Nghiên cứu ứng dụng c tech để xử lý nước thải sinh hoạt trong điều kiện việt nam

LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu, học viên nhận giúp đỡ, động viên thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo mơn Cấp nước, thầy cán khoa Sau đại học trường Đại Học Xây Dựng giúp đỡ tơi để tơi hồn thành đề tài nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy giáo hướng dẫn GS.TSKH Trần Hữu Uyển, người hướng dẫn tận tình, tỉ mỉ có nhiều góp ý q báu cho tơi q trình nghiên cứu đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng C-Tech để xử lý nước thải sinh hoạt điều kiện Việt Nam” Tôi xin cảm ơn tất bạn lớp Cao học Cơng nghệ mơi trường 2009 Cấp nước 2009, đồng nghiệp giúp đỡ tơi hồn thành luận văn nghiên cứu Do thời gian nghiên cứu trình độ chun mơn cịn hạn chế nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp để đề tài nghiên cứu hoàn thiện Một lần nữa, xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 06 tháng 04 năm 2011 Học viên Lê Văn Hiếu MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU 1 Sự cấp thiết đề tài Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài 2.1 Cơ sở khoa học 2.2 Cơ sở thực tiễn 3 Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Giá trị khoa học đóng góp đề tài Các phương pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp luận nghiên cứu 6.2 Thu thập tài liệu, số liệu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BÙN HOẠT TÍNH VÀ C-TECH 1.1 Nước thải sinh hoạt 1.2 Hiện trạng xử lý nước thải giới Việt Nam 10 1.2.1 Khái quát trạng xử lý nước thải giới 10 1.2.2 Hiện trạng thoát nước xử lý nước thải Việt Nam 12 1.2.3 Giới thiệu công nghệ C-Tech 17 1.2.3.1 Lịch sử phát triển 17 1.2.3.2 Ứng dụng C-Tech để xử lý nước thải giới 19 1.2.3.3 Ứng dụng C-Tech để xử lý nước thải Việt Nam 21 1.3 Các loại công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính thường áp dụng 23 1.3.1 Cơng nghệ Bùn Hoạt tính Truyền thống (CAS) 23 1.3.1.1 Nguyên tắc hoạt động 23 1.3.1.2 Ưu, nhược điểm 24 1.3.1.3 Các vấn đề cần xem xét vận hành 24 1.3.2 Xử lý phương pháp dùng mương oxy hóa tuần hồn (OD) 25 1.3.2.1 Nguyên tắc hoạt động 25 1.3.2.2 Ưu, nhược điểm 26 1.3.2.3 Các vấn đề cần xem xét vận hành 26 1.3.3 Xử lý bể Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR) 28 1.3.3.1 Nguyên tắc hoạt động 28 1.3.3.2 Ưu, nhược điểm 30 1.3.4 Lọc Nhỏ Giọt Truyền thống (CTF) 30 1.3.4.1 Nguyên tắc hoạt động 30 1.3.4.2 Ưu, nhược điểm 31 1.3.4.3 Các vấn đề cần xem xét vận hành 31 1.3.5 Xử lý nước thải công nghệ C-Tech 32 1.3.5.1 Nguyên tắc hoạt động 32 1.3.5.2 Ưu nhược điểm: 37 1.3.5.3 Các vấn đề cần xem xét vận hành 38 1.4 Kết luận chương 39 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG C-TECH 41 2.1 Các trình phân hủy hợp chất hữu nước thải 41 2.1.1 Oxy hoá chất hữu 41 2.1.2 Tổng hợp xây dựng tế bào 42 2.1.3 Tự oxy hoá chất liệu tế bào (tự phân hủy) 42 2.2 Cơ chế trình xử lý Nitơ, Phốt 45 2.2.1 Xử lý Nitơ 45 2.2.2 Xử lý Phốt 47 2.3 Các yếu ảnh hưởng đến hiệu suất trình xử lý 48 2.3.1 pH 48 2.3.2 Nhiệt độ 48 2.3.3 Oxy hòa tan 48 2.3.4 Thành phần dinh dưỡng vi sinh vật 49 2.3.5 Nồng độ cho phép chất bẩn hữu nước thải để bể C-Tech hoạt động có hiệu 50 2.4 Chế độ vận hành kiểm sốt q trình bể C-Tech 51 2.4.1 Chế độ vận hành 51 2.4.2 Công cụ đo 53 2.4.3 Kiểm sốt dịng vào 56 2.4.4 Sục khí 57 