Giáo trình xử lý nước thải (ngành công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước cao Đẳng)

- Xác định COD bằng phương pháp oxy hóa mạnh trong điều kiện acid PP Bicromat - COD luôn > BOD CO2 và nước Hàm lượng này sẽ tính được khi biết cấu tạo công thức hóa học của các chất hữu

1

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1

Giáo trình

Xử lý nước thải

NGÀNH: Công nghệ Kỹ thuật tài nguyên nước

TRÌNH ĐỘ: Cao đẳng

Ban hành kèm theo Quyết định số 368ĐT/QĐ- CĐXD1 ngày 10 tháng 08 năm

2021 của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1

Hà Nội –

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

3

LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình <Xử lý nước thải= bao gồm những kiến thức về đặc điểm các nguồn nước, quy định về bảo vệ vệ sinh nguồn nước; điều kiện ứng dụng, cấu tạo, lựa chọn kích thước cho công trình thu nước; nguyên lý làm việc, cấu tạo của máy bơm ly tâm, xác định lưu lượng, cột áp của máy bơm (để chọn máy bơm); kết cấu và trang bị của tram bơm; quản lý, vận hành trạm bơm cấp nước, trạm bơm thoát nước cho công trình dân dụng cấp III và đô thị loại IV

Giáo trình đã được các giảng viên trong Bộ môn Cấp nước và Thoát nước, thuộc khoa Quản lý Xây dựng và đô thị, trường Cao đẳng Xây dựng số 1 góp ý kiến Tôi rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, năm 20 Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: Lê Thị Minh Nga

4

MỤC LỤC

1.1 Thành phần, tính chất, mức độ xử lý nước thải:

1.1.1 Thành phần của nước thải

1.1.2 Quá trình hoà tan và tiêu thụ ôxy

1.1.3 Nhu cầu ôxy sinh hoá (NOS) - Nhu cầu ôxy hoá học (NOH)

1.1.4 Xác định nồng độ chất bẩn, dân số tương đương

1.2 Sự ô nhiễm nguồn nước, BVNT khỏi bị nhiễm bẩn bởi NT

1.2.1 Sự ô nhiễm nguồn nước

1.2.3 Qui định chất lượng cho phép nước thải trước khi xả thải

1.2.4 Xác định mức độ cần thiết làm sạch nước thải

1.3 Các phương pháp xử lý nước thải:

1.3.1 Khái niệm về công nghệ xử lý nước thải

1.3.3 Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

1.3.4 Ví dụ 1 - Lựa chọn DCCN XLNT dựa trên số liệu đã cho

2.2 Công trình XLNT bằng phương pháp sinh học

2.2.2 Trong điều kiện nhân tạo

2.3 Công trình xử lý bùn cặn trong nước thải

3.2 Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp hoá học,hoá lý

3.2.1 Phương pháp đông tụ

3.2.2 Phương pháp trung hoà

3.2.4 Phương pháp trích ly

3.3 Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học

5

3.3.2 Trong điều kiện kỵ khí

Chương 4: Quản lý, vận hành, bố trí trạm xử lý nước thải 63

4.1.2 Tổ chức quản lý trạm XLNT

4.2 Kiểm tra kỹ thuật

4.3 Các sự cố thường gặp, biện pháp sửa chữa,VSAT

4.3.2 Biện pháp sửa chữa công trình

4.3.3 Công tác vệ sinh công trình

4.3.4 Kỹ thuật an toàn

4.4 Bố trí các công trình trong trạm XLNT

4.4.1 Yêu cầu vệ sinh khi bố trí các công trình XLNT

4.4.3 SV bố trí các công trình tổng thể trên mặt bằng với và vẽ chi

tiết 1 công trình đơn vị do GV giao

 Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người: tắm, giặt giũ, tẩy rữa, vệ sinh cá nhân,…chúng thường được thải ra từ các các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác

Nước thải sản xuất

Nước thải sản xuất là loại nước thải ra sau quá trình sản xuất Lưu lượng thải, đặc tính ô nhiễm và nồng độ nhiễm bẩn của nước thải sản xuất rất khác nhau phụ thuộc vào loại hình sản xuất và dây chuyền công nghệ lựa chọn

