bài giảng xử lý và tái sử dụng nước thải cho vùng đặc thù

Công nghệ tái sử dụng nước thải4.1 Các sơ đồ tổ chức thoát nước, xử lý và tái sử dụng nước thải4.2 Các mô hình xử lý tái sử dụng nước thải theo các quy mô và yêu cầu tái sử dụng nước thả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước

Bộ môn Cấp thoát nước

XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI CHO VÙNG ĐẶC THÙ

Giảng viên: PGS.TS Đoàn Thu Hà Email: thuha_ctn@tlu.edu.vn

ĐT: 0948172299

XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG

NƯỚC THẢI CHO VÙNG

ĐẶC THÙ

PGS.TS Đoàn Thu Hà

Nội dung môn học

1 Chương 1 Tình hình nguồn nước và yêu cầu tái sử dụng nước thải

1.1 Tình hình nguồn nước

1.2 Các yêu cầu về tái sử dụng nước thải

2 Chương 2 Khái niệm về xử lý và tái sử dụng nước thải

2.1 Các định nghĩa, khái niệm về xử lý và tái sử dụng nước thải

2.2 Đặc điểm của xử lý và tái sử dụng nước thải

2.3 Kinh nghiệm xử lý và tái sử dụng nước thải trong và ngoài nước

3 Chương 3 Các công nghệ xử lý nước thải cơ bản và nâng cao

3.1 Các mô hình xử lý nước thải tập trung

3.2 Các mô hình xử lý nước thải nhỏ lẻ, phân tán

4 Chương 4 Công nghệ tái sử dụng nước thải

4.1 Các sơ đồ tổ chức thoát nước, xử lý và tái sử dụng nước thải

4.2 Các mô hình xử lý tái sử dụng nước thải theo các quy mô và yêu cầu tái sử dụng

nước thải khác nhau

Tình hình nguồn nước

Bối cảnh chung về nguồn nước

Nước bao phủ 70% bề mặt thế giới và gần như có

ở khắp mọi nơi, tuy nhiên nước ngọt có sẵn và có thể sử dụng được chỉ chiếm 0,5% lượng nước trên Trái đất Hiện nay, khoảng 2,2 tỷ người trên khắp thế giới vẫn chưa được tiếp cận với nguồn nước uống được quản lý an toàn và 785 triệu người thậm chí không có nước uống cơ bản

Dự kiến dân số thế giới sẽ đạt mức 10 tỷ người ở năm 2050 Mức tăng dân số cùng với quá trình đô thị hóa và sự phát triển của các ngành kinh tế, nhu cầu dùng nước ngày càng cao, nguồn nước sẽ ngày càng khan hiếm Tài nguyên nước phải đối mặt với

Nguồn nước mặt ở Việt Nam

➢ Việt Nam có hệ thống sông ngòi có mật độ tương đối cao, với hơn 3.000 sông, suối và trên có khoảng trên 7.160 hồ chứa [1]

➢ Tài nguyên nước Việt Nam thuộc loại phong phú so với

trung bình trên thế giới, tuy nhiên thay đổi theo vùng miền

và theo mùa, mưa nhiều gây ngập lụt mùa mưa, cạn kiệt vào mùa khô

➢ Thêm vào đó là các hiện tượng thời tiết cực đoan, biến đổi khí hậu – nước biển dâng, ảnh hưởng bởi quản lý và sử dụng nước thượng lưu,

➢ khiến tình trạng khan hiếm nước, xâm nhập mặn càng trở nên nghiêm trọng, đặc biệt như đối với sông Hồng, sông Thái Bình và các sông thuộc vùng ĐBSCL

Chất lượng nguồn nước mặt

➢ Nhiều lưu vực sông đã và đang bị ảnh hưởng ô nhiễm bởi

nước thải sinh hoạt và sản xuất

➢ Nước thải từ các đô thị, các khu công nghiệp, dân cư nông

thôn, làng nghề, sản xuất nông nghiệp, vv… hoặc xử lý chưa

đạt yêu cầu hoặc không được xử lý xả thẳng ra môi trường,

làm ô nhiễm các nguồn nước

➢ Hiện cả nước có hơn 770 đô thị, tuy nhiên tỷ lệ nước thải

sinh hoạt được xử lý chỉ đạt ở mức khoảng 12% [2]

