(Khoá luận tốt nghiệp) tính toán hệ thống xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao quy mô phòng thí nghiệm

Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng MỞ ĐẦU Nước khởi nguồn cho sống, nước hai nhu cầu khơng thể thiếu với loài sinh vật kể người Chất lượng môi trường nước ảnh hưởng trực tiếp lên sức khỏe sống loài Hiện nhu cầu sống dần bị đe dọa nghiêm trọng Bên cạnh lượng nước bi thâm hụt sử dụng nước bừa bãi khơng mục đích chất lượng nước suy giảm trầm trọng, mà nguyên nhân ý thức người Hằng ngày lượng lớn nước thải xả trực tiếp gián tiếp ngồi mơi trường mà chưa qua xử lý gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước Hậu trước tiên gây cân sinh thái, số loài sinh vật bị tuyệt chủng khơng thích nghi với nguồn nước bị nhiễm Tiếp đến ảnh hưởng đến người Nước bị ô nhiễm gây bệnh: da liễu, đường ruột… bệnh mà giới chưa có phương thức cứu chữa như: ung thư… Chính mà chúng cần xử lý nước thải nguồn để giảm thiểu tác hại nước thải đến môi trường Để triển khai ngồi thực tế cần có mơ hình, tính tốn phịng thí nghiệm Tại trường Đại học Dân lập Hải Phịng chưa có mơ hình bể chứa nước thải chứa hàm lượng hữu cao Việc thực đề tài: “Tính tốn hệ thống xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cao quy mơ phịng thí nghiệm “ Có vai trị làm mơ hình nghiên cứu cho cơng trình ngồi thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu giảng dạy giảng viên sinh viên trường Đại học Dân lập Hải Phịng Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI 1.1 Tổng quan nƣớc thải 1.1.1 Khái niệm Nước thải chất lỏng thải sau trình sử dụng người bị thay đổi tính chất ban đầu chúng 1.1.2 Phân loại.[3] Thông thường nước thải phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng Đó sở cho việc lựa chọn biện pháp công nghệ xử lý Theo cách phân loại này, có loại nước thải đây: Nước thải sinh hoạt: nước thải từ khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học sở tương tự khác Nước thải công nghiệp: nước thải từ nhà máy hoạt động, có nước thải sinh hoạt nước thải cơng nghiệp chủ yếu Nước thấm qua: nước mưa thấm vào hệ thống cống nhiều cách khác qua khớp nối, ống khuyết tật thành hố ga hay hố người Nước thải tự nhiên: nước mưa xem nước thải tự nhiên Ở thành phố đại nước thải tự nhiên thu gom theo hệ thống thoát riêng Nước thải đô thị: thuật ngữ chung chất lỏng hệ thống cống thành phố Đó hỗn hợp loại nước thải kể Theo quan điểm quản lý môi trường, nguồn gây ô nhiễm nước phân thành hai loại: nguồn xác định nguồn không xác định Nguồn xác định bao gồm nước thải đô thị nước thải công nghiệp, cửa cống xả nước mưa tất thải vào nguồn tiếp nhận nước có tổ chức qua hệ thống cống kênh thải Nguồn không xác định bao gồm nước chảy trôi bề mặt đất, nước mưa nguồn phân tán khác Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Sự phân loại có ích đề cập đến vấn đề điều chỉnh kiểm sốt nhiễm 1.2 Một số thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc thải Để đánh giá chất lượng môi trường nước người ta phải vào số tiêu tiêu vật lý, hóa học, sinh học Qua thông số nước cho phép ta đánh giá mức độ ô nhiễm hiệu phương pháp xử lý 1.2.1 Các tiêu vật lý a) Nhiệt độ [1] Nhiệt độ nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết hay mơi trường khu vực Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt nước thải nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện nhân thường cao từ 10 – 25oC so với nước thường