2.4.5 Đo nồng độ oxy hòa tan 57 2.4.6 Thiết bị xả nước 58 2.4.7 Điều kiện vận hành 58 2.4.8 Chế độ vận hành 59 2.4.8.1 Chu trình với lưu lượng cao 60 2.4.8.2 Vận hành sở kiểm sốt oxy hịa tan 61 2.4.8.3 Vận hành thơng qua tốc độ cấp khí kiểm sốt 61 2.4.9 Hệ thống bổ sung chất hữu 61 2.4.10 Kết luận chương 62 CHƯƠNG CÁC BƯỚC TÍNH TỐN VÀ TÍNH TỐN ỨNG DỤNG C-TECH 63 3.1 Các bước tính tốn bể C-Tech 63 3.2 Tính toán ứng dụng 69 3.3 Kết luận chương 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 Kết luận 76 Kiến nghị số hướng nghiên cứu 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hoá COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hoá học CAS Convetional Activated Sludge Quá trình xử lý sinh học bùn hoạt tính truyền thống dạng liên tục C-Tech Cyclic Activated Sludge Cơng nghệ bùn hoạt tính dạng mẻ Technology liên tục DO Dissolved Oxygend Oxy hoà tan F/M Food – Microorganism ratio Tỉ lệ thức ăn cho vi sinh vật MLSS Mixed Liquor Suspended Solids Chất rắn lơ lửng bùn lỏng MLVSS Mix Liquid Volatile Suspended Chất rắn lơ lửng bay bùn Solids lỏng OD Oxydation ditch Mương oxy hố SBR Seqencing Batch Reactor Cơng nghệ bùn hoạt tính dạng mẻ tuần hồn SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn SRT Solid Retention Time Thời gian lưu bùn SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng TN Total Nitrogen Hàm lượng Nitơ tổng TP Total Phosphorus Hàm lượng Photpho tổng TSS Total Suspended Solid Tổng chất rắn lơ lửng QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam VSV Vi sinh vật XLNT Xử lý nước thải DANH MỤC CÁC BẢNG Các bảng chương Bảng 1 Lượng chất bẩn người ngày xả vào hệ thống thoát nước Bảng Khối lượng chất bẩn có 1m3 nước thải sinh hoạt Bảng 3Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư Bảng Giá trị thông số ô nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt Bảng Tổng quan công nghệ phương pháp xử lý nước thải 11 Bảng Tình hình hoạt động số trạm xử lý nước thải 13 Bảng Các nhà máy sử dụng công nghệ C-Tech giới 19 Bảng Các nhà máy sử dụng công nghệ C-Tech Việt Nam 22 Bảng Nguyên tắc trình hoạt động bể C-Tech 36 Các bảng chương Bảng Chức loại vi khuẩn 45 Các bảng chương Bảng Bảng hệ số bùn hoạt tính ảnh hưởng đến q trình dị hóa 200C: 65 Bảng 2Bảng hệ số bùn hoạt tính ảnh hưởng đến q trình khử Nitơ 200C: 65 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Các hình vẽ chương Hình 1 Quy trình tổng quát nguồn cấp nước việc xử lý nước thải 10 Hình Ví dụ sơ đồ xử lý nước thải 12 Hình Biểu đồ so sánh suất đầu tư nhà máy XLNT 17 Hình Nhà máy xử lý nước thải Jelutong-Malaysia 19 Hình Mơ hình nhà máy xử lý nước thải TP Vinh 23 Hình Sơ đồ nguyên tắc hoạt động Mương oxy hố tuần hồn 26 Hình Sơ đồ hoạt động hệ thống Aeroten hoạt động gián đoạn SBR 28 Hình Các giai đoạn hoạt động chu kỳ bể SBR 29 Hình Sơ đồ nguyên tắc hoạt động bể C-Tech 32 Hình 10 Sơ đồ dòng nước ngăn Selector 33 Hình 11 Hệ thống phân phối khí 34 Hình 12 Thiết bị xả nước (Decantor) 36 Hình 13 Mặt bể C-Tech điển hình 37 Các hình vẽ chương Hình Quá trình phân hủy chất hữu 41 Hình 2 Quá trình tự oxy hóa 42 Hình Quá trình chuyển hố nitơ 47 Hình Sơ đồ điều khiển hệ thống xử lý nước thải 53 Hình Cơng cụ đo 55 Hình Sơ đồ điều khiển 55 Hình Lắp đặt ống sục khí 57 Hình Thiết bị xả nước 58 Hình Các giai đoạn xử lý bể C-Tech 59 Trang MỞ ĐẦU Sự cấp thiết đề