➢ Kết quả quan trắc cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm trên

nhiều hệ thống sông vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần,

như ở hệ thống sông Cầu, sông Nhuệ-Đáy, sông Hồng, sông

Đồng Nai

Nguồn nước sông Đáy bị ô nhiễm

Nguồn nước ngầm

➢ Việt Nam có nguồn tài nguyên nước dưới đất phong phú, với nhiều tầng chứa nước, có chất lượng tương đối tốt:

Tầng chứa nước các trầm tích Holocen (qh);

Tầng chứa nước các trầm tích Pleistocen giữa – trên (qp2);

Tầng chứa nước các trầm tích Pleistocen dưới (qp1);

Tầng chứa nước các trầm tích Pliocen (n2);

Tầng chứa nước các trầm tích Miocen (n1)

➢ Dữ liệu quan trắc mực nước và chất lượng nước trong những năm gần đây cho thấy mực nước ngầm ở nhiều vùng khai thác bị suy giảm,

➢ phễu hạ thấp mực nước do khai thác nước có diện tích tăng thêm, diện tích vùng bổ cập bị thu hẹp do quá trình đô thị hóa

➢ Chất lượng nước có chiều hướng xấu đi, ảnh hưởng chất ô nhiễm

Mức độ khai thác nước và nhu cầu dùng nước

Kết quả nghiên cứu của Ban Nước Toàn cầu thuộc Ngân hàng Thế giới, về chỉ số khai thác nước (tỉ lệ khai thác, sử dụng so với tổng lượng nước sẵn có), cho thấy:

➢ mức độ khai thác, sử dụng nước ở các lưu vực chính của Việt Nam hiện đang tới mức không bền vững

➢ điển hình là sông Hồng-Thái Bình,

➢ cụm sông Đông Nam Bộ và lưu vực sông Đồng Nai [4]

➢ Theo tính toán dự báo của Ngân hàng thế giới, nhu cầu nước mùa khô của Việt Nam vào năm 2030

sẽ tăng 32% so với hiện tại và

➢ 5 lưu vực sông chính của Việt Nam, các lưu vực kinh tế trọng điểm sẽ có căng thẳng nghiêm trọng

về nước [5]

Sự cần thiết tái sử dụng nước thải

Việc xử lý và tái sử dụng nước thải đạt được

các mục tiêu chính sau:

 Chủ động nguồn nước cấp cho các nhu

cầu sử dụng,

 góp phần đảm bảo yêu cầu cấp nước ngày

càng tăng trong điều kiện nguồn nước

khan hiếm;

 Đảm bảo tỷ lệ nước thải được xử lý với

chất lượng theo yêu cầu,

 góp phần bảo vệ môi trường, bảo vệ chất

lượng nguồn nước mặt và nước ngầm

Chu trình xử lý và tái sử dụng nước thải

Chương 2 Khái niệm về xử lý và tái sử dụng nước thải

Các định nghĩa, khái niệm về xử lý nước thải và tái sử dụng nước thải

Đặc điểm của xử lý nước thải và tái sử dụng nước thải

Kinh nghiệm xử lý nước thải và tái sử dụng nước thải trong và ngoài nước

1 MỞ ĐẦU

1 Ý nghĩa của việc xử lý nước thải trong chiến lược bảo

vệ môi trường

2 Tác động của nước thải đối với môi trường

✓ Gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm.

✓ Tác động đến sức khỏe con người

✓ Tác động đến cảnh quan, thiên nhiên,

✓ Tác động đến kinh tế, xã hội

✓ Tác động lên chuỗi thức ăn.

Nguồn nước thải từ các ngôi nhà

Nước thải phân Nước tiểu Nước tắm, giặt, rửa Nước thải nhà bếp Các loại nước

thải khác

1.1 Nguồn gốc, phân loại và số lượng nước thải

1 Nước thải sinh hoạt.

giặt, chậu rửa mặt

• Loại nước thải này

tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh và

dễ gây mùi hôi thối Hàm lượng các chất hữu cơ (BOD) và các chất

Nước chứa dầu

• Nước thải nhà bếp chứa dầu mở và phế thải thực phẩm

từ nhà bếp, máy rửa bát

• Các loại có hàm lượng lớn các chất hữu cơ (BOD,COD)

và các nguyên tố dinh dưỡng khác

1.1 Nguồn gốc, phân loại và số lượng nước thải

b.Theo đối tượng thoát nước

• Nhóm nước thải các hộ gia đình, khu dân cư.

