phí vốn đầu tư ban đầu, chi phí vận hành chi phí bảo dưỡng Hệ thống xử lý với chi phí đầu tư ban đầu thấp khơng hiệu mối liên quan với chi phí vận hành bảo dưỡng 22 Quỹ đất Quỹ đất có cho phép xây dựng không hệ thống xử lý xem xét mà cịn mở rộng tương lai khơng? Cần vùng đệm rộng để đảm bảo mỹ quan loại bỏ tác động xấu? Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHƯƠNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BIỆN PHÁP CƠ HỌC 2.1 Đối tượng Đối tượng chất thải chất gây ô nhiễm loại bỏ biện pháp học rác thải, nguyên vật liệu rơi vãi, chất rắn lơ lửng nước 2.2 Song chắn rác (screen bar) Các loại nước thải nói chung thường chứa chất tan không tan dạng hạt lơ lửng Các tạp chất lơ lửng dạng rắn lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù Để tách hạt lơ lửng khỏi nước, người ta sử dụng trình thuỷ lọc qua song chắn, lắng tác dụng lực trọng trường lọc nước thải Việc lựa chọn phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào kích thước hạt, tính chất hố lý, sinh học, nồng độ chất ô nhiễm, lưu lượng nước thải mức độ làm cần thiết Mục đích: Mục đích: Lọc qua cơng đoạn tách tạp chất thơ nước Mục đích q trình khử tất tạp vật gây cố trình vận hành hệ thống xử lý nước thải làm tắc bơm, đường ống kênh dẫn Đây bước quan trọng đảm bảo an toàn điều kiện làm việc thuận lợi cho hệ thống Trong xử lý nước thải nói chung, thường dùng song chắn để lọc nước máy nghiền để nghiền nhỏ vật bị giữ lại xử lý nước thải công nghiệp, người ta đặt thêm lưới chắn Cơng trình có tác dụng thu vớt tạp chất rắn kích thước lớn Song chắn đặt trước cơng trình làm sạch, đặt miệng xả phân xưởng nước thải sản xuất chứa tạp chất thô dạng sợi Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Hình 1: Lưới chắn rác dạng nghiêng 1.1 Cấu tạo song chắn Các song chắn làm kim loại, đặt cửa vào kênh dẫn, nghiêng góc từ 60 – 750 Song chắn đặt cố định di động, tổ hợp với máy nghiền nhỏ, thông dụng song chắn cố định Thanh song chắn có tiết diện trịn, vng hỗn hợp Thanh song chắn trịn có trở lực nhỏ lại nhanh bị tắc vật bị giữ lại Thơng dụng loại chắn có tiết diện hỗn hợp: cạnh vng góc phía sau cạnh trịn phía trước hướng đối diện với dòng chảy 1.2 Phân loại song chắn Dựa vào khoảng cách thanh, người ta chia song chắn thành loại: Song chắn thơ có khoảng cách từ 60 đến 100 mm song chắn mịn có khoảng cách từ nhỏ 6mm Vận tốc nước chảy song chắn: tốc độ nước chảy qua song chắn cần phải đủ lớn để đảm bảo không làm tổn thất tải lượng không làm tắc nghẽn song chắn làm vật đã lắng Kích thước song chắn tính dựa vào tốc độ chảy nước thải qua khe (thường lấy 0,8 đến m/s) chấp nhận giả thiết 30% diện tích song chắn bị bịt kín Khi xác định kích thước song chắn cần tính cho điều kiện mùa mưa với mức nước cao BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI - Diện tích bề mặt khe hở thu khí khơng nhỏ 15-20% tổng diện tích bề mặt bể (A) - Chiều cao phận thu khí từ 1,5-2m bể UASB có chiều cao khoảng 5-7m - Có mặt phân cách khí-lỏng thu khí - Độ dài phần giao chắn (baffle) từ 100-200mm để tránh tượng bóng khí lọt vào ngăn lắng - Thơng thường, chắn lắp đặt phía trước đập cửa tràn (weir) - Đường kính ống