tài Ơ nhiễm mơi trường, có ô nhiễm môi trường nước thải sinh hoạt sản xuất vấn đề mà đô thị nước ta gặp phải Trong năm qua, có nhiều chương trình, kế hoạch dự án cải thiện môi trường nước chuẩn bị thực đô thị Việt Nam Một trọng tâm chương trình công tác xử lý nước thải đô thị Về mặt kỹ thuật, nước thải xử lý nhiều phương pháp khác theo cấp độ làm tùy thuộc yêu cầu nguồn tiếp nhận Phương pháp xử lý nước thải truyền thống triệt để phương pháp sinh học Theo đó, q trình cơng nghệ phức tạp q trình phát triển vi sinh vật xảy điều kiện ràng buộc tượng hóa lý liên quan đến chuyển hóa vật chất lượng Tính phức tạp cịn tăng thêm trình mức độ vi mô (các tượng tế bào, quần thể vi sinh vật) xảy đồng thời với trình mức độ vĩ mơ (các q trình trao đổi chất truyền nhiệt phụ thuộc vào điều kiện thủy động cụ thể môi trường làm việc) Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính cơng nghệ xử lý nước thải phổ biến giới áp dụng rộng rãi đô thị Việt Nam Hệ thống C-Tech đánh giá giải pháp lý tưởng cho ứng dụng xử lý nước thải sinh hoạt Hệ thống C-Tech có ứng dụng rộng rãi cho xử lý nước thải với lưu lượng nước lớn, cung cấp xử lý liên tục Hệ thống phù hợp lý tưởng cho dịng chảy có lưu lượng thay đổi rộng điều khiển chế độ ‘nạp rút’, ngăn ngừa tượng thoái hoá bùn mà hay gặp hệ thống hiếu khí mở rộng Tại Việt Nam, đặc điểm tự nhiên, khí hậu, địa hình, chế độ thủy văn, điều kiện kinh tế xã hội nên việc tổ chức thoát nước xử lý nước thải thị thường theo hình thức phân tán, hình thành từ lưu vực nhỏ Mặt khác, ngồi việc xử lý cặn lơ lửng, BOD, để chống tượng phú dưỡng, cần thiết phải có q trình khử N, P Trang Vì vậy, việc ứng dụng bể C-Tech phù hợp điều kiện Việt Nam Trên giới có hàng trăm cơng trình sử dụng công nghệ C-Tech Châu Âu, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Trung Á, Trung Quốc, Ấn Độ nước ASEAN với từ 1.000m3/ngày đêm đến 600.000m3/ngày đêm để xử lý nước thải Bể C-Tech công nghệ đại, nhiên công nghệ Việt Nam việc tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống chưa biết đến nhiều Do cần đánh giá phù hợp công nghệ điều kiện Việt Nam Và trình vận hành sau cần có nghiên cứu đánh giá hiệu làm việc bể để áp dụng rộng rãi cho trạm xử lý khác Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng C-Tech để xử lý nước thải điều kiện Việt Nam” hy vọng phần sử dụng thực tế góp phần làm giảm nhiễm nước, đóng góp vào việc tìm hiểu áp dụng phương pháp vào việc xử lý nước thải chứa nitơ, phốt Việt Nam Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài 2.1 Cơ sở khoa học Hiện công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm hợp chất hữu giới Việt Nam chủ yếu sử dụng biện pháp sinh học, phương pháp xử lý hiếu khí xử lý kị khí phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm cao thông thường người ta xử lý kết hợp kị khí hiếu khí Xử lý nước thải phương pháp hiếu khí có nhiều hạn chế như: xử lý nước thải có mức độ ô nhiễm thấp, chi phí vận hành cho xử lý cao (tiền điện hóa chất bổ sung), tính ổn định hệ thống không cao, tạo nhiều bùn thải Đối với phương pháp xử lý kị khí thơng thường cần phải thời gian dài, khơng xử lý triệt để nước sau xử lý có mùi thối Công nghệ C-Tech (Cyclic Activated Sludge Technology) công nghệ bùn hoạt dạng mẻ liên tục, tương tự công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor-Bùn hoạt tính