Nước thải là nước mưa

Là loại nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và cuốn theo các chất cặn bã, dầu mỡ, bụi bẩn, vi khuẩn… khi đi vào hệ thống thoát nước

Hầu hết ở các thị trấn, thị xã, thành phố của nước ta, nơi có mạng cống chung (thoát nước thải và thoát nước mưa) Lượng nước chảy về trạm xử lý gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và một phần nước mưa theo hệ số pha loãng đã được lựa chọn khi thiết kế mạng lưới

1.1.1 Thành phần của nước thải

- Theo trạng thái lý học của các chất bẩn : Các chất bẩn trong nước thải được chia

1.1.2 Quá trình hoà tan và tiêu thụ ôxy

Trong quá trình xử lý nước thải cần có O2 để ôxy hoá hiếu khí các chất bẩn hữu cơ

- Nguồn cung cấp O2 : không khí, hoặc quá trình quang hợp của thủy sinh vật trong nước

- Quá trình khoáng hoá (ôxy hoá sinh 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 :

7

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

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

1.1.2.1 Quá trình tiêu thụ ôxy (ôxy hoá)

Quá trình tiêu thụ ôxy (hay tốc độ ôxy hoá, 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

1.1.2.2 Quá trình hoà tan ôxy

- 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

1.1.3 Nhu cầu ôxy sinh hoá (NOS) - Nhu cầu ôxy hoá học(NOH)

.1.3.1 Nhu cầu ôxy sinh hoá BOD (NOS): (mg/l)

Là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn phát triển để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Đây là thông số quan trọng dùng chỉ mức độ nhiễm bẫn nước thải do các chất hữu cơ Thông số này được dùng tính toán, thiết kế các công trình xử lý bằng phương pháp sinh học NOS1 - 2 - 3 20 ngày

NOS1=21% NOS20; NOS5= 65% NOS20; NOS20  NOStoàn phần

Đối với nước đã lắng khi thiết kế trạm xử lý nước thải mới có thể lấy NOStf = 1,5 NOS5 Đôi khi NOStf không tính đến lượng chất hữu cơ tiêu thụ cho sự tăng sinh khối của vi sinh vật và lượng chất hữu cơ bền vững không bị ôxy hoá sinh hoá

Các số liệu tiêu chuẩn :

Đối với nước thải sinh hoạt theo 20TCN 51-84 :

BOD5 = 35 g/ng.ngđ Nitơ của muối amôn : 8 g/ng.ngđ

BOD20 = 40 g/ng.ngđ Phốt phát P2O5 : 1,7 g/ng.ngđ

.1.3.2 Nhu cầu ôxy hoá học COD (NOH):

Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ và một phần các chất vô cơ

- Xác định COD bằng phương pháp oxy hóa mạnh trong điều kiện acid (PP Bicromat)

- COD luôn > BOD

CO2 và nước Hàm lượng này sẽ tính được khi biết cấu tạo công thức hóa học của các chất hữu cơ

8

COD BOD

nhu cÇu oxy theo lý thuyÕt, thod

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa BOD và COD

 Oxy hòa tan (DO)

Đây là chỉ số quan trọng trong xử lý sinh học hiếu khí Việc xác định hàm lượng oxy hòa tan có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí của nước tự nhiên và phân hủy hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải, chỉ tiêu nồng độ oxy hòa tan đảm bảo cho quá trình xử lý hiếu khí là 1,5-2mg/l Mặt khác hàm lượng oxy hòa tan còn là cơ sở xác định nhu cầu oxy sinh hóa

DO phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, nồng độ muối có trong nước Trong quá trình xử lý, các

vi sinh vật tiêu thụ oxy hòa tan để oxy hóa sinh hóa, đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền (BOD, N, P) cần thiết cho sự sống, sinh sản và tăng trưởng của chúng Vì vậy giữ được oxy hòa tan trong nước thải trong quá trình xử lý là một yêu cầu quan trọng

 pH

Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hòa (pH = 7) hay tính axit (pH<7) hoặc tính kiềm (pH>7) Quá trình xử lý sinh học nước thải rất nhạy cảm với sự dao động của trị số pH

Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi trị số pH trong khoảng 6,5 đến 8,5, khoảng giá trị tốt nhất là từ 6,8 đến 7,4

Quá trình xử lý kị khí đòi hỏi trị số pH trong khoảng 6,4  7,4

 Nhiệt độ nước thải

Đây là đại lượng ảnh hưởng trực tiếp đến công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến thời gian chuyển hóa của SV mà còn tác động đến quá trình hấp thu khí oxy vào nước thải và quá trình lắng bông cặn ở bể lắng 2

1.1.4 Xác định nồng độ chất bẩn, dân số tương đương

Q L Q L Q L

CN CN SH

CN CN CN CN SH

1.1.4.2 Dân số tương đương

Dân số tương theo chất lơ lửng được tính theo công thức sau :

65

7007080060

N ss CN CN CN CN

( a = 65 g/người.ng.đ )

2 2 1 1

1.2.1 Sự ô nhiễm nguồn nước

Sự ô nhiễm nguồn nước có thể do 2 nguồn: Tự nhiên và nhân tạo

ô nhiễm do tự nhiên :

- Do sự xói lở

- Do sự phân huỷ thối rữa : vi sinh vật và sinh vật

ô nhiễm do nhân tạo :

Do việc xả nước thải sinh hoạt và sản xuất một cách vô tổ chức, bừa bãi

ô nhiễm nguồn nước gây ra rất nhiều vấn đề như:

- Thay đổi tính chất lý học của nước nguồn (độ trong, màu sắc, mùi vị )

- Xuất hiện các chất nổi trên bề mặt nước và các cặn lắng chìm xuống đáy nguồn

- Thay đổi thành phần hoá học của nước nguồn (thay đổi pH và hàm lượng của các chất hữu

cơ và vô cơ, xuất hiện các chất độc hại )

- Lượng ôxy hoà tan trong nước nguồn giảm do đã tiêu hao để ô xy hoá các chất bẩn hữu cơ lẫn trong nước nguồn

- Các vi khuẩn thay đổi về dạng và về số lượng Có xuất hiện cả các vi trùng gây bệnh do nước thải đưa vào

- Nguồn nhiễm bẩn như vậy có ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng nguồn vào mục đích cấp nước, nuôi cá

1 2.2 Qúa trình tự làm sạch nguồn nước

Để bảo vệ nguồn nước khỏi sự nhiễm bẩn của nước thải ta cần nghiên cứu 2 vấn đề: Quá trình tự làm sạch của nguồn nước và nồng độ cho phép chất thải khi đưa vào nguồn nước

(Xác định các qui định chất lượng cho phép nước thải trước khi xả ra nguồn từ đó xác định

mức độ cần thiết làm sạch nước thải)

Quá trình tự làm sạch nguồn nước diễn ra qua 2 giai đoạn :

1.2.2.1 Quá trình xáo trộn (pha loãng) thuần tuý giữa nước thải với nguồn nước: Trong quá trình này nồng độ chất hữu cơ giảm do pha loãng giữa nước thải (bẩn) với nước nguồn (sạch)

1.2.2.2 Quá trình khoáng hoá (ôxy hoá sinh hoá) các chất hữu cơ trong nước nguồn :

+ Hiếu khí : ở trong nước

+ Yếm khí : ở đáy sông (cặn lắng)

Nguồn nước chia làm 2 nhóm :

+ Nhóm 1 : nguồn nước chảy nhanh : sông,

+ Nhóm 2 : nguồn nước chảy chậm hoặc đứng yên : hồ, ao

10

- Khi xả nước thải ra nguồn sẽ xuất hiện các vùng :

+ Vùng 1 : vùng cống xả nước thải

+ Vùng 2 : vùng xáo trộn hoàn toàn giữa nước thải và nước sông

+ Vùng 3 : vùng nhiễm bẩn nặng nhất, nơi ôxy hoà tan trong nguồn đạt giá trị nhỏ

nhất(vi sinh vật sử dụng oxy để ôxy hoá chất bẩn hữu cơ)

+ Vùng 4 : vùng phục hồi trạng thái bình thường Quá trình tự làm sạch coi như đã

kết thúc ở đây

Vùng 2

Vùng 3 Vùng 4S

mi?ng x?