thu khí phải hợp lý đảm bảo khí dễ dàng, đặc biệt có tượng sủi bọt Ví dụ: Hãy xác định thông số thiết kế bể UASB để xử lý nguồn nước thải công nghiệp, đạt hiệu suất 90% COD hoà tan (nước thải hầu hết COD hồ tan), giả thiết có 50% COD dạng rắn VSS bị phân huỷ, 90% sunlphate xử lý, VSS bể 150g/m3 Các đặc tính nước thải: Lưu lượng m3/ngày 1.000 COD g/m 2.300 COD hoà tan TSS VSS Nhiệt độ Các thông số động học: g/m3 g/m3 2.000 200 g/m3 C 150 30 - Y (hệ số suất sử dụng chất cực đại): 0,08gVSS/gCOD - kd (hệ số phân huỷ sinh khối): 0,03g VSS/g VSS.ngày - μm (tốc độ sinh trưởng sinh khối cực đại): 0,25g VSS/g COD.ngày - fd (lượng cặn sinh phân huỷ sinh khối): 0,15g/g VSS bị phân huỷ - Hệ số hiệu thể tích bể E=0,85 - Chiều cao phần thu khí: 2,5m Giải: Thể tích bể UASB tính tốn dựa vào tải trọng khối sử dụng phương trình với tải trọng khối trung bình 10kg sCOD/m3.ngày: QS (1000m / ngay)(2kgsCOD / m ) Vn = = = 200 , m3 Lorg (10kgsCOD / m / ngay) 77 Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Thể tích phần lỏng bể phản ứng là: VL = Vn 200 = = 235 , m3 E 0,85 Diện tích mặt cắt ngang bể UASB Do nước thải có chất nhiễm hồ tan cao, chọn vận tốc dòng ngược 1,5m/h: A= A= D Q 1000m / = = 27,8 , m2 v (1,5m / h).(24h / ngay) = 27,8 nên bán kính bể UASB D=6m Chiều cao phần lỏng (phần chứa nước) là: HL = VL 235 = = 8,4 , m A 27,8 Tổng chiều cao bể UASB là: H T = H L + H G = 8,4 + 2,5 = 10,9 , m Thời gian lưu thuỷ lực nước bể UASB (HRT): = VL (235m ).(24h / ngay) = = 5,64 Q 1000m / Tính lượng bùn sinh bể (PX, VSS) Lượng bùn sinh ra: QXe = A + B + C (với Xe nồng độ bùn bể) Trong đó: * Sinh khối đồng hố: lượng vi sinh vật hình thành trình sinh trưởng (A): A= QY ( S − S ) + k d SRT * Lượng tế bào chết sinh ra: lượng vật chất tạo thành phân huỷ sinh khối bể: B= f d k d QY ( S − S ) SRT + k d SRT * Lượng chất rắn lơ lửng bay không phân huỷ sinh học dòng vào (nbVSS): C = Q(TSS − VSS ) = Q(nbVSS ) Theo đề ta có: Nồng độ COD hồ tan dịng với hiệu suất xử lý 90% là: S=(1-0,9).2000g/m3=200 g/m3 BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nồng độ chất rắn bay khơng phân huỷ sinh học cịn lại dịng với giả thiết có 50% lượng VSS dịng vào bị phân huỷ là: nbVSS=0,5.150 + (200 -150) g/m3 = 125 g/m3 Lượng COD rắn bị phân huỷ trình xử lý: pCOD=0,5(2300-2000) g/m3 = 150 g/m3 Do vậy, tổng lượng COD có khả phân huỷ dòng vào là: S0= 2000 + 150 = 2150 g/m3 Thay giá trị vào công thức ta có: Q.Xe=A+B+C 1000.150 = 1000.0,08(2150 − 200) 0,15.0,03.1000.0,08.(2150 − 200).SRT + + 1000.75 + 0,03.SRT + 0,03.SRT Từ ta có: SRT=52 ngày Vậy thời gian lưu bùn bể 52 ngày 5.3 Phương pháp sinh học điều kiện nhân tạo với trình màng sinh học 5.3.1 Màng sinh học Trong dòng nước thải có vật rắn làm giá đỡ (giá mang), vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn) dính bám bề mặt Trong số vi sinh vật có lồi sinh polysacarit có tính chất chất dẻo (gọi polyme sinh học), tạo thành màng Màng dầy dần thêm thực chất sinh khối vi sinh vật dính bám hay cố định chất mang Màng có khả oxi hố chất hữu có nước chảy qua tiếp xúc, ngồi màng khả hấp phụ chất bẩn lơ lửng trứng giun sán… Như vậy, màng sinh học tập hợp loài vi