dạng mẻ tuần hoàn) áp dụng Việt Nam Trên giới có hàng trăm cơng trình áp dụng cơng nghệ C-Tech Đây cơng nghệ xử lý nước thải có nhiều ưu việt có khả xử lý Nitơ, Phốtpho cho chất lượng nước sau xử lý đạt nguồn loại A Trang 66 g/m3 K0 Biến  m kd Ks 0.4-0.6 0.5 1.06-1.123 1.03-1.123 1.03-1.08 1.07 1.053 1.04 Nguồn: Metcalf&Eddy Wastewater Engineering Treatment and Reuse bảng 8-11 Từ phương trình tính SRT Xác định X MLVSS Hàm lượng tăng sinh khối bể C-Tech tính theo MLVSS Px, VSS SRT  VT  X MLVSS  X MLVSS  Với Px,VSS  SRT  Px, VSS SRT VT Q  Y  ( S  S )  SRT Q  Yn  NO X  SRT  Q  (nbVSS )  SRT  (1  k d  SRT ) (1  k d n  SRT ) f d  k d  Q  Y  ( S  S )  SRT   k d  SRT Xác định lượng nitơ Kenjant dịng vào Bởi thời gian lưu bùn thiết kế lâu, bể SBR nitrat hố lượng TKN dòng vào SRT phải xác định thời gian phản ứng đủ để đạt nồng độ N-NH4 dòng khoảng 0.5 g/m3 Một NOx xác định, biết nồng độ NNH4 oxy hóa được thêm vào chu kì, có lượng bùn giữ lại chu kì trước, việc xác định tổng lượng Nitơ oxy hóa bể phản ứng cần thiết Sau xác định, phương trình động học bể phản ứng sử dụng để kiểm tra lại thời gian thổi khí pha phản ứng đủ để cung cấp lượng nitơ phân huỷ: NOx=TKN0-Ne-0.12 Với PX.bio  PX bio Q Q  Y  ( S  S ) Q  Yn  NO X f  k  Q  Y  ( S  S )  SRT   d d (1  k d  SRT ) (1  k d n  SRT )  k d  SRT Xác định thời gian thổi khí đủ để nitrat hố đạt hiệu Trang 67 N K n ln  ( N  N t )     N  DO N   TA  TA  K n ln  ( N  N t )  X n  mn  N    DO   Yn  K  DO   X n  mn   Yn  K  DO  Với X n  Q  Y  NO X  SRT (1  k d  SRT )  V Kn : số bán vận tốc, nồng độ chất với tốc độ sử dụng chất riêng tối đa bán bão hoà , mg/l No : nồng độ N-NH4 lúc t =0 mg/l Nt : nồng độ N-NH4 lúc t, mg/l DO : nồng độ oxy hòa tan, mg/l Ko : số bán bão hòa DO, mg/l Yn : sản lượng sinh khối, gVSS / g bsCODr Xn : nồng độ vi khuẩn nitrat hóa, mg/l TA : thời gian thổi khí, ngày mn : tốc độ phát triển riêng lớn vi khuẩn nitrat hóa, g tế bào / g tế bào * ngày Thông thường việc khử nitrat thường kéo dài khử chất hữu việc thổi khí thêm vào cần thiết pha làm đầy Xác định tốc độ gạn nước Tốc độ gạn nước tính thể tích bể đầy chia cho thời gian gạn nước Tốc độ sử dụng để tính kích cỡ bơm gạn nước phao Hệ thống lên bề mặt nước rút nước, rút nước khỏi bể cách mặt nước 0.3m Điều giảm thiểu lượng chất rắn trôi Bơm định thời gian để rút lượng nước sau tắt để tránh thải chất thải rắn Xác định nồng độ oxy cần thiết tốc độ chuyển hóa trung bình cho hệ thống thổi khí VSV q trình bùn hoạt tính sử dụng oxy chúng tiêu thụ chất hữu nước thải Lượng oxy cần thiết: Ro = Q (SO – S) – 1,42 PX,bio+4,33(NOX) Để tìm tốc độ chuyển hóa oxy trung bình phân chia thời gian thổi khí trung bình hàng ngày Bởi nhu cầu oxy cao vào đầu thời kì thổi khí, tốc độ Trang 68 chuyển hóa oxy cộng hệ số cao để tính cho nhu cầu khởi đầu tải trọng cao Thiết kế hệ thống thổi khí : Một tốc độ chuyển hóa oxy tính, sử dụng để xác định tốc độ thổi khí Lưu ý 1atm 25oC 1m3 khơng khí nặng khoảng 1,2 kg Nên giữ trị số DO 1,5  mg/L (thông thường khoảng mg/L tải trung bình 0,5 mg/L tải đỉnh) khu vực bể, mg/L không tăng hiệu suất q trình mà cịn tốn thêm điện Đối với F/M lớn 0,3 lượng khơng khí cần thiết 30  55 m3/kg BOD5 xử lý (hệ thống sục khí tạo bọt lớn), 24  36m3/kg BOD5 (hệ thống xử lý tạo bọt mịn) Nếu F/M nhỏ 0,3 lượng khơng khí cần thiết tăng lên Thông thường sử dụng