Vùng 1

1.2.3 Qui định chất lượng cho phép nước thải trước khi xả ra nguồn

Để bảo vệ nguồn nước khỏi sự nhiễm bẩn của nước thải ta cần nghiên cứu 2 vấn đề: Quá

trình tự làm sạch của nguồn nước và nồng độ cho phép chất thải khi đưa vào nguồn nước

(Xác định các qui định chất lượng cho phép nước thải trước khi xả ra nguồn từ đó xác định

mức độ cần thiết làm sạch nước thải) Theo tiêu chuẩn VN 7159

1.2.4 Xác định mức độ cần thiết làm sạch nước thải

1.2.4.1 - Mức độ cần thiết làm sạch nước thải theo chất lơ lửng

- Hàm lượng chất lơ lửng cho phép của nước thải khi xả vào nguồn được tính theo công

q

Q

a ) + bsTrong đó : + P : Lượng chất lơ lửng tăng cho phép trong nước nguồn thì đối với nguồn loại I cho phép tăng P = 0,751,00 mg/l ; chọn P = 0,75 ( mg/l)

+ bs : Hàm lượng chất lơ lửng của nước sông trước khi xả nước

m

a1.2.4.2 - Mức độ làm sạch theo BOD 20 của hh nước thải và nước nguồn

BOD20 của nước thải cần đạt được sau khi xử lý được xác định theo công thức:

t k s

t k

q

Q a L

1

3 10



Trong đó: + K1,- Là hằng số tốc độ tiêu thụ oxy của hỗn hợp nước thải và nước nguồn + t : Thời gian dòng chảy từ vị trí xả đến điểm tính toán ngày đêm

+ Ls: BOD20 của nước nguồn trước khi xả nước thải vào

Mức độ cần thiết làm sạch theo BOD20 của nước thải được xác định theo công thức:

HH

T HH L

L

1.2.4.3 Mức độ cần thiết làm sạch theo lượng ôxy hoà tan trong nước nguồn

- Dựa vào sự hấp thụ oxy hoà tan trong nước nguồn bởi nước thải ở vị trí cống

xả Nếu lượng oxy chứa trong nước sông không nhỏ hơn 4 mg/l trong vòng 2 ngày đêm đầu

thì những ngày tiếp theo, lượng đó sẽ không giảm nữa

4,0

Trong đó: + OS: Hàm lượng ôxy hoà tan trong nước nguồn OS = 6,1 mg/l

+ 0,4: Hệ số qui đổi

+ 4: Lượng ôxy hoà tan nhỏ nhất cho phép trong nước nguồn

+ LS: BOD20 của nước nguồn LS mg/l

1.3- Các phương pháp xử lý nước thải

1.3.1 Khái niệm về công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải là tổ hợp các biện pháp, qui trình xử lý nước thải để nhằm đảm bảo chất lượng nước xả ra nguồn tiếp nhận

1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải

a Theo bản chất xử lý: có 4 phương pháp xử lý nước thải, tùy thuộc vào lưu lượng, thành phần tính chất của nước thải mà lựa chọn các phương pháp xử lý phù hợp:

- Xử lý cơ học

- Xử lý hóa học

- Xử lý hóa - lý

- Xử lý sinh học

Xử lý cơ học: Phương pháp này dùng để tách các chất không hòa tan và 1 phần dạng keo ra

khỏi nước thải (các công trình xử lý cơ học bao gồm: song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc, …) Phương pháp này có thể loại bỏ ra khỏi nước thải được 60% các tạp chất không hòa tan và 20% BOD Thông thường xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho qua xử lý sinh học hoặc xử lý hóa lý Nhưng nếu điều kiện vệ sinh cho phép thì sau xử lý cơ học nước thải sẽ được khử trùng và xả vào nguồn

Xử lý hóa học: là đưa vào nước thải một chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp

chất bẩn, biến đổi hóa học và tạo cặn lắng hoặc hòa tan nhưng ko gây độc hại cho môi trường (thường đặt sau các công trình xử lý cơ học, trước công trình xử lý sinh học)