• Nhóm nước thải các công trình công cộng, dịch vụ như nước thải bệnh viện, nước thải khách sạn, nước thải trường học, nước thải nhà ăn.

• Mỗi nhóm, mỗi loại nước thải có lưu lượng,

chế độ xả nước và thành phần tính chất đặc trưng riêng.

1.1 Nguồn gốc, phân loại và số lượng nước thải

c.Theo đặc điểm hệ thống thoát nước

• Nước thải hệ thống thoát nước riêng

• Nước thải hệ thống thoát nước chung.

Kết luận: Việc phân loại nước thải theo hệ thống

thoát nước phụ thuộc vào đối tượng thoát nước, đặc điểm hệ thống thoát nước của đô thị hoặc khu dân cư và các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế

xã hội khác của đô thị.

b.Theo đối tượng thoát nước

✓Nhóm nước thải các hộ gia đình, khu dân cư.

✓Nhóm nước thải các công trình công cộng , dịch vụ như nước thải bệnh viện, nước thải khách sạn, nước thải trường học, nước thải nhà ăn.

c Theo đặc điểm hệ thống thoát nước

✓ Nước thải hệ thống thoát nước riêng Nước thải từ các thiết

bị vệ sinh được thu gom và vận chuyển về trạm xử lý theo tuyến cống riêng.

✓Nước thải hệ thống thoát nước chung Các loại nước thải sinh

hoạt (nước xám và nước đen) cùng với nước mưa đợt đầu

18

1.1 Nguồn gốc, phân loại và số lượng nước thải

2 Nước thải công nghiệp

- Nước thải sản xuất không bẩn

- Nước thải sản xuất bẩn

1.2 Thành phần của nước thải

1.2.1 Theo trạng thái lý học của các chất bẩn

 Các chất bẩn trong nước thải được chia thành 3 nhóm sau đây:

1.2 Thành phần của nước thải

Chương 3 Các công nghệ xử lý nước thải cơ bản và nâng cao

Các mô hình xử lý nước thải tập trung

Các mô hình xử lý nước thải nhỏ lẻ, phân tán

1 Sơ đồ công nghệ của trạm xử lý nước thải

Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải là tổ hợp công trình,

trong đó nước thải được xử lý từng bước theo thứ tự xử lý từ thô đến xử lý tinh ; từ xử lý những chất không hoà tan đến

xử lý các chất keo và hoà tan Khử trùng là khâu cuối cùng.

Mục tiêu cụ thể:

Loại bỏ rác, cặn (CLL - SS) , CHC (BOD), N, P

Song chắn rác

Bể tách mỡ

36

Bể lắng đứng

Bể lắng ngang

38

Bể lắng ly tâm

Chi tiết bể lắng ly tâm

40

c Phương pháp hoá học và hoá lý

Keo tụ tạo bông

42

Tuyển nổi

d Phương pháp sinh hoá

Sinh hoá là quá trình khoáng hoá các chất bẩn HC chứa trong

NT ở dạng hoà tan, keo và phân tán nhỏ nhờ vào hđ sinh tồn của vi sinh vật có khả năng ôxy hoá hoặc khử các chất bẩn HC chứa trong NT.

❖Trong điều kiện hiếu khí (có oxy) :

✓Tự nhiên: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật

✓Nhân tạo: bể lọc sinh vật nhỏ giọt (biôphin nhỏ giọt), bể lọc

sinh vật cao tải, aêrôten, SBR, MBR, MBBR, …

44

1.5 Quá trình hiếu khí, quá trình yếm khí hay

kỵ khí, quá trình ni trát hoá và khử ni trat hoá

 Quá trình khoáng hoá là quá trình sinh hoá phân

giải các liên kết hữu cơ phức tạp thành CO2,H2O.

1.5.1 Quá trình hiếu khí

 Quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ dưới tác

dụng của các vi khuẩn hiếu khí được gọi là quá

trình sinh hoá hiếu khí.

 Ứng dụng: làm sạch nước thải chứa các chất bẩn

hữu cơ ở dạng hoà tan và dạng keo.