hệ thống bơm nén khí với hệ thống khuếch tán khí người ta cần 3,75  15,0 m3 khơng khí/m3 nước thải Đối với thiết bị khí khuấy đảo để sục khí cần 1,0  1,5 kg O2/kg BOD5 xử lý Xác định lượng bùn dư Lượng bùn dư bơm ngồi, thể tích bể chứa bùn thải ngày tính theo cơng thức: Px,TSS  VT  X MLVSS SRT Tính tỷ số F/M tải trọng thể tích BOD Tải trọng thể tích: L BOD  Q  S0 VT : - Q : lưu lượng nước thải, m3/ngày.bể - S0 : hàm lượng BOD5 đầu vào, mg/l - VT : thể tích bể , m3 Tỉ số F/M: F/M  Q  S0 X  VT Trị số nằm khoảng cho phép F/M = 0,04  0,2 g BOD5/g BHT.ngày Trang 69 3.2 Tính tốn ứng dụng Ví dụ tính tốn thiết kế cho trạm xử lý nước thải Yên Sở giai đoạn I Điều kiện thiết kế Yên Sở sau:  Tên: Nhà máy xử lý nước thải Yên Sở  Vị trí: khu đất phía Bắc cơng viên Yên Sở thuộc Quận Hoàng Mai huyện Thanh Trì, Thành phố Hà Nội  Diện tích: khoảng 8,2 (82.089m2)  Cao độ mặt đất ước tính: m  Công nghệ xử lý nước thải: kỹ thuật mẻ liên tục (C-Tech)  Công nghệ xử lý bùn cặn: nén bùn sau tách nước Sản phẩm cuối q trình xử lý bùn đóng bánh  Nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý: sông Sét sông Kim Ngưu  Lưu lượng nước thải: giai đoạn I 100.000 m3/ngày đêm, giai đoạn II 200.000 m3/ngày đêm  Nhiệt độ vận hành thấp 240C thông số chất lượng nước cho bảng sau: Thông số chất lượng nước thải vào yêu cầu chất lượng nước Nước đầu vào Nước đầu Hiệu xử (mg/L) (mg/L) lý (%) BOD 200 30 85 COD 350 50 85,7 Chất rắn lơ lửng 200 50 75 Chỉ tiêu Tính tốn thiết kế Để kiểm nghiệm tính tốn C-Tech, tác giả tính tốn thiết kế C-Tech để xử lý nước thải sinh hoạt công suất giai đoạn I: Q = 100.000 m3/ngày đêm đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn nước mặt loại A ví dụ cụ thể cho bước tính tốn Các thơng số kỹ thuật thiết kế:  Thời gian lưu bùn SRT = 10 – 30 ngày  Tỉ số F/M = 0,04 – 0,2 kg BOD5/kg MLVSS.ngày  Tải trọng thể tích L = 0,1 – 0,3 kg BOD5/m3.ngày Trang 70  Hàm lượng cặn : MLSS = 2000 – 5000 mg/l  Tỷ số lượng chất rắn lơ lững bay (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có nước thải MLVSS = 0,8 (độ tro bùn hoạt tính Z = 0,2) MLSS Đặc điểm nước thải cần cho q trình thiết kế: Hàm lượng COD có khả phân hủy sinh học bCOD = 1,6 (BOD) = 1,6 x 200 mg/l = 320 mg/l {x} Hàm lượng COD khơng có khả phân hủy sinh học nbCOD = 350 – 320 = 30 mg/l - Hàm lượng TSSvào = 200 mg/l Ta có VSS  0,8  VSSvào = 0,8 x 200 = 160 mg/l TSS Tính tốn nơng độ chất rắn lơ lửng khơng phân hủy sinh học:  bpCOD  nbVSS  1   VSS pCOD   Trong đó: nbVSS: Hàm lượng VSS không phân hủy sinh học bpCOD: Nồng độ hạt COD phân hủy sinh học, mg/l pCOD: Nồng độ hạt COD, mg/l sCOD: Nồng độ COD bùn thải, mg/l bpCOD (bCOD / BOD)  ( La  Lt )  pCOD (COD  sCOD ) bCOD/BOD từ 1,6 đến 1,7 phụ thuộc vào hiệu suất sinh khối, chọn bCOD/BOD = 1,6  1,6  (200  30)   bpCOD  nbVSS  1   VSS   160  14,9 (mg / l ) 1  pCOD   350  50    Chọn số bể C-Tech: Chọn số bể làm việc Tính thời gian phản ứng/ thổi khí, sơ chọn thời gian lắng rút nước Quyết định chu kì thời gian làm đầy Xác định số chu kì ngày: Thời gian cần thiết sục khí bể C-Tech nhiệt độ nước thải 240C là: KT  0,09  0.71 0,004  24  0,03 Trang 71 Ta  200  30  0,69  1,34h 16  0,75  [2  1  0, ]0,75  301,25 Chọn thời gian sục khí Ta = 2h Chọn Thời gian làm đầy TF = 0,5h Chọn Thời gian lắng (h): Ts = 1h Chọn Thời gian xả Td = 0,5h Tổng thời gian chu kỳ: TC = TF + Ta + Ts + Td=0,5+2+1+0,5=4h Số chu kỳ bể làm việc ngày: n1  24 6 Số chu kỳ ngày hệ thống 24 chu kỳ Từ tổng số chu kì ngày, xác định thể tích làm đầy bể VF: Thể tích làm đầy chu kỳ: VF  100000  4166,67( m / chu ky ) 24 Chọn nồng độ MLSS xác định thể tích bể Chọn nồng độ MLSS: X=3500 (mg/l) Chọn số SVI=120 ta có XS = VTX = VSXS  (10 mg/g)(103 ml/l) (10 mg/g)(103 ml/l) =8333,33 (mg/l) SVI, ml/g 120 ml/g VS X 3500    0, 42 VT X s 8333,3 Để đảm bảo SS không khỏi bể gạn nước, ta tính thêm 20 % VS  1,  0, 42  0,5 VT Ta có : VT = VF + VS Chọn  VF VS  1 VT VT  VF   0,5  0,5 VT VF = 0,5 VT Trang 72 Thể tích làm việc bể: VT  Thời gian lưu nước bể:   VF 4166.67   8333,34 (m3 ) 0,5 0,5  8333,3  24  8( h ) 100000 Xác định thời gian lưu bùn SRT bể C-Tech Px,TSS SRT  VT  X MLVSS Px,TSS  SRT  Q  Y  ( S0  S )  SRT Q  Y  NOX  SRT  Q  (nbVSS )  SRT  (1  kd  SRT )  0,85 (1  kd n  SRT )  0,85 f d  kd  Q  Y  ( S0  S )  SRT   Q  (TSS0  VSS0 )  SRT 1  kd  SRT  0,85 Px,TSS SRT  VT  X MLVSS = 8333,24x3500=29166340 (g) Các hệ số tra bảng lấy giá trị điển hình Bảng 3.1 mục III.1 ta có phương trình sau: Q: Lưu lượng trung bình ngày ứng với bể, m3/ngđ: Q1bể = 25.000m3/ngđ Y = 0,4 gVSS/g bCOD; Yn = 0,12 gVSS/g NH4-N S0: Nồng độ chất nước thải dẫn vào bể, mg/l S: Nồng độ chất nước thải khỏi bể, mg/l Coi S0S0-S = bCOD = 1,6x200 = 320 Giả thiết NOx  80% tổng Nitơ = 40 (mg/l) kd = 0,12; kd, 24 = 0,12x1,0424-20=0,1404 kdn = 0,08; kdn,24= 0,08x1,05324-20= 0,0984 fd = 0,15 VT  X MLVSS 0,  320  SRT 0,12  40  SRT  14,9  SRT   1166,65= Q 1  0,1404  SRT   0,85 1  0,0984  SRT   0,85 0,15  0,1404  0,4  320  SRT  (200  160)  SRT 1  0,1404  SRT   0,85 Giải phương trình ta có SRT= 15 ngày Xác định X MLVSS Hàm lượng tăng sinh khối bể C-Tech tính theo MLVSS Px, VSS SRT  VT  X MLVSS  X MLVSS  Px, VSS SRT VT Trang 73 Với Px,VSS  SRT   25000  0,4  320  15 25000  0,12  40  15  25000  14,9  15  (1  0,1404  15) (1  0,0984  15) 0,15  0,1404  25000  0,  320  152  27134250 (g)  0,1404  15 X MLVSS  27134250  3256 g/m3 8333,34 Xác định lượng nitơ Kenjant dòng vào PX.bio  Q  Y  ( S  S ) Q  Yn  NO X f  k  Q  Y  ( S  S )  SRT   d d (1  k d  SRT ) (1  k d n  SRT )  k d  SRT  0,  320 0,12  40 0,15  0,1404  0,  320  15  PX.bio  25000       1390460  0,1404  15  (1  0,1404  15) (1  0,0984  15)  (g/ngđ) NOx=TKN0-Ne-0,12 1390460 PX bio =50-0,5-0,12x =42,.83 (mg/l) 25000 Q VF(NOx) = 4166,67x42,83 = 178441(m3) NH4-N trì trước làm đầy = VS(Ne) VS(Ne) = Ne (VT - VF) = 0,5(8333,34-4166,67) = 2083,34 (g) Nồng độ nitơ ban đầu: N  178441  2083,34  21,66 (mg/l) 8333,34 Xác định thời gian thổi khí đủ để nitrat hố đạt hiệu N K n ln  ( N  N t )   mn  DO  N0 N    TA  TA  K n ln  ( N  N t )  X n  N    DO   Yn  K  DO   X n  mn   Yn  K  DO  Với X n  Q  Y  NO X  SRT 25000  0,12  42,83  15 =  74,46 (1  k d  SRT )  V (1  0,1404  15)  8333,34 Kn,24=0,74x1,05324-20=0,91 m,24 = 0,75x1,0724-20 = 0,983 K0 = 0,5 Trang 74 N0  ( N0  Nt ) Nt TA    mn   DO  Xn     Yn   K  DO  K n ln 21,66    0,91ln 0,5   (21,66  0,5)    0,0504 (ngày)=1,21(h)  0,983    74, 46     0,12   0,5   Như thời gian thổi khí cần thiết để khử Nitơ 1,21 h Theo tính tốn thời gian sục khí 2h, thời gian sục khí đảm bảo xử lý Nitơ đạt yêu cầu Xác định tốc độ gạn nước Thời gian xả 0,5h nên tốc độ gạn nước là: 4166,67  138,89( m / ph ) 30 Xác định nồng độ oxy cần thiết tốc độ chuyển hóa trung bình cho hệ thống thổi khí Thiết kế hệ thống thổi khí Ro = Q (SO – S) – 1,42 PX,bio+4,33(NOX) Ro = 25000x320-1,42x1390460+4,33x25000x42,83= 53809021 (g) = 53809 (kg/ngđ) Xác định lượng bùn dư Lượng bùn dư bơm ngồi, thể tích bể chứa bùn thải ngày tính theo cơng thức: Px,TSS  VT  X MLVSS  8333,34  3500  23333352 g  24,56 kg / ngd = SRT Tính tỷ số F/M tải trọng thể tích BOD Tải trọng thể tích: L BOD  Q  S0 100000  200 =  600 ( g / m3.ngd ) VT  8333,34 Tỉ số F/M: F/M  Q  S0 25000  200 =  0,1843 X  VT 3256  8333,34 Tính thể tích ngăn Selector: Ngăn selector thường lấy 15%-30% dung tích bể CTech (chọn 20%) WS = 20%x8333,34 = 1667 (m3) Trang 75 3.3 Kết luận chương Trong trình thiết kế phải tính tốn xác thời gian tồn lưu vi khuẩn bể xử lý thời gian phải đủ lớn để vi khuẩn sinh sản Tính tốn thể tích bể dựa vào phương trình cân vật chất, phương pháp tính dần nên tính tốn phức tạp Bể C-Tech vận hành linh hoạt theo nhiều chế độ vận hành xử lý nước thải với thay đổi lưu lượng cao cách thay đổi chu trình hoạt động pH yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất q trình xử lý khơng thấy xuất biểu thức tính tốn cần có nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu trình xử lý Trang 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính cơng nghệ C-Tech, trạng nước xử lý nước thải sinh hoạt Việt Nam quy định mơi trường hành kết luận sau cơng nghệ C-Tech Ưu điểm: Diện tích đất sử dụng nhỏ không sử dụng bể lắng thứ cấp, mặt khác bể hình chữ nhật nên cho phép hợp khối cơng trình khả mở rộng cơng suất dễ dàng Q trình phản ứng sinh học lắng xảy bể Quá trình điều khiển pha bơm nước vào, pha sục khí pha lắng đơn giản thời gian Do cho dù bị tải đầu vào lưu lượng hay nồng độ điểu khiển đơn giản thời gian: tải lưu lượng giảm thời gian cho nước vào bể chuyển sang bể khác; tải tải lượng BOD-tăng thời gian sục khí Xử lý Nitơ đạt hiệu cao Cơng nghệ C-Tech có độ ồn thấp sử dụng máy thổi khí nhỏ Năng lượng sử dụng điện thấp thời gian sục khí ngắn cơng nghệ khác Hệ thống điều khiển hồn tồn tự động bán tự động Q trình kết bơng tốt có ngăn Selector thiết kế đặc biệt tự đảo trộn dịng nước, tránh việc lắng đọng cục bộ, đồng thời trì hàm lượng bùn mức độ cực lớn, tạo điều kiện thuận lợi để bẻ gẫy liên kết hữu khó phân huỷ (thường dạng mạch dài mạch tròn), tạo thành mạch ngắn dễ phân huỷ Nhược điểm: Hiệu xử lý phụ thuộc lớn vào vận hành cơng nghệ C-Tech địi hỏi tay nghề kỹ sư vận hành cao Mặt khác công nghệ C-Tech cơng nghệ nên chưa có nhiều nghiên cứu vận hành Trang 77 Khả lắng bùn vận hành khơng có kinh nghiệm Phạm vi áp dụng C-Tech phù hợp với xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp xử lý sơ có thành phần tính chất tương tự nước thải sinh hoạt điều kiện Việt Nam C-Tech đảm bảo xử lý chất sau có nước thải cho nguồn loại A  Xử lý chất dinh dưỡng  Xử lý Cacbon  Nitrat hoá tăng cường xử lý Photpho phương pháp sinh học Kiến nghị số hướng nghiên cứu Nghiên cứu điều chỉnh thời gian thổi khí để đạt hiệu xử lý cao nhất: Vì linh hoạt C-Tech, thời gian phản ứng hiếu khí kị khí điều chỉnh để đạt hiệu nitrat hoá khử nitrat Hệ thống C-Tech vận hành với thời gian thổi khí kị khí khác Theo lý thuyết, thời gian thổi khí lâu giúp cho việc khử cacbon hữu thời gian thổi khí ngắn giúp cho việc khử nitơ khí nitơ sinh lại liên quan đến tính lắng bùn Bằng