Các công trình: Đông keo tụ tạo bông, Trung hòa nước thải, Ô xy hóa khử

Xử lý hóa-lý: Dựa trên cơ sở ứng dụng các quá trình hấp phụ, tuyển nổi, trao đổi ion, tách

bằng màng, trích ly, chưng bay hơi, trích ly, cô đặc…

Xử lý sinh học: Dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật để phân hủy – oxy

hóa các chất hữu cơ ở dạng keo và hòa tan trong nước Những công trình xử lý sinh học được chia thành 2 nhóm là xử lý tự nhiên và nhân tạo:

Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên (cánh đồng tưới, hồ sinh học…)

Công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo (bể lọc sinh học, Aeroten.…) Do điều kiện nhân

tạo nên quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn

b Theo công đoạn xử lý: Có 6 qui trình xử lý nước thải như sau:

Tiền xử lý, hay xử lý sơ bộ

12

Tiền xử lý, hay xử lý sơ bộ Công đoạn tiền xử lý gồm các công trình và thiết bị

làm nhiệm vụ bảo vệ máy bơm và loại bỏ phần cặn có kích thước lớn, trọng lượng lớn (rác, cát…) và các vật nổi (dầu mỡ… ) gây cản trở cho các công trình xử lý tiếp theo Các công trình và thiết bị thường dùng: Song chắn rác; Máy nghiền, cắt vụn rác; Bể lắng cát, bể vớt dầu mỡ; Bể làm thoáng sơ bộ; Bể điều hòa chất lượng

và lưu lượng

Xử lý sơ cấp hay xử lý bậc I Chủ yếu là các quá trình lắng để loại bỏ bớt cặn lơ lửng

Các công trình để loại bỏ các chất nổi như dầu, mỡ… Các công trình thường dùng là các bể lắng, bể tự hoại, bể thu chất nổi

Xử lý thứ cấp hay xử lý bậc II Là công đoạn phân hủy sinh học hiếu khí các chất hữu

cơ có khả năng phân hủy thành các chất vô cơ và chất hữu cơ ổn định kết thành bông cặn để loại bỏ ra khỏi nước thải Các công trình sử dụng trong công đoạn có thể chia thành 2 nhóm là xử lý trong điều kiện tự nhiên và trong điều kiện nhân tạo

Khử trùng: Để loại bỏ lượng vi trùng còn lại trong nước thải đảm bảo chất lượng

nước trước khi xả vào nguồn tiếp nhận Nước thải sau khi đi qua khối xử lý cơ học, hoặc khối xử lý sinh học sẽ hòa trộn với hóa chất trong máng trộn và bể tiếp xúc

Xử lý bùn cặn: Cặn lắng ở sau các công đoạn xử lý sơ bộ và xử lý thứ cấp có chứa

nhiều nước và nhiều chất hữu cơ có khả năng bị thối rữa vì thế cần phải xử lý để làm cho bùn cặn ổn định, loại bớt nước trước khi tái sử dụng

Có nhiều phương pháp xử lý bùn cặn:

- Cô đặc bùn cặn hay nén bùn cặn

- Ổn định bùn cặn

- Sân phơi bùn

- Làm khô bằng cơ học (máy nén ly tâm, máy lọc ép, lọc chân không….)

Thiêu đốt cặn trong lò thiêu

Xử lý bậc III: Thường được tiến hành tiếp sau công đoạn xử lý thứ cấp nhằm nâng

cao chất lượng nước thải đã được xử lý để tái sử dụng hoặc xả vào nguồn tiếp nhận

có yêu cầu vệ sinh cao như công trình lọc với vật liệu hấp phụ, xử lý hóa học…

1.3.3 Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

Một dây chuyền công nghệ xử lý nước thải là tổ hợp các công trình Lựa chọn dây chuyền công nghệ là một bài toán kinh tế, kỹ thuật phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố

- Thành phần tính chất nước thải

- Mức độ xử lý cần thiết

- Điều kiện địa phương

- Khả năng tài chính

- Lưu lượng nước thải

- Công suất nguồn tiếp nhận

Sơ đồ I (hình vẽ 1.3) Khi chỉ yêu cầu xử lý sơ bộ thì có thể ứng dụng theo sơ đồ ở hình vẽ 1.3a, trường hợp yêu cầu cả xử lý sinh học có thể ứng dụng theo sơ đồ ở hình vẽ 1.3b