Nước nóng gây ô nhiễm có lợi tùy theo mùa vị trí địa lý Vùng có khí hậu ơn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến phát triển vi sinh vật trình phân hủy Nhưng vùng nhiệt đới nhiệt độ cao nước sơng hồ làm thay đổi q trình sinh, hóa, lý học bình thường hệ sinh thái nước, làm giảm lượng ơxy hịa tan vào nước tăng nhu cầu ơxy cá lên lần Một số lồi sinh vật không chịu nhiệt độ cao chết di chuyển nơi khác, có số lồi khác lại phát triển mạnh nhiệt độ thích hợp b) Màu sắc[3] Nước có màu, đặc biệt nước thải thường có màu nâu đen đỏ nâu - Các chất hữu xác động, thực vật phân rã tạo thành - Nước có sắt mangan dạng keo hịa tan - Nước có chất thải công nghiệp (crom, tanin, lignin) Màu nước thường phân thành hai dạng; màu thực chất hòa tan dạng hạt keo; màu biểu kiến màu chất lơ lửng nước tạo nên Trong thực tế người ta xác định màu thực nước, nghĩa sau lọc bỏ chất khơng tan Có nhiều phương pháp xác định màu nước, Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng thường dùng phương pháp so màu với dung dịch chuẩn clorophantinat coban c) Độ đục.[3] Độ đục nước hạt lơ lửng, chất hữu phân hủy giới thủy sinh gây Độ đục làm giảm khả truyền ánh sáng nước, ảnh hưởng khả quang hợp sinh vật tự dưỡng nước, gây giảm thẩm mỹ lảm giảm chất lượng nước sử dụng Vi sinh vật bị hấp phụ hạt rắn lơ lửng gây khó khăn khử khuẩn Đơn vị chuẩn độ đục cản quang 1mg SiO2 hòa tan l nước cất gây Đơn vị đo độ đục: đơn vị độ đục = mg SiO2 /lít nước Độ đục cao nước nhiễm bẩn lớn d) Mùi vị Nước nước khơng mùi vị Khi bắt đầu có mùi biểu hiện tượng nhiễm Trong nước thải mùi đa dạng tùy thuộc vào lượng đặc điểm chất gây ô nhiễm Một số khí sau sinh từ q trình phân hủy sinh học nước thải có chứa chất nhiễm như: H S (mùi trứng thối), NH (mùi khai) … 1.2.2 Các tiêu hóa học sinh học a) Độ pH Giá trị pH nước thải có ý nghĩa quan trọng trình xử lý Giá trị pH cho phép ta lựa chọn phương pháp thích hợp, điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết q trình xử lý nước Các cơng trình xử lý nước phương pháp sinh học thường hoạt động pH từ 6,5 – 9,0 Môi trường tối ưu để vi khuẩn phát triển thường – Các nhóm vi khuẩn khác có giới hạn pH khác Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi với pH từ 4,8 – 8,8, vi khẩn nitrat với pH từ 6,5 – 9,3 b) Chỉ số DO (Disolved Oxygen).[3] DO lượng oxi hòa tan để trì sống cho sinh vật nước Bình thường oxi hịa tan nước khoảng – 10 mg/l, chiếm 70 – 80 % oxi bão hòa Mức oxi hòa tan nước tự nhiên nước thải phụ thuộc vào Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, hoạt động giới thủy sinh, hoạt động hóa sinh, hóa học vật lý nước Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi dùng nhiều cho q trình hóa sinh xuất hiện tượng thiếu oxi trầm trọng Phân tích số oxi hịa tan (DO) tiêu quan trọng đánh giá ô nhiễm nước giúp ta đề biện pháp xử lý thích hợp c) Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemical Oxygen Denand) Nhu cầu oxy sinh hóa nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt BOD, lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu nước vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí Q trình gọi q trình oxy hóa sinh học Q trình tóm tắt sau: Chất hữu + O vikhuân CO + H O + tế bào + sản phẩm cố định Quá trình địi hỏi thời gian dài ngày, phải phụ thuộc vào chất chất hữu cơ, vào chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước Bình thường 70% nhu cầu oxy sử dụng ngày đầu, 