1.5 Quá trình hiếu khí, quá trình yếm khí hay kỵ khí, quá trình ni trát hoá và khử ni trat hoá

1.5.2 Quá trình yếm khí

dưới tác dụng của các vi khuẩn yếm khí được gọi

là quá trình sinh hoá yếm khí.

 Ứng dụng: chế biến và khử độc cặn trong nước

thải hoặc xử lý sơ bộ nước thải công nghiệp chứa các chất hữu cơ với hàm lượng cao.

1.5.3 Quá trình nitrat hoá

a) Khái niệm của quá trình nitrit hoá

 Quá trình nitrát hoá là quá trình ôxy hoá sinh hoá nitơ của các muối amôn, đầu tiên thành nitrit và sau đó thành nitrat dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện thích ứng (có ôxy và nhiệt độ trên 40C)

 Hai nhóm vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hoá:

- Vi khuẩn nitrit ôxy hoá amôniắc thành nitrít hoàn thành giai đoạn thứ nhất;

- Vi khuẩn nitrat ôxy hoá nitrit thành nitrat, hoàn thành giai đoạn thứ 2

2 NH3 + 3 O2 = 2 HNO2 + 2 H2O (1)

1.5.3 Quá trình nitrat hoá

b) Ý nghĩa của quá trình nitrat hoá trong việc làm sạch nước thải

 Quá trình nitrat hoá tích luỹ được một lượng ôxy dự trữ có thể sử dụng để ôxy hoá các chất hữu cơ không chứa nitơ khi lượng ôxy tự do (lượng ôxy hoà tan) đã tiêu hao hoàn toàn cho quá trình đó

 Quá trình nitrat hoá là giai đoạn cuối cùng của quá

trình khoáng hoá (ôxy hoá) các chất hữu cơ chứa

nitơ Sự có mặt của nitrat trong nước thải phản

ánh mức độ khoáng hoá hoàn toàn các chất bẩn hữu cơ.

1.5.4 Quá trình khử nitrat hay phản nitrat

 Quá trình khử nitrát là quá trình tách ôxy khỏi nitrit, nitrat dưới tác dụng của các vi khuẩn kỵ khí (vi khuẩn khử nitrat).

1.6 Quá trình hoà tan và tiêu thụ ôxy

1.6.1 Đặt vấn đề

Các điều kiện cần có để xử lý nước thải?

 Phải có O2 để ôxy hoá hiếu khí các chất bẩn hữu cơ.

 Nguồn cung cấp O2 : không khí.

 Quá trình diễn ra :

 Hoà tan ôxy (cung)

 Tiêu thụ ôxy (cầu).

 Sự có mặt của vi sinh vật.

1.6.2 Diễn biến của quá trình khoáng hoá (ôxy hoá sinh hoá) các chất bẩn hữu cơ

 Quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ diễn ra được là nhờ tác dụng của vi sinh vật khoáng hoá

và còn gọi là quá trình ôxy hoá sinh hoá Quá trình diễn ra theo 2 giai đoạn :

- Giai đoạn 1 : ôxy hoá các chất hữu cơ chứa C.

- Giai đoạn 2 : ôxy hoá các chất hữu cơ chứa N.

1.6.3 Quy luật của quá trình tiêu thụ ôxy (ôxy hoá)

 Tốc độ ôxy hoá (hay tốc độ tiêu thụ ôxy), với nhiệt độ không đổi, ở mỗi thời điểm nhất định, tỷ lệ thuận với lượng các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải.

Diễn giải quy luật : Lt = La - Xt.

 La - lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá toàn bộ lượng chất hữu cơ trong nước thải ở thời điểm đầu.

 Xt - lượng ôxy đã tiêu thụ sau thời gian t.

 Lt - lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá các chất bẩn hữu cơ còn lại sau thời gian t.

❖ Câu hỏi về nhà: Nêu quy luật và biểu thị quy luật của

quá trình tiêu thi oxy trong nước thải Các yếu tố ảnh huongr tới quá trình này là gì?

1.6.4 Quy luật của hoà tan ôxy

 Sự hoà tan chất khí trong nước - các yếu tố ảnh hưởng : T o, áp suất,điều kiện khuấy trộn bề mặt tiếp xúc.

 Quy luật : Tốc độ hoà tan ôxy trong nước ở mỗi thời điểm nhất định tỷ lệ nghịch với độ bão hoà ôxy và tỷ lệ thuận với độ thiếu hụt ôxy.