sinh vật khác nhau, có hoạt tính oxi hố chất hữu có nước tiếp xúc với màng Màng dày từ 1-3mm Màu màng thay đổi theo thành phần nước thải từ màu vàng xám đến màu nâu tối Trong trình xử lý nước thải chảy qua phin lọc sinh học theo hạt màng vỡ với kích thước 15 – 30 µm có màu sáng vàng nâu Trên bề mặt hạt cát, sỏi, đá, than gỗ chúng tạo thành màng nhầy giêlatin lớn dần lên, gọi màng sinh học Màng tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, vi sinh vật khác có động vật nguyên sinh Khác với quần thể vi sinh vật bùn hoạt tính, thành phần số 79 Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà lượng loài màng lọc tương đối đồng Mỗi màng lọc có quần thể cho riêng Sự khác khơng số lượng mà chất lượng Khi nước thải chảy qua màng sinh học, hoạt động sống quần thể vi sinh vật, thay đổi thành phần nhiễm bẩn thành phần hữu có nước Các chất hữu dễ phân giải vi sinh vật sử dụng trước với vận tốc nhanh, đồng thời số lượng quần thể tương ứng phát triển nhanh Các chất hữu khó phân giải sử dụng sau với vận tốc chậm quần thể vi sinh vật đồng hoá chúng phát triển muộn màng Màng sinh học tạo thành chủ yếu vi khuẩn hiếu khí phin lọc sinh học cơng trình làm nước hiếu khí, thực phải coi hệ tuỳ tiện Ngoài vi khuẩn hiếu khí, màng cịn có vi khuẩn tuỳ tiện kị khí Ở ngồi lớp màng lớp hiếu khí, dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus Lớp trung gian vi khuẩn tuỳ tiện, Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus Bacillus Lớp sâu bên màng kị khí, thấy có vi khuẩn kị khí khử lưu huỳnh khử nitrat Desulfovibrio Như vậy, hệ vi sinh vật màng sinh học phin lọc thể tuỳ tiện 5.3.2 Nguyên lý hoạt động Về nguyên lý phương pháp lọc sinh học dựa trình hoạt động vi sinh vật màng sinh học, oxi hoá chất bẩn hữu có nước Các màng sinh học tập thể vi sinh vật hiếu khí, kị khí kị khí tuỳ tiện Các vi khuẩn hiếu khí tập trung phần ngồi màng sinh học Ở chúng phát triển gắn với giá mang vật liệu lọc (được gọi sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng bám dính) Trong trình làm việc, vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy ngược từ lên sau nước thải đã làm thu gom xả vào lắng Nước vào lắng kéo theo mảnh vỡ màng sinh học bị tróc lọc làm việc Trong thực tế, phần nước đã qua lắng quay trở lại làm nước pha loãng cho loại nước thải đậm đặc trước vào bể lọc giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc Các vật liệu lọc có độ rỗng diện tích tiếp xúc đơn vị thể tích lớn điều kiện Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành dòng hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở vât liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học bề mặt vật liệu làm vi sinh vật màng phân huỷ hiếu BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI khí kị khí chất hữu có nước Các chất hữu phân huỷ hiếu khí sinh CO2 nước, phân huỷ kị khí sinh CO2 CH4 làm tróc màng khỏi vật mang, bị nước theo Trên mặt giá mang vật liệu lọc lại hình thành lớp màng HIện tượng lặp lặp lại nhiều lần Kết BOD nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng bị phân huỷ kị khí hiếu khí, nước thải làm Nước thải trước đưa vào xử lý lọc nhỏ giọt phải qua xử