20% ngày tiếp theo, 99% ngày thứ 20 100% ngày thứ 21 d) Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical oxygen Demand) Chỉ số COD lượng oxy cần thiết cho q trình oxy hóa hóa học chất hữu nước thành CO2 H O tác nhân oxi hóa mạnh COD biểu thị lượng chất hữu oxy hóa đường hóa học Chỉ số COD có giá trị cao BOD bao gồm lượng chất hữu khơng bị oxy hóa vi sinh vật Có thể xác định hàm lượng COD phương pháp trắc quang với lượng dư dung dịch K Cr2 O7 chất oxy hóa mạnh để oxy hóa chất hữu môi trường axit với xúc tác Ag SO4 Cr2 O72 + 14 H Hoặc: + 6e → Cr + H O + CO2 O2 + H Nguyễn Thị Phương Lan + 4e → H O Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Hoặc xác định hàm lượng COD phương pháp chuẩn độ Theo phương pháp lượng Cr2 O72 dư chuẩn dung dịch Feroin Điểm tương đồng xác định dung dịch chuyển từ xanh sang nâu đỏ Fe + Cr2 O72 + 14 H → Fe + Cr + H O e Chỉ số vệ sinh (E – Coli).[3] Trong nước thải đặc biệt nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn ni v.v… nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn phân người phân xúc vật Trong có nhiều lồi vi khuẩn gây bệnh đặc biệt bệnh đường tiêu hóa, tả, lị thương hàn, vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm E – coli vi khuẩn phổ biến nước thải, sống điều kiện khắc nhiệt mơi trường ngồi phịng thí nghiệm Chính người ta chọn E – coli tiêu đánh giá chất lượng nước thải Vi khuẩn đường ruột gồm nhóm: Nhóm Coliform đặc trưng Escherichia coli (E.coli) Nhóm Streptococcus đặc trưng Streptococcus faecalis Nhóm Clostridium đặc trưng Clostridium perfringens 1.3 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải 1.3.1 Phương pháp học.[3] a) Lọc qua song chắn rác ( xử lý sơ bộ) Song chắn đặt trước công trình làm đặt miệng xả phân xưởng nước thải chứa tạp chất thô, dạng sợi Chiều rộng khe hở song chắn chọn theo kích thước tạp chất học có nước thải, chọn vật liệu song chắn phải tính đến giá trị pH nước thải Đây hình thức xử lý sơ Mục đích q trình loại tất tạp vật gây cố q 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 thuận lợi cho hệ thống xử lý nước tự nhiên lẫn nước thải Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng b) Lắng Trong xử lý nước thải, trình lắng dùng để loại tạp chất dạng huyền phù thô khỏi nước Sự lắng hạt diễn tác dụng trọng lực Để tiến hành trình người ta thường dùng loại bể lắng khác như: bể lắng cát, bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng hướng tâm Trong công nghệ xử lý nước thải, theo chức năng, bể lắng phân thành: bể lắng cát, bể lắng cấp I, bể lắng cấp II Bể lắng cấp I có nhiệm vụ tách chất rắn hữu chất rắn khác, bể lắng II có nhiệm vụ tách bùn sinh học khỏi nước thải Các bể lắng phải thỏa mãn yêu cầu: có hiệu xuất lắng cao xả bùn dễ dàng c) Lọc Lọc dùng để xử lý nước thải, để tách loại tạp chất nhỏ khỏi nước thải mà bể lắng không lắng Trong loại phin lọc thường có loại phin lọc dùng vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu dạng lọc làm thép có đục lỗ lưới thép không gỉ, nhôm, niken, đồng thau… loại vải khác (thủy tinh, amiang, bơng, len, sợi tổng hợp) Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ bền dẻo học, không bị trương nở bị phá hủy điều kiện lọc Vật liệu lọc dạng hạt cát thạch anh, than cốc, sỏi, đá nghiền, chí than gỗ Đặc tính quan trọng lớp hạt lọc độ xốp bề mặt riêng Q trình lọc xảy tác dụng áp xuất cột chất lỏng hay áp suất cao trước vách vật liệu lọc chân không sau lớp lọc Chất