 Biểu thị độ thiếu hụt : phần mười, % hoặc mg/l.

 Da = độ thiếu hụt ôxy lúc ban đầu,mg/l ;

 Dt = độ thiếu hụt ôxy của nước sau thời gian t, ngđ.

1 7 Xác định hàm lượng chất hữu cơ

Các chất hữu cơ trong nước thải bao gồm những chất nào? Bao gồm cácbonhydrat (CHO) như là đường, xenlulozơ; các chất béo và dầu mỡ (CHNO) như là axitbéo dễ bay hơi; các chất đạm (CHOSP) như là axit amin, amoni và ure (CHON)m

Question: Các chất hữu cơ trong nước thải được xác định thế nào?

Người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ thông qua lượng oxy tiêu thụ.

1 7 Xác định hàm lượng chất hữu cơ

1. Nhu cầu oxy tiêu thụ theo lý thuyết ( Theoretical

Oxygen Demand – ThOD) là lượng oxy cần thiết để oxy hoá hoàn toàn các chất hưũ cơ có trong nước cho đến

CO2 và H2O

2. Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen

Demand-COD) là lượng oxy hóa hoá học các chất hữu cơ thông qua các chất oxy hoá mạnh như pemanganat (KMnO4) hoặc dicromat

3. Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical Oxygen

Demand-BOD) là lượng oxy yêu cầu để lượng vi khuẩn oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải

Bể Aeroten

Bể Biophin

Bể SBR

Chú ý:

Quá trình XLSH trong điều kiện nhân tạo có thể thực hiện đến

mức độ hoàn toàn (xử lý sinh học hoàn toàn) khi BOD của nước

thải giảm đến 90 - 95 % và không hoàn toàn khi BOD giảm đến

Bể tự hoại

62

Bể Metan

Biogas

Bể UASB

68

70

a. Dây chuyền công nghệ XLNT quy mô nhỏ

Sơ đồ trạm xử lý có công suất dưới 25 m3/ng.đ

I- Nước thải ; I'- Nước thải đã xử lý ; 1- Bể tự hoại ; 2- Bãi lọc ngầm (HSV, biôphin)

Sơ đồ trạm xử lý nước thải công suất dưới 5000 m 3 /ng.đ

1 - Song chắn rác; 2 - Bể lắng cát; 2’ - Sân phơi cát

3 - Bể lắng 2 vỏ; 3’ - Sân phơi bùn; 4 - Bể tiếp xúc

b Dây chuyền công nghệ XLNT quy mô vừa

Sơ đồ trạm xử lý cơ học với công suất > 10.000 m 3 /ngđ.

c Dây chuyền công nghệ XLNT quy mô lớn

74

Sơ đồ trạm xử lý dùng Aerôten với làm sạch sinh học hoàn toàn.

1 - Song chắn rác; 1’ - Máy nghiền rác; 2 - Bể lắng cát; 2’ - Sân phơi cát;

14 - Bể làm thoáng sơ bộ; 7 - Bể lắng đợt I; 8 - Bể mêtan; 9 - Sân phơi bùn;

10 - Nồi hơi; 11 - Bể chứa khí đốt;12 - Aerôten; 6 - Bể lắng đợt II;13 - Bể nén bùn;

76

Tiêu chí đề xuất công nghệ:

- Đảm bảo mức độ xử lý nước thải theo yêu cầu;

- Đơn giản trong kết cấu vận hành;

- Đảm bảo mỹ quan cho công trình xử lý, không

ảnh hưởng đến kiến trúc cảnh quan chung;

- Có thể phân đoạn vận hành thích hợp với từng

gian đoạn công suất xử lý theo tiến độ lấp đầy

người vào các đơn vị ở của dự án;

- Bố trí hợp lý các công trình, tiết kiệm diện tích

- Cao độ của mực nước nguồn tiếp nhận nước thải

- Cao độ đáy ống nước thải đầu vào của hệ thống

- Vị trí đấu nối với hệ thống thoát nước của khu vực nếu có

- Tình trạng ngập úng của khu vực xây dựng dự án

- Các công trình ngầm ảnh hưởng tới đề xuất này

No Chỉ tiêu ĐVT Giá trị vào QCVN 14:2008

1.Phân tích lựa chọn công nghệ

Các công nghệ có thể được xem xét để lựa chọn: