Đánh giá ảnh hưởng ủa thời gian lưu thủy lự đến hiệu quả xử lý nướ thải sinh hoạt bằng ông nghệ hiếu khí theo mẻ vận hành ở thời gian lưu bùn thấp

Tên luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực đến hiệ quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ hiếu khí theo mẻ vận hành ở thời gian lưu bùn thấp” do TS.. Trên thực t

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠ O TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin được gửi đến thầy giáo TS Đỗ Khắc Uẩn lời biết ơn chân - thành và sâu sắc nhất Thầy là người đã luôn quan tâm, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ

em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Em xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, cũng như các cán bộ hướng dẫn trong phòng thí nghiệm Viện Khoa học và - Công nghệ môi trường, đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện các nghiên cứu của luận văn này Và em xin chân thành cảm ơn đơn vị, cơ quan nơi em công tác đã tạo điều kiện để em được học tập, nghiên cứu hoàn thành tốt luận văn.Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã bên cạnh ủng hộ

và động viên em trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nộ i, ngày 10 tháng 11 năm 2013

Học viên

Nguyễn Thị Vĩnh Hằng

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tác giả Các số liệu nghiên cứu trong luận văn là trung thực Tên luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực đến hiệ quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ hiếu khí theo mẻ vận hành ở thời gian lưu bùn thấp” do TS Đỗ Khắc Uẩn làm giáo viên hướng dẫn Những tài liệu sử dụng trong luận văn có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng

Hà Nộ i, ngày 10 tháng 11 năm 2013

Học viên

Nguyễn Thị Vĩnh Hằng

1

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5

MỞ ĐẦU 7

Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÔNG NGHỆ HIẾU KHÍ THEO MẺ 9

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 9

1.1.1 Trên Thế giới 9

1.1.2 Ở Việt Nam 10

1.2 C ơ sở lý thuyết về nước thải sinh hoạt 12

1.2.1 Thành phần, tính chất và tải lượng các chất bẩn trong NTSH 12

1.2.2 Số lượng nước thải và chế độ thải nước sinh hoạt 13

1.2.3 Tác động của NTSH đến môi trường và sức khỏe con người 14

1.3 C ơ sở lý thuyết về công nghệ SBR 16

1.3.1 Khái niệm công nghệ SBR 16

1.3.2 Lịch sử phát triển của công nghệ SBR 16

1.3.3 Đánh giá về công nghệ SBR 17

1.3.4 Chế độ xử lý nước thải bằng công nghệ SBR 18

1.3.5 Các quá trình sinh học diễn ra trong quá trình xử lý bằng công nghệ SBR 21

1.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ SBR 24

1.4 Hiện trạng công tác xử lý NTSH trên địa bàn Thành phố Hà Nội 30

1.4.1 Hiện trạng thoát nước và xử lý nước thải ở Thành phố Hà Nội 30

1.4.2 Tình hình NTSH tại Phường Minh Khai, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội 33

Ch ng 2: PHươ ƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 35

2.1.1 Mục đích nghiên cứu 35

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 35

2.1.3 Phạm vi nghiên cứu 35

2

2.2 Lấy mẫu và phân tích mẫu 35

2.2.1 Lấy mẫu nước thải sinh hoạt 35

2.2.2 Đặc điểm NTSH tại nơi lấy mẫu 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu 38

2.3.1 Mô hình nghiên cứu 38

2.3.2 Chế độ vận hành mô hình 40

2.4 Phân tích mẫu 43

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 Kết quả của giai đoạn nuôi bùn hoạt tính 49

3.1.1 Giai đoạn nuôi bùn hoạt tính 49

3.1.2 Giai đoạn cố định hàm lượng bùn hoạt tính 50

3.2 Kết quả xác định thời gian lưu bùn ở các chế độ sục khí 51

3.3 Ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý COD 52

3.4 Ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý TKN 58

3.5 Ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý TP 62

3.6 Tổng hợp, so sánh hiệu quả xử lý COD, TN, TP 64

KẾT LUẬN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC 74

3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxigen Demand Nhu cầu ôxy sinh hóa

COD Chemical Oxigen Demand Nhu cầu ôxy hóa học

DO Dissolved Oxigen Nồng độ ôxy hòa tan

SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng

TSS Total Suspended Solid Tổng chất rắn lơ lửng

MLSS Mixed Liquor Suspended Solids Hỗn hợp bùn nước thải– MLVSS Mix Liquid Volatile Suspended Solids Hàm lượng chất rắn bay hơi SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn

SRT Solid Retention Time Thời gian lưu bùn

HRT Hydraulic Residence Time Thời gian lưu thủy lực

F/M Food – Microorganism ratio Tỷ lệ thức ăn cho vi sinh vậtTKN Tổng Nitơ Kjeldahl Hàm lượng Nitơ Kjeldahl

TP Tổng Photpho Hàm lượng Phốt pho tổng sốTCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

NTSH Nước thải sinh hoạt

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

4

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt [38] 13

Bảng 1.2 Chỉ số dân tương đương và tiêu chuẩn nước thải cho một đơn vị tính của công trình công cộng, dịch vụ trong một ngày [12] 14

Bảng 1.3 Số ca mắc bệnh truyền nhiễm liên quan đến ô nhiễm nước

2004 – 2008 [14] 15

Bảng 1.4 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính 29

Bảng 1.5 Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt ở Hà Nội [5] 31

Bảng 1.6 Thống kê các dự án nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tại Hà Nội 32

Bảng 1.7 Chất lượng nước thải sau xử lý của Trạm xử lý nước thải Kim Liên [33]32 Bảng 2.1 Tính chất nước thải dòng vào tại ngõ chùa Hưng Ký,

Hai Bà Trưng, Hà Nội 38

Bảng 3.1 Hiệu quả xử lý COD, TN và TP ở thời gian lưu bùn thấp 65

5

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.2 Các pha và phân vùng trong một chu kì của bể SBR 18

Hình 1.3 Quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ phân hủy sinh học 22

Hình 1.4 Loại bỏ nitơ sinh học

Trái: quá trình nitrat hóa; phải: quá trình khử nitrit 23

Hình 1.1 Bản đồ vị trí phường Minh Khai, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội [21, 22] 33