bẩn màng sinh học bám vào bề mặt vật liệu lọc bít khe hở của lớp lọc làm cho dòng chảy bị chậm lại ngưng chảy Do q trình làm việc, người ta phải rửa phin lọc, lấy bớt màng bẩn phía trên, cho nước thải từ lên để tách màng bẩn vật liệu lọc Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng 1.3.2 Phương pháp hóa lý a) Keo tụ Trong trình lắng học tách hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn ≥ 10 mm, hạt nhỏ dạng keo khơng thể lắng Ta làm tăng kích cỡ hạt nhờ tác dụng tương hỗ hạt phân tán liên kết vào tập hợp hạt để lắng Muốn trước tiên ta phải trung hịa điện tích chúng, thứ đến liên kết chúng với Q trình trung hịa điện tích hạt gọi q trình đơng tụ, cịn q trình tạo thành bơng lớn từ hạt nhở - trình keo tụ Các hạt lơ lửng nước mang điện tích âm dương Các hạt có nguồn gốc silic hợp chất hữu mang điện tích âm, hạt hidroxit sắt hidroxit nhơm mang điện tích dương Khi điện động nước phá vỡ, hạt mang điện tích liên kết lại với thành tổ hợp phân tử, nguyên tử hay ion tự Các tổ hợp hạt bơng keo Có hai loại bơng keo: loại kị nước loại ưa nước Loại ưa nước thường ngậm thêm phân tử lượng vi khuẩn, vi rút… Loại keo kị nước đóng vai trị chủ yếu cơng nghệ xử lý nước nói chung xử lý nước thải nói riêng Các chất đơng tụ thường dùng mục đích muối nhơm, muối sắt hỗn hợp chúng Đây hai loại hóa chất thông dụng xử lý nước cấp xử lý nước sinh hoạt Các muối nhôm thường có: Al ( SO4 ) 18H O , NH Al (SO4 ) 12H O , NaAlO2 Al (OH ) Cl , KAl ( SO4 ) 12H O Trong sử dụng rộng rãi là: Al (SO4 ) Al (SO4 ) tan tốt nước, chi phi thấp, hoạt động có hiệu cao khoảng pH = ÷ 7,5 Các muối sắt thường dùng làm chất động tụ có nhiều ưu điểm so với muối nhơm do: Tác dụng tốt nhiệt độ thấp Có khoảng giá trị pH tối ưu môi trường rộng Độ bền lớn kích thước bơng keo có khoảng giới hạn rộng thành phần muối Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Có thể khử mùi vị có H S Nhưng muối sắt có nhược điểm chúng tạo thành phức hịa tan có mầu làm cho nước có mầu Dùng phèn phản ứng photphat kết lắng sau: Al (SO4 ) + PO → AlPO4 + SO4 pH tối ưu = 5,6 – Đây phản ứng khử P nước thải Dùng vôi để loại muôi bicacbonat, cacbonat, photphat magie Dùng muối clorua sunfat sắt (III) để loại photphat: FeCl + H O + PO → FePO + Cl + H O Dùng natri aluminat để loại photphat: Na Al O4 + PO + H O → AlPO4 + NaOH + OH Những chất kết lắng thành bùn bùn có chứa nhiều hợp chất khó tan Việc sử dụng bùn làm phân bón cần phải xem xét, cân nhắc, bùn làm cho trồng khó tiêu hóa b) Hấp phụ Hấp phụ phương pháp dùng rộng rãi để làm triệt để nước thải khỏi chất hữu hòa tan sau xử lý sinh học xử lý cục nước thải có chứa hàm lượng nhỏ chất Những chất thường không phân hủy đường sinh học thường có độc tính cao Nếu chất bị hấp phụ tốt chi phí riêng lượng chất hấp thụ khơng lớn việc ứng dụng phương pháp hợp lý Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét, silicagen, keo nhơm, số chất tổng hợp chất thải sản xuất như: xỉ, mạt sắt… số than hoạt tính dùng phổ biến Than hoạt tính có hai dạng: bột hạt dùng để hấp phụ Lượng chất hấp phụ phụ thuộc vào khả hấp phụ chất hàm lượng chất bẩn nước Phương pháp hấp phụ 58 – 95% chất hữu màu Các chất hữu bị hấp phụ tính đến phenol, ankybenzen, sulfonic axit, thuốc nhuộm Nguyễn Thị Phương Lan Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng hợp chất thơm Đã có ứng dụng dùng than hoạt tính hấp phụ thủy ngân thuốc nhuộm khó phân hủy, tốn làm cho q trình khơng