cách điều chỉnh thời gian thổi khí kị khí tìm cách vận hành tối ưu cho việc khử cacbon hữu cơ, khử nitơ chất lượng dòng tốt Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu nước đến hiệu xử lý: Bên cạnh nghiên cứu cách vận hành cần nghiên cứu thời gian lưu nước (HRT)để xác định khả khử nitơ HRT điều chỉnh lưu lượng dòng vào từ 80, 125, 250 500 galon/ngày Theo lý thuyết HRT lâu dẫn đến tải trọng chất hữu thấp dẫn đến tượng nitrat hóa Vì cần kiểm tra xem với lưu lượng dịng vào thấp làm tăng hiệu khử nitơ hay không Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ chất hữu đến hiệu xử lý: Nếu dùng hồi lưu lại nhiều lần quần thể vi khuẩn bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất làm nước thải Để khắc phục điều người ta đề xuất tỉ lệ chất dinh dưỡng cho xử lý nước thải phương pháp hiếu khí sau: Trang 78 BOD:N:P = 100: 5:1 Tỉ số thường cho ngày đầu Trong thời gian VSV phát triển mạnh bùn hoạt tính tạo thành nhiều Cịn q trình xử lý kéo dài tỉ số thường 200:5:1 (tính thời gian xử lý kéo đến 20 ngày) Vì cần nghiên cứu thay đổi nồng độ chất hữu cơ, xem thử liệu với nồng độ chất hữu cao có khả đạt dược hiệu khử nitơ mong muốn không Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ oxy đến hiệu xử lý nitơ: Oxy thông số vận hành quan trọng cho việc loại bỏ nitơ chất nhiễm, nitrat hóa Oxy thơng số định đến việc khử nitơ chất ô nhiễm q trình nitrat hóa đặc biệt nhạy cảm với nồng độ oxy Tuy nhiên, chi phí cho hệ thống thổi khí chiếm ½ tổng lượng tiêu thụ hệ thống xử lý nước thải Để cân khả xử lý tiêu thụ lượng vấn đề quan trọng việc xử lý nước thải TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt QCVN 08:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt; QCVN 14:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt TCVN 7222:2002 Yêu cầu chung môi trường trạm xử lý nước thải tập trung TCXD 7957:2008 Thoát nước - Mạng lưới bên ngồi cơng trình: Tiêu chuẩn thiết kế Pts Trần Đức Hạ (1995), Báo cáo đề tài NCKH B94-34-06: Mơ hình trạm xử lý nước thải nhỏ điều kiện Việt Nam Hà Nội PGS.Pts Trần Hiếu Nhuệ, Pts Trần Đức Hạ, Ks Đỗ Hải, Ks Ứng Quốc Dũng, Ks Nguyễn Văn Tín (1996), Cấp thoát nước NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội TS Trần Đức Hạ (2002) Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ vừa Nxb Khoa học Kỹ thuật PGS.TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị Nxb Khoa học Kỹ thuật PGS, TS Hoàng Văn Huệ (2002) Thoát nước tập 2: Xử lý nước thải Nxb khoa học kỹ thuật 10 Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hoàng Hải (2003), Lý thuyết mơ hình hóa q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học Nxb khoa học kỹ thuật 11 TS Trịnh Xuân Lai (2000), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải Nxb Xây dựng Tiếng Anh 12 André LAMOUCHE (Biên dịch TS Tạ Thành Liêm) (2006) Công nghệ xử lý nước thải đô thị Nxb Xây dựng 13 David Jenkins, Micheal G.Richard, Glen T Daigger Manual on the Causes and Control of Activated Slugde Bulking, Foaming, and other Solids Separation Problems 3rd Edition Lewis Publishers 14 Jiri Wanner, Professor of Water Technology Prague Instituted of Chemical Technology Activated Sludge Bulking and Foaming Control Technomic Publishing Co.Inc 15 Metcalf & Eddy (2003), Waste water engineering: treatment and reuse McGraw – Hill International Editions