Hình 2.1 Vị trí lấy mẫu 36

Hình 2.2 Xử lý sơ bộ nước thải trong phòng thí nghiệm 37

Hình 2.3 Bảo quản mẫu 37

Hình 2.4 Mô hình xử lý nước thải bằng công nghệ SBR 39

Hình 2.5 Hệ thống SBR thực nghiệm 39

Hình 2.6 Phân tích COD 44

Hình 2.7 Phân tích TKN 46

Hình 2.8 Phân tích TP 47

Hình 2.9 Xác định DO, pH 48

Hình 2.10 Xác định pH 48

Hình 3.1 Giai đoạn nuôi bùn hoạt tính 49

Hình 3.2 Giai đoạn cố định hàm lượng MLSS 50

Hình 3.3 Sự thay đổi của COD và hiệu quả xử lý COD ở chế độ sục khí 2 h 53

Hình 3.4 Sự thay đổi MLSS và hiệu quả xử lý COD ở chế độ sục khí 2 h 54

Hình 3.5 Sự thay đổi của COD và hiệu quả xử lý COD ở chế độ sục khí 4 h, 6 h 55

Hình 3.6 Hàm lượng MLSS và hiệu quả xử lý COD ở chế độ sục khí 4 h, 6 h 55

Hình 3.7 Sự thay đổi của COD và hiệu quả xử lý COD ở chế độ sục khí 8 h 56

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý COD 57

6

Hình 3.9 Sự thay đổi của TN và hiệu quả xử lý TN ở chế độ sục khí 2 h 59

Hình 3.10 Sự thay đổi của TN và hiệu quả xử lý TN ở chế độ sục khí 4 h, 6 h 60

Hình 3.11 Sự thay đổi của TN và hiệu quả xử lý TN ở chế độ sục khí 8 h 61

Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý TN 62

Hình 3.13 Ảnh hưởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý TP 63

Hình 3.14 Sự thay đổi của TP và hiệu quả xử lý TP ở chế độ sục khí 6 h, 8 h 64

Hình 3.15 Hiệu quả xử lý COD, TN, TP ở thời gian sục khí khác nhau 65

Hình 3.16 Minh họa hiệu quả xử lý nước thải dòng vào và dòng ra 67

Thành phần ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất khác nhau, từ các loại chất không tan đến các chất ít tan và những hợp chất tan trong nước Xử lý nước thải sinh hoạt là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và có thể đưa nước vào nguồn tiếp nhận hoặc tái sử dụng Trên thực tế có rất nhiều phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải như: phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học,… Nhưng với những đặc tính nói trên của nước thải sinh hoạt thì phương pháp sinh học được sử dụng phổ biến nhất

và đặc biệt xử lý bằng công nghệ hiếu khí rất thích hợp với tính chất của nước thải sinh hoạt

Mặt khác, nước thải sinh hoạt là loại nước thải có lưu lượng dòng thải không liên tục do phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của con người Vì vậy, xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ hiếu khí theo mẻ rất phù hợp Việc vận hành hệ thống hiếu khí theo mẻ có thể dễ dàng loại bỏ các chất ô nhiễm cao do hệ thống này hoạt động đồng thời cả quá trình hiếu khí thiếu khí và quá trình lắng So với các hệ – thống khác thì hệ thống này có kết cấu đơn giản hơn, hoạt động dễ dàng hơn, hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cao và ổn định

Bùn hoạt tính trong công nghệ xử lý hiếu khí được hình thành từ quá trình phân hủy các chất ô nhiễm Đặc tính của bùn và khả năng ổn định của bùn ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lý nước thải Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của bùn hoạt tính cũng như hoạt lực của bùn cụ thể như: nhiệt độ,

pH, tải trọng của bùn hoạt tính, thời gian lưu bùn, thời gian lưu thủy lực,… Do vậy,

Trên cơ sở đó, đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực đến

hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ hiếu khí theo mẻ vận hành ở thời gian lưu bùn thấp’’ được thực hiện với tính thực tiễn cao, nhằm cung cấp

thông tin cho phương pháp xử lý hiếu khí khác đang được áp dụng hiện nay

9

Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

VÀ CÔNG NGHỆ HIẾU KHÍ THEO MẺ 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt là các nước đang phát triển

Ở Châu Phi và Châu Á, dân số đô thị sẽ tăng gấp đôi từ năm 2000 đến năm 2030 Quá trình đô thị hóa đặt ra những thách thức to lớn đối với công tác quản lý tài nguyên nước, cấp nước, hệ sinh thái, môi trường,… Các đô thị với nhu cầu không gian, lương thực đã kéo theo quá trình xả nước thải ngày càng gia tăng làm ô nhiễm nghiêm trọng tới các nguồn nước và hệ sinh thái thủy sinh Trước tình hình đó trên Thế giới cũng như Việt Nam đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về vấn đề

xử lý nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng với nhiều các công nghệ khác nhau Công nghệ hiếu khí theo mẻ được sử dụng rất rộng rãi và thường xuyên dùng để xử lý nước thải sinh học [37] Công nghệ này được áp dụng thành công trong việc xử lý nước thải đô thị [35]

1.1.1 Trên Thế giới

Công nghệ hiếu khí theo mẻ (Sequencing Batch Reactor – SBR) được biết đến nhiều kể từ khi Irvine và Davis (1971) [44] nghiên cứu xử lý nước thải SBR là một phiên bản của hệ thống nạp nước vào và rút nước ra, gồm một hoặc nhiều bể, ngoài

ra nó còn có khả năng ổn định chất tải và tách được bùn thải dễ dàng

Năm 1979 Irvine và Busch [44] bước đầu nghiên cứu và mô tả ngắn gọn về quá trình hoạt động của công nghệ SBR trong xử lý nước thải bao gồm các bước nạp nước thải, phản ứng, lắng, gạn nước thải trong và lặp lại chu kì mới

Có thể nói công nghệ SBR là một nghiên cứu đột phá trong việc xử lý nước thải

Vì vậy, để giải quyết vấn đề ô nhiễm nước đang ngày càng nghiêm trọng thì công nghệ SBR chắc chắn là lựa chọn đầu tiên [30] bởi đặc điểm chi phí đầu tư thấp, đạt hiệu quả cao và tiêu tốn năng lượng thấp

10

SBR càng ngày được nghiên cứu nhiều hơn từ những nghiên cứu xử lý đơn giản

để tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp [36] đến những nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng như thời gian lưu bùn (Solids Retention Time – SRT), hàm lượng bùn (Mixed Liquor Suspended Solids MLSS), tỷ lệ C/N và C/P đến quá trình xử lý - nướcthải bằng SBR

Trong nghiên cứu ảnh hưởng của SRT đến cấu trúc và tính chất của bùn hoạt tính thì SRT không ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của bùn hoạt tính trong SBR Tuy nhiên, trong nghiên cứu hơn một năm cho thấy ở SRT thấp (4 - 9 ngày) các bông bùn phát triển nhiều hơn và kích thước có sự thay đổi so với SRT cao (16-

20 ngày) [ ] 25

Một nghiên cứu khác về ảnh hưởng của SRT đến xử lý nước thải tổng hợp cao tải sử dụng công nghệ SBR xu hướng chung cho thấy SRT càng cao thì việc loại bỏ COD càng tăng Trong nghiên cứu này, bốn bể phản ứng R1, R2, R3, R4 được vận hành song song trong phòng thí nghiệm ở điều kiện hiếu khí với SRT tương ứng là