kinh tế Phương pháp hấp thụ có tác dụng tốt việc xử lý nước thải chứa chất hữu kim loại nặng màu Để loại bỏ kim loại nặng, chất vô hữu độc hại người ta sử dụng than bùn số loài thực vật nước khác bèo tây Ưu điểm phương pháp có hiệu cao, có khả xử lý nhiều chất nước thải thu hồi chất c) Trao đổi ion Trao đổi ion trình tương tác dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi ion chứa ion khác có dung dịch Bằng cách người ta loại số ion dung dịch nước Phương pháp ứng dụng để làm nước nước thải khỏi kim loại như: Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, Hg, Cd, V, Mn…, hợp chất asen, phơtpho, xyanua, chất phóng xạ, khử muối nước cấp, cho phép thu hồi chất có giá trị đạt mức độ làm cao Vì áp dụng rộng rãi để tách muối xử lý nước nước thải 1.3.3 Phương pháp hóa học Các phương pháp hóa học dùng xử lý nước thải gồm có: trung hịa, oxi hóa khử Tất phương pháp dùng tác nhân hóa học nên kinh phí cao Người ta sử dụng phương pháp hóa học để khử chất hịa tan hệ thống cấp nước khép kín Đơi phương pháp dùng để xử lý sơ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước a) Phương pháp trung hịa Nước thải chứa chất vơ kiềm cần trung hòa pH khoảng 6,5 ÷ 8,5 trước thải vào nguồn nước sử dụng cho công nghệ xử lý Nguyễn Thị Phương Lan 10 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Trong có tới 65% CH Vì q trình cịn đươc gọi lên men metan quần thể vi sinh vật gọi tên chung vi sinh vật metan Điểm đến nước đưa đến bể sinh học hiếu khí Aeroten Nước thải có chứa chất hữu hòa tan chất lơ lửng Khi bể, vi khuẩn cư trú chất lơ lửng, trưởng thành, sinh sản dần phát triển lên thành cặn gọi bùn hoạt tính (bùn hoạt tính bơng cặn màu nâu chứa chất hữu hấp thụ từ nước thải nơi cư trú để phát triển vô số vi khuẩn vi sinh vật sống khác) Các vi khuẩn, vi sinh vật sống dùng chất (BOD) chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn sau chuyển hóa chúng thành chất trơ khơng hịa tan thành tế bào Q trình chuyển hóa theo bước xen kẽ liên tiếp Một vài loài vi khuẩn phân hủy chất hữu có cấu trúc phức tạp chuyển hóa thải hợp chất hữu có cấu trúc đơn giản Q trình tiếp tục chất thải cuối khơng thể làm thức ăn cho lồi vi khuẩn khác Sau nước thải tiếp tục chảy sang bể lắng bùn chất lơ lửng lắng xuống đáy theo hệ thống tháo cặn Nước thải qua bể xử lý đảm bảo yêu cầu TC 5945:2005 3.4 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động bể sinh học 3.4.1 Nguyên tắc hoạt động bể sinh học  UASB Trong bể phản ứng với dòng nước dâng lên qua bùn tiếp tục vào bể lắng đặt với bể phản ứng Khí metan tạo lớp bùn Hỗn hợp khí – lỏng bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng Với quy trình bùn tiếp xúc nhiều với chất hữu có nước thải trình phân hủy xảy tích cực Các loại khí xảy điều kiện kị khí (chủ yếu CH CO ) tạo dòng tuần hồn cục bộ, giúp cho việc hình thành hạt bùn hoạt tính giữ cho chúng ổn định Một số bọt khí hạt bùn có khí bám vào lên mặt hỗn hợp phía bể Khi va phải lớp lưới chắn phía trên, bọt khí bị vỡ hạt bùn tách lại lắng xuống Nguyễn Thị Phương Lan 23 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng  Aeroten Nước thải sau qua bể UASB nước thải đưa đến bể Aeroten Tại diễn trình làm nước thải nhờ bơng bùn hoạt tính Các vi khuẩn, vi sinh vật làm chuyển hóa, phân hủy chất hữu có cấu trúc phức tạp thành chất có cấu trúc đơn giản Q trình chuyển hóa đước biểu thị giai đoạn: Giai đoạn 1: Oxy hóa chất hữu cơ: C x H y Oz + O enzim CO + H O Giai đoạn 2: Xây dựng tế bào: C x H y Oz + O enzim CO + H O + C5 H NO2 Giai đoạn 3: Phân hủy nội sinh: C H NO2 + O enzim O + H O + NH Quá trình phát triển sinh khối vi khuẩn tỉ lệ thuận với mức độ amoni ( NH hay NH ) thành nitrit nhờ vi khuẩn nitrosomonas, nitrit thành nitrat nhờ nitrobacter Chúng loại vi sinh vật tự dưỡng sử dụng nguồn cacbon vô nước, muối bicacbonat làm chất theo phản ứng sau: 1,02 NH + 1,89 O + 2,02 HCO3 0,021 C5 H NO2 + 1,06 H O + 1,92 H CO + NO3 Sau q trình khử nitrat xảy theo giai đoạn nối tiếp nhau: NO3 NO NO(kh) N O (khử) N Khử nitrat NO3 + 1,8 CH OH + H 0,065 C5 H NO2 + 0,47 N + 0,76 CO2 + 2,44 H O Tại bể hiếu khí, vi khuẩn ngồi tiêu thụ lượng lớn cacbon, chúng sử dụng lượng N, P có nước thải để tổng hợp tế bào Do lượng C, N, P nước giảm đáng kể, hiệu xuất xử lý BOD, COD đạt 70 – 75%, hiệu xuất xử Nitơ đạt 60 – 70 % Nguyễn Thị Phương Lan 24 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng 3.4.2 Cấu tạo bể sinh học Cấu tạo bể sinh học thể qua hình vẽ đây: UASB khí Bộ tách rắn - khí Nước Lớp đệm bùn Nước vào Nguyễn Thị Phương Lan 25 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Bể Aeroten Máy sục khí Nước Bùn tuần hoàn Nước vào Hệ thống tháo cặn Nguyễn Thị Phương Lan 26 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng CHƢƠNG IV: TÍNH TỐN 4.1 Bể chứa nƣớc thải Bể chứa nước thải có chức giống bể điều hòa làm ổn định nồng độ nước thải điều hòa lưu lượng nước thải W = Wdh + Wm [6] Với - Wdh : dung tích bể điều hịa lưu lượng nước thải Wdh = Wdh = Q q.T = 1,4 1,4 0,00125 = 0,00357 (m³) 1,4 Q: lưu lượng nước thải (m³/ngày.đêm) q: lưu lượng trung bình nước thải chảy vào khỏi bể (m³/h) T: thời gian điều hòa cần thiết (T = 4h) 1,4: hệ số điều hòa thực nghiệm - Wm : dung tích để ổn định nồng độ nước thải Wm = 0,00125 × = 0,005 (m³) Dung tích bể chứa nước thải: W = 0,0357 + 0,05 = 0,00857 (m³) 4.2 Tính tốn bể UASB.(1) ♦ Q v = 0,03 m³/ngày.đêm ♦ Đầu vào có C v = 2500 mg COD/l ♦ Đầu có C r = 500 mg COD/l Lượng COD cần khử ngày Nguyễn Thị Phương Lan 27 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng m = (2500 – 500) × 0,03 × 10 = 0,06 ( kg COD/ ngày) Chọn tải trọng COD bể L = ( kg COD/m³.ngày) Thể tích phần xử lý yếm khí: V= m = 0,06 = 0,015 (m³) L Chọn diện tích bề mặt là: F = 0,05 m² Chiều cao phần xử lý yếm khí H1 = V 0,015 = = 0,3 (m) F 0,05 Chiều cao phần lắng Chọn H =0,2 (m) Chiều cao bảo vệ, phần thu khí H = 0,1 (m) Chiều cao xây dựng bể UASB là: H = H + H + H = 0,3 + 0,2 + 0,1 = 0,6 (m) Thời gian lưu nước bể: T= V H F 24 = Q Q 24 = 0,6 0,05 24 = 24 (h) 0,03 ♦ Tính lượng khí sinh ống thu khí + Lượng khí sinh ra: Khi lên men nước thải lượng khí sinh bể dao động khoảng 0,5 ÷ 0,7 (m³/kg COD lb ) Chọn lượng khí sinh bể 0,5 (m³/kg COD lb ) Qkhí = 0,5 (m³/kg COD lb ) × 0,06 (kg COD/ngày) = 0,03 (m³/ngày) = 0,00125(m³/h) = 0,000347 (l/s) Trong lượng khí metan sinh chiếm khoảng 70 ÷ 80% Chọn metan sinh chiếm khoảng 70% Nguyễn Thị Phương Lan 28 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng lượng metan sinh 0,35 (m³/kg CODlb ) QCH = 0,35 (m³/kg COD lb ) × 0,06(kg COD/ngày) = 0,021 (m³/ngày) + Tính ống thu khí: Chọn vận tốc khí ống là: V khí = 10 (m/s) Đường ống dẫn khí Qkhí = 24 3600 Vkhí Dkhí = 0,03 24 3600 10 = 0,00021 (m) = 0,21(mm) Trên thực tế khơng có loại ống thỏa mãn kích thước Chọn Dkhí = 0,3 mm ♦ Tính lượng bùn sinh Lượng bùn sinh bể = 0,05 ÷ 0,1 (kg VSS/kg COD LB ) - Khối lượng bùn sinh ngày: M bùn = 0,1 (kg VSS/kg COD lb ) × 0,06 = 0,006 (kg VSS/ngày) Ta có : 1m³ bùn = 260 kg VSS Thể tích bùn sinh ngày: Vbùn = M bùn 0,006 = = 0,0000231 (m³/ngày) 260 260 Lượng bùn sinh tháng: Vbùn × 30 = 0,0000231×30 = 0,000692 (m³/tháng) Nguyễn Thị Phương Lan 29 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng Bể xử lý:  COD từ 2500 mg/l xuống 500 mg/l  BOD từ 1200 mg/l xuống 360 mg/l 4.3 Tính tốn bể Aeroten 4.3.1 Tính thể tích bể Trong thiết kế lựa chọn loại bể aeroten khử BOD Lựa chọn thông số sau[4] : Nồng độ bùn hoạt tính bể aeroten : X=1500(g/m3;mg/l) Thời gian lưu bể bùn hoạt tính : c = 10(ngày) Độ tro bùn hoạt tính, thường lấy z = 0,3 Thể tích cơng tác bể aeroten tính theo cơng thức[5] : V= Q Y (S S ) X (1 K d c ) c Trong : Q : Lưu lượng tính tốn nước thải (m3/ngày đêm) -1 K d : Hệ số phân hủy nội bào (ngày ) Chọn K d = 0,05 Y : Hệ số đồng hóa (Hệ số suất sử dụng chất cực đại), (mg bùn hoạt tính/mg BOD5 tiêu thụ) Chọn Y= 0,3 S , S : Hàm lượng BOD5 vào khỏi bể aeroten (mg/l) Thay số : V= 0,03 0,3 (360 72) 10 1500 (1 0,05 10) = 0,01152 (m3) Thời gian lưu nước bể aeroten là: T= Thay số: T = V (ngày) [4] Q 0,01152 = 0,384 (ngày)= 9,22 (h) 0,03 Năng suất sử dụng chất tính theo cơng thức sau : Nguyễn Thị Phương Lan 30 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng YB = Thay số : YB = Y Kd C 0,3 = 0,2 (0,05 10) Phần sinh khối xả theo bùn dư: Pbùn = YB Q ( S S ) = 0,2×0,03×(360-72) = 1,728 (g/d) 4.3.2 Lƣợng bùn thải hàng ngày bể hiếu khí tính theo cơng thức : Gbùn = 0,8 × ( SS ) + 0,3 × BOD5 Trong : SS: Hàm lượng cặn lơ lửng có nước thải (kg/ngày) BOD5 : Hàm lượng BOD5 tính theo (kg/ngày) (SS) = Q × SS0 × 10-3 (kg/ngày) ( BOD5 ) = Q × BOD5 × 10-3 (kg/ngày) Q: Lưu lượng nước thải vào bể aeroten (m3/ngày) SS : Hàm lượng cặn lơ lửng nước thải vào bể aeroten (mg/l) BOD5 : Hàm lượng BOD5 xử lý bể aeroten (mg/l) (SS) = 0,03 × 440 × 10-3 = 0,0132 (kg/ngày) ( BOD5 ) = 0,03 × 288 × 10-3 =0,00864 (kg/ngày) Như vậy: Gbùn = 0,8 × 0,0132 + 0,03 × 0,00864 = 0,01315 (kg/ngày) Kiểm tra tiêu làm việc bể aeroten: Chỉ số thể tích tính theo công thức sau: F M Thay số: Như vậy: Tỷ số = Q S0 X V F M = 0,03 440 = 0,764 (mg/mg.ngày) 1500 0,01152 F < 1, sinh khối tạo thành bể ít, có đủ thời gian để vi M khuẩn tạo nha bào dính vào dính vào bơng bùn làm cho kích thước bùn lớn, bùn lớn nhanh Nguyễn Thị Phương Lan 31 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Tải trọng thể tích tính theo cơng thức sau: L= S0 Q V Thay số: L = 440 0,03 × 10 0,01152 = 1,1458 (kg BOD/m³.ngày) Bể xử lý:  BOD từ 360 mg/l xuống 72 mg/l  COD từ 500 mg/l xuống cịn 100mg/l 4.4 Tính tốn bể lắng Bể lắng có nhiệm vụ lắng nước sau xử lý sinh học ♦: Diện tích mặt bể lắng S= Q (1 ) C0 Ct VL Trong Q: lưu lượng nước thải α: Hệ số (α = 0,6 ÷ 0,8), chọn α = 0,6 C : nồng độ bùn hoạt tính bể sinh học: C0 = β × X ( Với β = 0,8, Nồng độ bùn hoạt tính X = 1500 (mg/l) C t : Nồng độ bùn vòng tuần hồn ÷ mg/l) Chọn C t = 7000 (mg/l) VL : Vận tốc lắng mặt phân chia L VL = Vmax × e K C L 10 (m/h) Vmax = m/h K = 600 ( 50 < SVI < 150) C L = 0,5 C t = 0,5 × 7000 = 3500 (mg/l) → VL = × e Nguyễn Thị Phương Lan 600 3500 10 = 0,857 (m/h) 32 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Vậy diện tích mặt bể là: Q (1 ) C0 0,03 (1 0,6) 1200 = Ct VL 7000 0,857 S= S = 0,0096 (m²) ♦: Diện tích buồng trung tâm f b = 10% × S = 10% × 0,0096= 0,00096 (m²) ♦: Tổng diện tích bể F = S + f b = 0,0096 + 0,00096 = 0,01056 (m²) ♦: Đường kính bể Bể thường xây dựng theo hình trụ: F D= = 0,01056 = 0,116 (m) ♦: Đường kính buồng phân phối d= fb = 0,00096 = 0,0349 (m) ♦: Tải trọng thủy lực a= Q 0,03 = = 3,125 (m³/m².ngày) S 0,0096 ♦: Vận tốc lên nước bể a 3,125 = = 0,13 (m/h) 24 24 V= ♦: Tải trọng bùn b= Q (1 ) C0 0,03 (1 0,6) 1200 = = 250,015 (kg/m².h) 24S 24 0,0096 ♦: Chiều cao bể - h1 : chiều cao dự trữ mặt thoáng, h1 = 0,1 (m) - h2 : chiều cao cột nước trong, h2 = 0,6 (m) - h3 : chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 30% tâm h3 = D 0,116 × tg(15°) = × 0,2679 = 0,016 (m) 2 Nguyễn Thị Phương Lan 33 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng - h4 : chiều cao phần chứa bùn 0,15 (m) chiều cao bể là: H = h1 + h2 + h3 + h4 = 0,1 + 0,6 + 0,016+ 0,15 = 0,866(m) ♦: Thể tích phần chứa bùn Vbùn = S × h4 = 0,0096 × 0,15 = 0,00144 (m³) ♦: Nồng độ bùn bể C tb = CL Ct = 7000 3500 = 5250 (mg/l) ♦: Lượng bùn chứa bể lắng Gtb = Vbùn C tb = 5,25 × 0,00144 = 0,00756 (m³) ♦: Dung tích bể lắng V = H × S = 0,866× 0,0096 = 0,0083 (m³)  Bể xử lý COD từ 100 mg/l xuống 80 mg/l  Bể xử lý BOD từ 72 mg/l xuống 45 mg/l Nguyễn Thị Phương Lan 34 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Kết luận Với số liệu lựa chọn cho công nghệ xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cao như: Đầu vào: Q = 0,03 m³/ngày COD = 2500 mg/l BOD = 1200 mg/l SS = 440 mg/l Đầu ra: COD = 80 mg/l BOD = 45mg/l SS = 60mg/l Em lựa chọn phương pháp tính tốn hệ thống xử lý nước thải dành cho nguồn nước chứa hàm lượng hữu cao xử lý phương pháp sinh học kị khí Trong đề tài tính tốn thiết kề hệ thống xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cao với quy mơ phịng thí nghiệm thí hệ thống sau: Bể chứa nước thải với dung tích 0,00857 (m³) Có tác dụng làm ổn định lưu lượng dòng vào, ổn định nồng độ chất ô nhiễm Bể sinh học kị khí UASB với thể tích phần xử lý yếm khí 0,015 m³ Có thể xử lý lượng COD từ 2500 mg/l xuống 500 mg/l Hiệu xuất xử lý COD 80%, BOD 80% tương ứng với lượng BOD giảm từ 1200 mg/l xuống 360 mg/l Bể sinh học hiếu khí aeroten với thể tích cơng tác bể 0,01152 m³, thời gian lưu nước bể 9,22 h Có thể xử lý BOD từ 360 mg/l xuống 72 mg/l, hiệu xuất 80% COD từ 500 xuống 100 mg/l, hiệu xuất 80% Bể lắng với dung tích 0,086 m³, xử lý COD từ 100 mg/l xuống 80 mg/l, BOD từ 72 mg/l xuống 45 mg/l Nguyễn Thị Phương Lan 35 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng Đồ án tốt nghiệp giúp em gần gũi với vốn kiến thức em học, nhiên em chưa khảo sát thực tế nhiều lên đồ án mang tính lý thuyết chưa mang tính thực tế Rất mong đóng ghóp bảo thầy để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn Nguyễn Thị Phương Lan 36 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phịng TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS Đặng Đình Bạch, TS Nguyễn Văn Hải – Giáo trình Hóa học Mơi trường, NXB KHKT - 2006 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga - Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải Nhà xuất KHKT - Hà Nội - 2005 PGS.TS Lƣơng Đức Phẩm - Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học Nhà xuất giáo dục - 2002 PGS.PTS Hoàng Huệ - Xử lý nước thải Nhà xuất xây dựng Hà Nội 1996 TS Trịnh Xn Lai - Tính tốn cơng trình hệ thống cấp nước thải Nhà xuất xây dựng Hà Nội - 2000 Trần Hiếu Nhuệ - Thốt nước xử lý nước thải cơng nghiệp Nhà xuất KHKT Hà Nội - 2001 Nguyễn Thị Phương Lan 37