lý sơ để tránh tắc nghẽn khe vật liệu Nước sau xử lý lọc sinh học thường nhiều chất lơ lửng mảnh vỡ màng sinh học theo, phải đưa vào lắng lưu thời gian thích hợp để lắng cặn Trong trường hợp khác với nước bể aroten, nước khỏi bể sinh học thường bùn cặn từ aroten Nồng độ bùn cặn thường nhỏ 500mg/l - Phạm vi áp dụng Dùng để xử lý nước thải sinh học hồn tồn khơng hồn tồn Nồng độ BOD5 nước thải đưa vào bể lọc < 250 mg/l, trường hợp BOD5 lớn phải tuần hồn, SS 15 C (Nguồn: US EPA, 1974b) Cơng thức tính tốn: A= Q.BOD) LR (1000) Trong đó: A: Diện tích bề mặt hồ tùy nghi, BOD: Nồng độ BOD dòng vào, mg/l Q: Lưu lượng dòng vào, m3/ngày LR: Tải trọng khối BOD, kg/ha.ngày 1000: Hệ số chuyển đổi Chú ý: Với hệ thống có nhiều đơn nguyên, tải trọng khối BOD đơn nguyên không nên 100 kg/ha.ngày (ở khu vực có nhiệt trung bình mùa đơng lớn 150C) Ví dụ: Thiết kế hồ tùy nghi để xử lý nước thải cho thị trấn với lưu lượng thải 1100m3/ngày Nồng đợ BOD dịng vào 210 mg/l Nhiệt đợ trung bình mùa đơng 100C Thiết kế hệ thống gồm đơn nguyên với tải trọng khối nhỏ 80kg/ha.ngày đơn nguyên đầu tiên, tính thời gian lưu thủy lực hệ thống chiều dày bùn trung bình 0,5m với mức độ bay nước thấm 2,0mm nước/ngày Xác định tổng diện tích hồ: 89 Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Từ bảng tải trọng khối, lựa chọn giá trị tải trọng 38kg/ha.ngày giá trị 10 0C A= 1100.210 = 6.08 (ha) = 60.800m2 38.1000 Xác định diện tích đơn nguyên đầu tiên, sử dụng tải trọng khối 80 kg/ha.ngày A= 1100.210 = 2.80 (ha) = 20.800m2 80.1000 Xác định kích thước đơn nguyên: - Đơn nguyên đầu tiên: S1=20.800m2, lựa chọn kích thước: 100m x 288m x 1,5m - Hai đơn nguyên lại: S2=S3= (60.800 – 20.800)/2= 16.000m2, 111m x 144m x 1,5m Thời gian lưu thủy lực: - Thể tích chứa hồ với lớp bùn dày 0,5m: V=(1,5-0,5).60.800 = 60.800m3 - Thể tích nước đi: V’=0,002(m/d) x 60.800m2 = 122 m3/day - Thời gian lưu thủy lực: HRT = V 60800 = = 62 ngày Q − V ' 1100 − 122 b/ Tính theo cơng thức Wehner Wilhelm Khả xử lý BOD hồ tùy nghi: S = S + K T t Trong đó: S0, S: Nồng độ BOD5 ban đầu sau xử lý, mg/l t: Thời gian lưu nước hồ, ngày KT: Hệ số phụ thuộc vào kiểu hồ, nhiệt độ tính chất nước thải Với K T = K 20  (T − 20) Với nước thải sinh hoạt K20 từ 0,5-1, nước thải cơng nghiệp từ 0,3-2,5 θ số, 1,035 – 1,074 với hồ tự nhiên 1,045 với hồ thổi khí nhân tạo Ví dụ: Thiết kế hồ tùy nghi sử dụng theo công thức Wehner Wilhelm với thơng số sau: Lưu lượng thải: Q=1100m3/day BOD dịng vào: 210 mg/l BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI BOD dòng ra: 30 mg/l Giá trị K20 = Chiều sâu hiệu hồ 1m Giải: Tính lượng BOD cịn lại dịng ra: S 30 = 100% = 14,3% S 210 Hiệu xử lý: E = 100% - 14,3% = 86,7% Tính giá trị KT K T = K 20  (T − 20) = 1.1,07 ( 25− 20) = 1,4 ngày-1 Tính thời gian lưu nước hồ S 30 =  =  t = 42 (ngày) S + K T t 210 + 1,4.t Thể tích hồ tùy nghi: t= V (m )  V = Q.t = 1100.42 = 46.200m = 4,62ha Q(m / d ) Diện tích mặt hồ (với độ sâu tổng thể 1,5m, chiều sâu lớp bùn 0,5m): A= 46200 = 46200m (1,5 − 0,5) Kiểm tra tải trọng khối BOD LR = 1100(m / d ).210( g / m ) = 50(kgBOD / ha.day) , thỏa mãn điều kiện theo bảng 4,62(ha).1000( g / kg ) 91