5 ngày, 10 ngày, 15 ngày và 20 ngày Đồng thời, nghiên cứu này cho thấy SRT cũng ảnh hưởng trực tiếp đến nồng độ sinh khối Kết quả ở bể phản ứng R4 cho hiệu quả xử lý tốt nhất (COD, TSS và độ đục) khi SRT 20 ngày [32]

Thành phần của nước thải sinh hoạt cũng ảnh hưởng đến việc loại bỏ các chất hữu cơ dễ phân hủy bằng công nghệ SBR nói rằng Hiệu quả loại bỏ TN tăng từ4,6% đến 80, % khi tỷ lệ C/N tăng từ 2,8 đến 5,7 Nhưng khi tỷ lệ C/N tăng thêm 8thì hiệu quả loại bỏ TN tăng rất chậm Còn tỷ lệ C/P thì hầu như không ảnh hưởng đến việc loại bỏ TN mà luôn giữ ở mức 82,2% - 85,8% Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ photpho đạt 100% khi tỷ lệ C/P là 33 Tỷ lệ C/P giảm thì hiệu suất loại bỏ photpho cũng giảm [46]

1.1.2 Ở Việt Nam

Hệ thống thoát nước ở các đô thị Việt Nam chủ yếu là hệ thống thoát nước chung đảm nhận thu gom, vận chuyển nhiều loại nước thải khác nhau và cả nước mưa Do đó, hàm lượng chất ô nhiễm đã bị pha loãng (nồng độ chất hữu cơ từ 100 –

11

250 mg/l), tuy nhiên các thành phần Nitơ và Phot pho vẫn ở mức cao Công nghệ xử

lý nước thải được dùng chủ yếu là công nghệ truyền thống bùn hoạt tính cho thấy hiệu quả xử lý các chất hữu cơ rất tốt

Hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) công suất 600 m3/ngày của Công ty TNHH Furukawa được thiết kế và xây dựng với phương pháp xử lý sinh học hiếu khí Kết quả phân tích nước thải sau khi qua HTXLNT cho thấy khả năng xử lý hữu hiệu các chất ô nhiễm có trong nước thải sinh hoạt Với hiệu quả xử lý các chỉ tiêu lớn hơn 95%, công nghệ này đã chứng tỏ hiệu quả vượt trội trong việc xử lý nước thải sinh hoạt [13]

Hiệu quả xử lý các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng ổn định và hệ thống không phải bổ sung chất hữu cơ hay các hóa chất trợ lắng là kết quả xử lý nước thải đô thị được vận hành chạy trên mô hình xử lý sinh học trong điều kiện thiếu khí hiếu khí – kết hợp với màng vi lọc ở quy mô phòng thí nghiệm (công suất 5 -10 l/h) Hệ thống vận hành trong 150 ngày kết quả cho thấy àm lượng COD nhỏ hơn 20 h mg/l, NH4-

N nhỏ hơn 1 mg/l, NO3-N nhỏ hơn 5 mg/l [5]

Ngoài ra, trên thực tế công nghệ SBR được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt

ở Trạm xử lý nước thải Yên Sở Hà Nội cho hiệu quả xử lý cao, thông thường đạt - trên 98% với BOD [6]

Một nghiên cứu mới về ảnh hưởng của nồng độ bùn đến hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR ở quy mô phòng thí nghiệm cho kết quả nghiên cứu rất tốt MLSS thích hợp là 2000 mg/l cho hiệu quả xử lý COD, TN, TP lần lượt

là 83,0%, 81,1% và 60,4% [43]

Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ hiếu khí theo mẻ đã được nghiên cứu rất nhiều trên thế giới, còn đối với Việt Nam mặc dù đã có những nghiên cứu về công nghệ SBR cho xử lý nước thải sinh hoạt hay những áp dụng trên thực tế, nhưng những nghiên cứu này chưa sâu và các kết quả vẫn còn sơ khai Những vấn

đề được trình bày ở trên mới chỉ nghiên cứu chủ yếu ảnh hưởng của SRT đến cấu trúc và tính chất của bùn hoạt tính trong SBR; SRT ảnh hưởng đến xử lý nước thải

12

tổng hợp cao tải bằng SBR; MLSS thích hợp để xử lý nước thải sinh hoạt bằng SBR hay tỷ lệ C/N, C/P ảnh hưởng đến việc loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt Ngoài các yếu tố ảnh hưởng đã nói ở trên thì thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Residence Time – HRT) cũng là một trong các yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hiệu

nào đối với quá trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR thì chưa thấyđược nghiên cứu sâu? Tuy nhiên, những nghiên cứu trên đã làm tiền đề cho hướng nghiên cứu của tác giả, giúp tác giả có hướng nghiên cứu đi sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đồng thời đến hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR

1.2 Cơ sở lý thuyết về nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt (NTSH) là nước thải từ khu dân cư bao gồm nước sau khi

sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí [7]

1.2.1 Thành phần, tính chất và tải lượng các chất bẩn trong NTSH

Nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai loại chính: nước đen và nước xám [1] Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh nước rửa, giặt, tắm là nước ;

xám Phần lớn các chất ô nhiễm của nước thải sinh hoạt đều chứa trong nước đen: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng

Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý được trình bày ở bảng dưới đây

13

Bảng 1.1 Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt [38]

1.2.2 Số lượng nước thải và chế độ thải nước sinh hoạt

Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là từ 100 đến 250 l/người.ngày đêm (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 đến 500 l/người.ngày đêm (đối với các nước phát triển) Ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn cấp nước dao động từ 120 đến 180 l/người.ngày Đối với các khu vực nông thôn, tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt từ 50 đến 100 l/người.ngày Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 90 đến 100% tiêu chuẩn cấp nước Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân [2]

Để xác định lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong NTSH của các công trình công cộng hoặc dịch vụ, người ta thường tính toán, chuyển đổi công suất (quy mô) công trình sang chỉ số dân tương đương Đó là số đơn vị phục vụ của công trình công cộng, dịch vụ có lượng chất bẩn hoặc nước thải xả vào hệ thống thoát nước tương đương của một người dân đô thị Các đại lượng tương đương này có một số công trình công cộng và dịch vụ có thể xác định theo Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình của Bộ xây dựng [12] nêu trong bảng 1 dưới đây.2

14

Bảng 1 Chỉ số dân tương đương và tiêu chuẩn nước thải cho một đơn vị tính của 2

công trình công cộng, dịch vụ trong một ngày [12]

Quán café, giải khát Chỗ 15 10 -15

Câu lạc bộ; Nhà văn hóa Chỗ 5-10 8-25

Trường học Học sinh 10 15-25

Nhà trẻ Trẻ em 2-3 50-100

Bệnh viện Giường bệnh 0,4-0,5 300-600

1.2.3 Tác động của NTSH đến môi trường và sức khỏe con người

a) Ô nhiễm nguồn môi trường

Sự phát triển kinh tế, đô thị hóa nhanh và không bền vững trong những thập niên vừa qua đã tạo nên những áp lực lớn lên môi trường nước mặt ở các sông, hồ Hà Nội Hiện nay ô nhiễm sông, hồ trên địa bàn thành phố Hà Nội rất rõ rệt Các tác nhân gây ô nhiễm chính là chất hữu cơ, dinh dưỡng, dầu mỡ, các chất hoạt động bề mặt, TSS, vi sinh

Giá trị DO tại các hồ nhỏ ở nội thành đều thấp (2,0 – 3,5 mg/l) Theo Trung tâm Nghiên cứu và Bảo vệ Môi trường (CECR) có tới 70% số lượng 80 hồ đầm đã được khảo sát có giá trị DO dưới giới hạn cho phép đối với nguồn nước loại B1 theo QCVN 08:2009/BTNMT (<4 mg/l), 6 hồ có hàm lượng DO dưới 1,0 mg/l, trong khi

đó, giá trị BOD khá cao (10,4 28,0 mg/l) không đạt mức cho phép của nguồn – nước mức B1 chứng tỏ ô nhiễm hữu cơ trung bình đến nặng Hồ Tây bị ô nhiễm nhẹ

ở giữa hồ (BOD: 6 - 8 mg/l) và trung bình ở ven hồ (BOD: 10 15 mg/l), các hồ -

15

nhỏ ở khu vực nội thành có mức ô nhiễm cao hơn so với Hồ Tây: giá trị BOD của các hồ Hoàn Kiếm, Ba Mẫu, Giảng Võ, Linh Đàm lần lượt tương ứng là 45 mg/l, 40 mg/l, 24 mg/3l và 20 mg/l [11]

Ô nhiễm dinh dưỡng (qua 4+, 3−, tổng N, tổng P) ở các hồ đều ở mức cao: nồng

Theo thống kê của Bộ Y tế, gần một nửa trong số 26 bệnh truyền nhiễm có nguyên nhân liên quan tới nguồn nước bị ô nhiễm Điển hình nhất là bện tiêu chảy h cấp Ngoài ra còn có các loại bệnh khác như bệnh tả, bệnh thương hàn, các bệnh về đường tiêu hóa, viêm gan A, viêm não,…

Bảng 1 Số ca mắc bệnh truyền nhiễm liên quan đến ô nhiễm nước 3

16

1.3 Cơ sở lý thuyết về công nghệ SBR

1.3.1 Khái niệm công nghệ SBR

SBR (Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ) là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải [1]

1.3.2 Lịch sử phát triển của công nghệ SBR

Năm 1890 ở Anh đã phát hiện khả năng vi sinh có thể hấp thụ được chất hữu cơ nhưng khả năng này chưa được ứng dụng vào thực tiễn

Năm 1914, thử nghiệm xử lý nước thải ô nhiễm chất thải hữu cơ bằng vi sinh đầu tiên do Ardern và Lockett thực hiện trong phòng thí nghiệm gồm các bước cơ bản như một hệ SBR: Nạp nước thải vào bể phản ứng, tạo các môi trường cần thiết cho vi sinh vật sinh sống và hấp thụ các chất hữu cơ, để lắng bùn và gạn lấy nước sạch đã xử lý

Năm 1956 Passvert áp dụng hệ SBR vào mương ôxy hóa xử lý nước thải nhưng không thành công do tốc độ dòng trong mương chậm Phương pháp xử lý thông dụng lúc đó là hệ bùn hoạt tính Nước thải phải qua ít nhất ba quá trình phản ứng: hiếm khí; hiếu khí và kị khí

Năm 1940, Monod đã định lượng được hoạt động của vi sinh vật qua định luật Monod hết sức cơ bản Tuy nhiên do chưa hiểu rõ bản chất của vi sinh vật và quá trình trao đổi chất của vi sinh vật nên các thiết kế thực hiện trong vòng 10 năm sau

đó đều dựa trên quy luật kinh nghiệm và xem tỷ lệ F/M là một tỷ lệ thần kỳ

Năm 1980, là một thời phát triển của hệ SBR, US EPA đã triển khai những nghiên cứu chuyên sâu về hệ SBR và so sánh với hệ CFS (bùn hoạt tính dòng chảy liên tục) đang phát triển mạnh trong thời kỳ này Sau 4 năm nghiên cứu, US EPA đã công bố kết quả so sánh nêu bật tính ưu việt và khả năng xử lý của hệ SBR so với CFS Không còn dựa trên các quy luật kinh nghiệm và tỷ lệ F/M, hệ SBR được thiết

kế theo vi sinh động học, tỷ lệ F/M chỉ còn là một chỉ số thông thường –

17

Thập niên 1980 1990 là giai đoạn phát triển nghiên cứu sâu rộng, nắm vững – động học và khai thác tiềm năng xử lý của hệ SBR trên nền tảng vi sinh động học, – tốc độ tạo sinh khối, hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ, tính toán việc nitrat hóa,

Những cải tiến trong thiết bị và công nghệ, đặc biệt trong các thiết bị thông khí

và hệ thống điều khiển máy tính, SBR được sử dụng như là một lựa chọn khả thi cho hệ thống bùn hoạt tính thông thường SBR rất thiết thực bởi:

thiếu khí để loại bỏ các chất dễ phân hủy sinh học, bao gồm quá trình nitrat hóa, khử nitơ và loại bỏ photpho BOD sau xử lý có thể đạt được ở mức thấp hơn 5 mg/l

trong cùng một bể Tổng photpho đạt được thấp hơn 2 mg/l bởi có sự kết hợp xử lý sinh học và hóa chất (muối nhôm hoặc muối sắt) trong cùng một quá trình

sử dụng và hoạt động bình thường

18

- Việc xả thải đang trở nên nghiêm ngặt hơn, SBR là một cách để đạt được mức

ô nhiễm thấp nhất có thể Quy chuẩn xả thải là quy định bắt buộc, do vậy cần phải lọc sau khi qua xử lý bằng SBR nhằm xử lý đạt hiệu quả hơn Đây là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế

1.3.4 Chế độ xử lý nước thải của công nghệ SBR

SBR là một biến thể của quá trình bùn hoạt tính Chúng khác nhau từ các thiết bị máy móc bùn hoạt tính bởi SBR là sự kết hợp của tất cả các bước xử lý và quá trình này diễn ra trong một bể duy nhất trong khi các công nghệ thông thường thì sử dụng nhiều bể

Hình 1.2 Các pha và phân vùng trong một chu kì của bể SBR.

SBR hoạt động theo nguyên tắc cơ bản là làm đầy và hút ra, gồm 5 bước: nạp nước thải, phản ứng, lắng, gạn nước thải trong và lặp lại chu kì mới Những bước này có thể điều chỉnh tùy vào các ứng dụng hoạt động khác nhau

19

a) Nạp nước thải:

Nạp nước thải vào bể xử lý Nước thải cung cấp thức ăn cho các vi sinh vật trong bể chưa bùn hoạt tín Quá trình khuấy trộn và sục khí có thể thay đổi trong hgiai đoạn này nhằm tạo ra 3 pha sau:

- Làm đầy tĩnh: ở pha này không có sự khuấy trộn hay sục khí trong quá trình - nạp nước thải vào bể Đây là pha khởi đầu, không có quá trình nitrat hóa và khử nitơ, thiết bị khuấy trộn và sục khí không hoạt động nên năng lượng được tiết kiệmtrong suốt pha này

- Làm đầy hòa trộn: thiết bị khuấy trộn hoạt động sau khi nước thải được nạp - đầy vào bể, thiết bị sục khí ở pha này vẫn chưa hoạt động Sự khuấy trộn tạo môi trường đồng đều trên toàn bộ thể tích của bể giúp nước thải và sinh khối hòa trộn với nhau tạo thành một thể thống nhất Điều kiện thiếu khí diễn ra ở pha này thúc đẩy quá trình khử nitơ diễn ra Ở đây có thể xảy ra quá trình kị khí giúp loại bỏ photpho Việc loại bỏ photpho sẽ dừng lại ngay khi quá trình hiếu khí xảy ra

- Làm đầy sục khí: cả 2 thiết bị khuấy trộn và sục khí đều hoạt động ở pha này.–

Từ quá trình thiếu khí và kị khí chuyển sang quá trình hiếu khí khi chế độ sục khí diễn ra Pha làm đầy – sục khí này làm giảm các chất hữu cơ trong bể và quá trình nitrat hóa diễn ra Tuy nhiên, để khử nitơ, cần phải chuyển hóa oxy thúc đẩy điều kiện thiếu oxy cho quá trình nitrat hóa Khi chuyển hóa oxy và tắt chế độ sục khí, điều kiện thiếu khí và kị khí giúp xảy ra quá trình nitrat hóa và khử nitrit Nồng độ oxy (DO) lúc này không vượt quá 0,2 mg/l Nhằm đảm bảo điều kiện thiếu oxy diễn

ra trong suốt pha này

b) Phản ứng

Giai đoạn này tiếp tục làm giảm các mức độ ô nhiễm của nước thải Ngừng nạp nước thải vào bể, các thiết bị khuấy trộn, sục khí vẫn hoạt động Các chất ô nhiễm hữu cơ được loại bỏ tăng đáng kể

20

BOD được loại bỏ hầu hết trong giai đoạn phản ứng này Hơn nữa, quá trình nitrat hóa xảy ra từ giai đoạn khuấy trộn và sục khí vẫn tiếp tục diễn ra Photpho được giải phóng trong suốt pha làm đầy hòa trộn và cả một số photpho bổ sung – vào giai đoạn này

c) Lắng

Trong suốt giai đoạn này, bùn hoạt tính được lắng trong điều kiện không nạp nước thải và quá trình khuấy trộn, sục khí ngừng hoạt động Bùn hoạt tính có xu hướng lắng xuống kết thành khối bông bùn, hình thành phân lớp rõ rệt Đây là quá trình quan trọng của giai đoạn này bởi các chất rắn lắng nhanh chóng, bùn có thể được rút ra trong giai đoạn gạn tiếp theo do đó làm giảm chất lượng nước thải

e) Lặp lại chu kì cũ

Giai đoạn này là giai đoạn trung gian giữa giai đoạn gạn nước thải và giai đoạn nạp nước thải Thời gian khác nhau, dựa trên lưu lượng dòng chảy đều và chế độ hoạt động Ở giai đoạn này, một lượng bùn hoạt tính được lấy ra từ dưới đáy bể SBR, quá trình này gọi là tháo bùn dư [39]

Công nghệ SBR đã chứng tỏ được là một hệ thống xử lý có hiệu quả do trong

quá trình sử dụng ít tốn năng lượng, dễ dàng kiểm soát các sự cố xảy ra, xử lý với

21

lưu lượng thấp, ít tốn diện tích Ngoài những ưu điểm trên, công nghệ SBR ngày càng được công nhận như là một lựa chọn thuyết phục trong xử lý nước thải đô thị

và nước thải công nghiệp [25]

1.3.5 Các quá trình sinh học diễn ra trong quá trình xử lý bằng công nghệ SBR

Xử lý nước thải bị ô nhiễm bởi quá trình sinh học đã được triển khai rộng rãi từ

xử lý nước thải đô thị đến xử lý nước thải công nghiệp Kinh tế và vạn hành dễ dàng giúp quá trình xử lý sinh học được chứng minh là một lợi thế và hiệu quả xử lý sinh học cao nếu kiểm soát tốt quá trình này [31] Các chất gây ô nhiễm như các chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ và photpho), có thể bị loại về mặt sinh học và giảm ô nhiễm trong nước (sông, hồ và biển).

a) Sự phân hủy các hợp chất hữ cơ u

Mục đích chính của xử lý nước thải bằng quá trình sinh học là loại bỏ các chất hữu cơ, SS và làm giảm hoạt động của các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải [38 ] Các hợp chất hữu cơ bao gồm Cacbon, Oxy và Hydro cùng với Nitơ và Lưu huỳnh thành hợp chất COHNS Các chất hữu cơ trong nước thải thường có protein (40 – 60%), tinh bột (25 – 50%), các loại dầu và chất béo (8 12%) Urê – thành phần chính của nước tiểu, là một hợp chất hữu cơ chính trong nước thải

Để loại bỏ các chất hữu cơ sinh học đòi hỏi phải có thời gian tiếp xúc giữa nước thải và các vi sinh vật dị dưỡng, đủ oxy và các chất dinh dưỡng (Hình 1.3)

22

Hình 1.3 Quá trình oxy hóa sinh hóa cá c chất hữu cơ phân hủy sinh học

Ở phương trình 1.1, COHNS đại diện cho các chất hữu cơ (OM) trong nước thải, là chất cho điện tử còn oxy là chất nhận điện tử Trong quá trình hấp thu sinh học ban đầu của các chất hữu cơ, hơn một nửa của nó bị oxy hóa, phần còn lại được đồng hóa thành sinh khối mới COHNS có thể bị oxy hóa hơn nữa bằng cách hô hấp nội sinh Một số vi sinh vật có giá trị được tìm thấy cho việc loại bỏ các chất hữu cơ [42]

COHNS + O2 + chất dinh dưỡng → CO2 + NH3 + tế bào mới + sản phẩm (1.1) Trong một số nghiên cứu nước thải phải có đủ các chất dinh dưỡng (N và P, phương trình 1.1) để đảm bảo cho việc xử lý các chất hữu cơ [38]

b) Quá trình khử các chất dinh dưỡng Nitơ

Loại bỏ nitơ sinh học đòi hỏi một quá trình hai bước: nitrat hóa và khử nitrat (hình 1.4)

Kể từ khi phát hiện ban đầu của phản ứng nitrat hóa (hình 1 bên trái), khoảng 4

100 năm trước đây, đã có sự quan tâm đáng kể đến các ứng dụng của vi khuẩn nitrat hoá để xử lý nước thải Nitrat hóa là một quá trình hai bước: đầu tiên amoni được oxy hóa thành nitrit (phương trình 1.2 - quá trình nitrit hóa) do vi khuẩn oxy hóa

CO 2

O 2

OM

23

amoni, sau đó nitrit được oxy hóa thành nitrat (phương trình 1.3 - quá trình nitrat

hóa) bởi vi khuẩn oxy hóa nitrit, ví dụ như Nitrobacter, Nitrococcus và Nitrospira

[41] Vi khuẩn nitrat tự dưỡng là vi khuẩn có khả năng loại bỏ nitơ (amoni) bằng

Để thực hiện giai đoạn khử nitrit cần tạo ra trong đó vùng thiếu khí Như vậy

thời gian lưu nước trong công trình sẽ tăng lên

Quá trình khử Nitơ bằng phương pháp bùn hoạt tính có ưu điểm:

- Loại bỏ được nitơ trong nước thải dòng ra;

- Hiệu suất khử BOD tăng lên, các chất hữu cơ tiếp tục bị oxyhóa trong quá

24

- Làm tăng khả năng lắng và hạn chế độ trương của bùn hoạt tính;

- Làm tăng pH của nước thải sau xử lý

c) Quá trình khử các muối dinh dưỡng photpho

Photpho là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng góp phần vào sự gia tăng hiện tượng phú dưỡng ở các hồ và vùng nước tự nhiên Sự có mặt của nó gây

ra rất nhiều vấn đề đối với chất lượng nước như: tăng chi phí làm, giảm giá trị bảo tồn của hồ chưa, ngộ độc do tảo gây ra

Phương pháp truyền thống để loại bỏ phot phat là kết tủa bằng muối sắt, muối nhôm hoặc vôi Ca(OH)2 Nói chung, với phương pháp kết tủa có thể loại bỏ được 70% đến 95% và tổng lượng phot pho thải dưới 0,3 mg P/l, tùy thuộc vào điều kiện hoạt động [26] Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp kết tủa này là tạo ra một lượng bùn rất lớn (lên tới 40%), chi phí xử lý bùn và hiệu quả chưa cao khi sử dụng muối sắt và mối nhôm [34] Vì vậy, phương pháp sử dụng hóa chất để loại bỏ photpho được giảm thiểu

Một cách khác là loại bỏ photpho sinh học Trong quá trình chuyển hóa năng lượng của tế bào vi khuẩn, một lượng photpho “sinh học” được sử dụng trong Andenozin Triphotphat ATP để tích lũy năng lượng Nhóm vi khuẩn Acietobacter

sp là vi khuẩn kị khí tùy tiện có khả năng tích lũy polyphotphat trong sinh khối tương đối cao (từ 2 5% P) Người ta đã ứng dụng quá trình photphoril hóa của vi – khuẩn để khử photpho

ADP + H3PO4 + năng lượng ↔ ATP + H2O Khả năng lấy photpho của vi khuẩn kị khí tùy tiện Acinebacter sp sẽ tăng lên rất nhiều khi nước thải luân chuyển qua các điều kiện hiếu khí và kị khí [1]

1.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ SBR

 Oxy hòa tan (DO)

Đây là yếu tố quan trọng đối với hệ thống xử lý hiếu khí DO thường được cấp

2 mg O2/l

25

Nếu thiếu oxi hoà tan sẽ gây ra hiện tượng phồng bùn do vi khuẩn dạng sợi phát triển, làm cho bùn xốp, khó lắng Việc cung cấp oxi còn có tác dụng tạo ra độ đồng nhất các pha trong thiết bị, làm rã các khối bông sinh học lớn, giảm các điểm chết trong thiết bị, nâng cao hiệu quả làm sạch và rút ngắn thời gian lưu nước trong hệ thống

Độ hoà tan của oxi vào trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố, không chỉ phụ thuộc vào phương thức cấp khí (công suất máy nén, áp lực nén, đặc trưng của hệ thống phân phối khí), chiều cao cột nước mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ, tính chất nước thải, tỷ số F/M (nguồn dinh dưỡng/lượng sinh khối), tốc độ sinh trưởng, đặc trưng hình thái và sinh lý VSV

Chỉ tiêu nồng độ độ oxy hoà tan đảm bảo cho quá trình xử lý hiếu khí là 1,5 – 2 mg/l [3]

 pH

pH của nước thải có ảnh hưởng lớn đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng Để loại bỏ các chất hữu cơ, độ pH trong khoảng 6,0-9,0 là chấp nhận được, trong khi hiệu suất tối ưu xảy ra gần một pH trung tính [38]

Để đảm bảo pH trong khoảng trên, trong thực tế trước khi cho nước thải vào bể

xử lý sinh học hiếu khí, người ta thường điều hoà lưu lượng, điều chỉnh giá trị pH ở

bể điều hoà

 Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng tới hoạt động của VSV Mỗi VSV cũng có một khoảng nhiệt

độ tối ưu, nếu tăng nhiệt độ quá ngưỡng sẽ ức chế hoạt động của VSV hoặc bị tiêu diệt Ngoài ra, nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải, quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thải và quá trình lắng bông cặn chứa VSV

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DO:

+ Khi nhiệt độ tăng DO giảm và vận tốc phản ứng tăng lên

+ Khi nhiệt độ giảm DO tăng nhưng ngược lại vận tốc phản ứng giảm

26

Nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lý nước thải là 20 – 40oC, tối ưu là 25 –

35oC, nhiệt độ thấp nhất vào mùa đông là 12oC [8]

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng sinh học thể hiện qua biểu thức:

Tỷ lệ các chất dinh dưỡng phù hợp là BOD : N : P = 100 : 5 : 1 [3]

Thiếu dinh dưỡng trong nước thải sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối của VSV, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm, kìm hãm

và ức chế quá trình oxy hoá các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn

Nếu thiếu Nitơ một cách kéo dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá còn làm cho bùn hoạt tính khó lắng [3] Các bông bùn bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước

ra làm cho nước khó trong và chứa một lượng lớn VSV, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường độ oxy hoá của chúng

Nếu thiếu Photpho, VSV dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiệu quả xử lý

27

 Các chất dầu mỡ

Các chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn Chất béo và dầu mỡ thường bền vững và khó phân hủy Trong quá trình bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn và can thiệp vào hoạt động của vi khuẩn cũng như cấu trúc bông bùn Các hợp chất này khi ở trên bề mặt

tế bào sẽ làm tăng nồng độ MLVSS Một số hợp chất béo, dầu mỡ khó phân hủy sẽ

tích tụ trong bùn và chuyển thành dạng kị khí gây độc như mêtan

 Các chất hoạt động bề mặt

Khi trong nước thải có các chất hoạt động bề mặt hoặc thuốc tẩy, hoạt động của các ciliated protozoa và các metazoa sẽ làm gián đoạn hoặc giảm sự phát triển các bông bùn cũng có thể làm cho các bông bùn trưởng thành bị yếu và không hoạt động nữa Khi đó số lượng lớn bông bùn được hình thành dưới dạng rời rạc hoặc phân tán Xà phòng và thuốc tẩy tác động mạnh đến hoạt động của các VSV và làm tăng tổng chất rắn hòa tan (TSS), hiệu quả xử lý thấp

 Chất độc đối với vi sinh vật

Các chất độc hữu cơ, vô cơ, đặc biệt là các kim loại nặng, các ion halogen có khả năng ức chế thậm chí làm vô hoạt hệ enzym oxi hóa khử ở VSV Vì thế, cần phải xử lý trước các chất độc này Sự phân huỷ đòi hỏi các điều kiện môi trường khá nghiêm ngặt, nhiệt độ và pH là những yếu tố đóng vai trò quan trọng [3]

 Hàm lượng các chất rắn

Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng nhất của nước thải, bao gồm các chất rắn không tan lơ lửng (SS), chất keo và hoà tan Trong NTSH cặn lơ lửng chứa 70% cặn hữu cơ và 30% cặn vô cơ [3]

Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý, nhất

là cặn vô cơ Vì vậy, cần phải qua lắng trong giai đoạn xử lý sơ bộ một cách đầy đủ

để loại bỏ các cặn lớn và một phần các chất rắn lơ lửng

28

 Nồng độ chất bẩn hữu cơ trong nước thải

Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của VSV VSV

sẽ bị ức chế và bị kìm hãm quá trình hoạt động sống trong trường hợp nồng độ chất bẩn hữu cơ cao hơn nồng độ cho phép

 Tỷ lệ F/M

Tỷ lệ F/M (Food/ microorganism = thức ăn/ vi sinh vật): là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của VSV hiếu khí

Nếu F/M << 1: thiếu dinh dưỡng cho VSV hoạt động

Nếu F/M >1: VSV phát triển sinh khối, không tạo nha bào nên không kết dính với nhau lại thành bông, kích thước bông bùn giảm, bùn khó lắng làm nước ra sau

xử lý không đạt độ trong yêu cầu

Tỷ lệ F/M = 0,2 – 0,6: tạo độ ổn định trong quá trình xử lý hiếu khí [4]

 Hàm lượng sinh khối ( MLSS)

MLSS thích hợp để xử lý NTSH thường dao động từ 2000 – 5000 mg/l [10] Tuỳ theo hàm lượng và bản chất của chất ô nhiễm trong nước thải cũng như hoạt lực của các VSV mà hàm lượng sinh khối sẽ khác nhau

Hàm lượng bùn thích hợp bằng công nghệ SBR để xử lý đạt hiệu suất cao là

2000 mg/l Hiệu suất xử lý COD, TN, TP lần lượt tương ứng 83,0%, 81,1% và

60,4% [43]

 Thời gian lưu bùn (SRT)

SRT là thời gian của bùn lưu trú lại trong bể xử lý hay còn gọi là tuổi của bùn cặn SRT được tính bằng tỷ số giữa lượng bùn có trong bể với tổng lượng bùn đi ra khỏi hệ thống trong một ngày

Đối với hệ thống khử BOD, SRT có thể dao động từ 3 - 5 ngày,phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thải Ở nhiệt độ 18 - 200C, với những hệ thống khử BOD và giảm quá trình nitrat hóa, SRT có thể chọn là 3 ngày Để loại trừ nitrat hóa, một số quá

Loại bỏ BOD hòa tan trong nước thải đô thị 1-2

Chuyển hóa các phần tử hữu cơ trong nước thải đô thị 2-4

Tăng cường khả năng tạo bông của vi sinh để xử lý

Tăng cường khả năng tạo bông của vi sinh để xử lý

nước thải công nghiệp 3-5

Khử nitrat hóa hoàn toàn 3-18

( Nguồn: Bảng 8.6 trang 680 Waste Water Engineering -Metcalf & Eddy)

 Thời gian lưu thủy lực (HRT)

HRT là khoảng thời gian một hạt hoặc một đơn vị thể tích nước thải lưu trong bể phản ứng Nó là một thông số rất quan trọng được sử dụng để tính toán khối lượng

30

Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài thì thời gian sục khí (một giai đoạn của thời gian lưu thủy lực) trong suốt quá trình diễn ra tại bể phản ứng ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả xử lý nước thải Vì vậy, thời gian lưu thủy lực trong nghiên cứu này chính là thời gian sục khí

Từ những yếu tố ảnh hưởng trên có thể thấy thời gian lưu bùn, thời gian lưu thủy lực và hàm lượng bùn là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí Khi một trong các yếu tố tác động đến quá trình xử lý hiếu khí như thế nào đã được trình bày ở trên, nếu kết hợp các yếu tố này tác động đồng thời thì hiệu suất xử lý COD, BOD5, TN, TP sẽ thay đổi như thế nào?

Để giải quyết vấn đề nêu trên, hệ thống SBR đã được thiết kế và vận hành ở thời gian lưu thủy lực khác nhau và cố định ở thời gian lưu bùn thấp, MLSS ở 2000 mg/l nhằm đánh giá ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực đến hiệu quả xử lý NTSH

1.4 Hiện trạng công tác xử lý NTSH trên địa bàn Thành phố Hà Nội

1.4.1 Hiện trạng thoát nước và xử lý nước thải ở Thành phố Hà Nội

Hệ thống thoát nước của Hà Nội là hệ thống thoát nước chung, đảm nhận việc thu gom nước thải sinh hoạt, thương mại dịch vụ, một phần nước thải công nghiệp, nước mưa và nước chảy tràn bề mặt Nước thải phát sinh từ các hoạt động của con người thường được xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại tại các hộ nhà dân và sau đó chảy ra

hệ thống cống và kênh mương hở trên địa bàn thành phố (sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sông Lừ và sông Sét) trước khi đổ ra sông Hồng Do ảnh hưởng từ lượng mưa chảy vào hệ thống cống và mức độ sinh hoạt của người dân nên lượng nước thải và thành phần tính chất của nó dao động rất lớn theo thời gian trong ngày và theo các mùa trong năm

31

Bảng 1 Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt ở Hà Nội 5 [5]

dễ dàng bị phân hủy bởi các vi sinh vật Các trạm xử lý nước thải đều đạt hiệu suất

xử lý chất hữu cơ (theo chỉ tiêu BOD và COD), tuy nhiên hàm lượng chất hữu cơ tương đối thấp nên có thể không đủ cho quá trình xử lý Nitơ và Phot pho

32

Bảng 1.6 Thống kê các dự án nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tại Hà Nội

2 Trúc Bạch Quận Ba Đình– 2.300 3,5 – 4,0 Đang hoạt động

3 Kim Liên – Quận Đống Đa 3.700 5,2 Đang hoạt động

4 Công viên Thống nhất - 5,2 Dự kiến = Nhà

máy Kim Liên

5 Phú Đô huyện Từ Liêm– 84.000 344,0 Khảo sát thiết kế

6 Yên Xá – Thanh Trì 135.000 318,0 Khảo sát thiết kế

7 Yên Sở - Thanh Trì 195.000 253,0 Khảo sát thiết kế

Trạm Kim Liên ngoài việc xử lý nước thải tập trung đổ xuống sông Lừ trong tương lai sẽ sử dụng nước sạch sau xử lý cho hồ Kim Liên

Bảng 1 Chất lượng nước thải sau xử lý của Trạm xử lý nước thải Kim Liên 7 [ ] 33

Thông số chất lượng

nước thải đầu vào

Nước sau xử lý (mg/l)

Tiêu chuẩn xả thải

33

1.4.2 Tình hình NTSH tại Phường Minh Khai, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội

Phường Minh Khai là phường nằm ở phía Nam quận Hai Bà Trưng Hà Nội - Phía Bắc giáp với phường Quỳnh Lôi và phường Quỳnh Mai, phía Nam giáp với phường Mai Động (thuộc quận Hoàng Mai), phía Đông giáp với phường Vĩnh Tuy, phía Tây giáp với phường Trương Định

Toàn phường có diện tích 0,47 km2 Dọc theo địa bàn phường là trục đường Minh Khai tiếp nối lên cầu Vĩnh Tuy, nơi giao thông huyết mạch của hàng vạn phương tiện lưu thông [20]

Phường Minh Khai là phường đang trên đà đô thị hóa, kinh tế trên địa bàn phường không ngừng phát triển chuyển từ vùng nông nghiệp sang sản xuất dịch vụ thương mại Tình hình an ninh, chính trị và trật tự xã hội luôn được đảm bảo Đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao và ổn định Cơ sở hạ tầng như điện, đường, ánh sáng, cấp thoát nước về cơ bản đã hoàn thiện Mật độ dân cư tại phường rất đông đúc, có 4.760 hộ với 18.868 nhân khẩu được chia thành 12 khu dân cư với 71 tổ dân phố Đa

số dân cư là những người lao động và tiểu thương buôn bán nhỏ [20]

Hình 1.1 Bản đồ vị trí phường Minh Khai, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội [21, ] 22

Ngõ chùa Hưng Ký

34

Ngõ chùa Hưng Ký là một ngõ thuộc Phường Minh Khai Ngõ chùa Hưng Ký là nơi đây gắn với di tích lịch sử chùa Hưng Ký Chùa Hưng Ký là công trình kiến trúc nghệ thuật độc đáo cuối vương triều Nguyễn Trên khuôn viên 3.000 m2 , các công trình kiến trúc của chùa Hưng Ký như tam quan, tam bảo, Phật điện, nhà tổ được bố trí hợp lý, thuận cho Phật tử hành lễ

Một cơ sở của trường Đại học Phương Đông cũng nằm trong ngõ Chùa Hưng

Ký Cơ sở này gồm có 1 khu giảng đường 6 tầng; 2 khu giảng đường 3 tầng với khoảng 4000 sinh viên học tập; 5 phòng thí nghiệm được đầu tư hệ thống máy móc trang thiết bị hiện đại, các xưởng vẽ mỹ thuật để sinh viên nghiên cứu và một tòa nhà ký túc xá có 450 chỗ cho sinh viên thuận lợi việc học tập

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là thời gian lưu thủy lực Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn tác giả tập trung chủ yếu thời gian sục khí một giai đoạn của thời gian – lưu thủy lực trong quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ SBR

2.1.3 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi không gian Điểm xả thải tập trung của một khu dân cư tại ngõ chùa :

Hưng ký phường Minh Khai quận Hai Bà Trưng Hà Nội.– – –

- Phạm vi thời gian: Thời gian tiến hành nghiên cứu từ tháng 8 năm 2012 đến tháng 12 năm 2012

- Phạm vi nội dung: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt dựa trên các

chỉ tiêu COD, TKN, TP

2.2 Lấy mẫu và phân tích mẫu

2.2.1 Lấy mẫu nước thải sinh hoạt

Nước thải nghiên cứu là nước thải sinh hoạt tập trung tại ngõ chùa Hưng Ký – phường Minh Khai quận Hai Bà Trưng Hà Nội Mẫu nước thải được lấy trong – – thời gian từ 10 h đến 12 h (giờ hoạt động xả thải tương đối cao trong ngày) vào 2 can nhựa có dung tích 10 lít Mẫu nước lấy về được bảo quản nơi thoáng mát để làm đầu vào cho hệ thống

36

20Tọa độ vị trí lấy mẫu: 0 59’40” N;

1050 51’ 18” E

Hình 2.1 Vị trí lấy mẫu

Lấy mẫu nước thải ở hệ thống thí nghiệm được thực hiện như sau:

- Mẫu nước thải đầu vào: mẫu nước thải đầu vào hệ thống khi đã được lọc qua ray và xác định pH ngay lúc lấy mẫu bằng giấy quỳ, giá trị pH luôn nằm trong khoảng 7 8 Mẫu được bảo quản trong tủ lạnh 4 - 0C hoặc được phân tích ngay sau khi lấy mẫu

37

Hình 2.2 Xử lý sơ bộ nước thải trong phòng thí nghiệm

- Mẫu nước thải đầu ra: trong quá trình chạy hệ thống thí nghiệm, mẫu nước thải đầu ra được lấy định kỳ 3 lần/ngày, 2 lần/ngày và 1 lần/ngày tùy vào từng giai đoạn vận hành của hệ thống Mẫu được chứa trong chai nhựa và được bảo quản trong tủ lạnh ở 40C trước khi phân tích các thông số

Hình 2 Bảo quản mẫu 3