13

Hình 1.3 - Sơ đồ trạm xử lý có công suất dưới 25 m 3 /ng.đ

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

Với lưu lượng nước thải dưới 5000 m3/ng.đ có thể sử dụng sơ đồ II Trong hình vẽ 1.4a trình bày sơ đồ trạm xử lý cơ học và hình vẽ 1.4b trình bày sơ đồ trạm xử lý với yêu cầu xử

lý sinh học

b)

Hình 1.4 - 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

5 - Biôphin cao tải; 6 - Bể lắng đợt II

Khi điều kiện đất đai cho phép thì sơ đồ ở hình vẽ 1.4 có thể thay biôphin cao tải, bể lắng đợt II, bể tiếp xúc bằng cánh đồng tưới hoặc cánh đồng lọc (hình vẽ 1.5)

Hình 1.5 Sơ đồ trạm xử lý dùng cánh đồng tưới R - Cánh đồng tưới.

Khi lưu lượng nước thải lớn hơn 10000 m3/ng.đ và mức độ xử lý chỉ yêu cầu đến giai

đoạn xử lý cơ học thì có thể ứng dụng sơ đồ III (hình 1.6)

1

14

Hình 1.6 Sơ đồ trạm xử lý cơ học với công suất > 10.000 m 3 /ngđ

1 - Song chắn rác; 1’ - Máy nghiền rác; 2 - Bể lắng cát; 2’ - Sân phơi cát; 4 -

Bể tiếp xúc; 7 - Bể lắng đợt I; 8 - Bể mêtan; 9 - Sân phơi bùn; 10 - Nồi hơi; 11 - Bể chứa khí đốt

Khi lưu lượng nước thải lớn hơn 10000 m3/ng.đ và mức độ xử lý yêu cầu đến giai đoạn xử lý sinh học có thể ứng dụng sơ đồ IV

15

Chương 2 Các công trình xử lý nước thải

2.1 Công trình XLNT bằng phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học được sử dụng để tách các tạp chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Các công trình xử lý cơ học bao gồm:

2.1.1 Song chắn rác

* Nhiệm vụ:

Song chắn rác là các song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy, rau, cỏ, rác…), nhằm đảm bảo đảm cho máy bơm, các công trình và thiết

bị xử lý nước thải hoạt động ổn định

Song chắn rác được làm từ các thanh đan sắp xếp kế tiếp nhau với khe hở từ 50mm Các thanh có thể bằng thộp, nhựa hoặc gỗ Tiết diện các thanh này thường là hình chữ nhật hoặc hình tròn hay elip

16-* Phân loại

Hình 2.1 SCR vớt rác bằng cơ giới Hình 2.2 SCR vớt rác thủ công

Theo cách thức làm sạch song chắn rác ta có thể chia làm 2 loại: loại làm sạch bằng thủ công dùng cho các trạm XLNT công suất nhỏ, lượng rác dưới 0.1 m3/ngày, và làm sạch bằng cơ giới dùng cho các trạm XLNT có lượng rác lớn hơn 0.1 m3/ngày Lượng rác tính trên đầu người trong một năm, phụ thuộc vào khe hở của song chắn rác và phương pháp vớt rác (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Lượng rác giữ lại trên thiết bị chắn rác (l/người.năm)

Khe hở SCR

Lưu lượng rác

giữ lại 8 6/5 5/4 3.5/3 3/2.5 2.5/1.5 2 1.5 1.2 1.1 1.0 Ghi chú: - Tử số là lượng rác giữ lại trong song chắn rác cơ giới

- Mẫu số là lượng rác giữ lại trong song chắn rác thủ công

Rác sau khi được vớt sẽ được nghiền để đưa về xử lý cùng với bùn sơ cấp và bùn thứ cấp Cũng có trường hợp rác nghiền sẽ được xả trực tiếp vào dũng chảy nước thải trước thiết

bị nghiền rác Với lượng rác dưới 0.1 m3/ngày rác có thể tập trung vào thùng chứa chuyên dụng thuê công ty môi trường đô thị vận chuyển về bãi chôn lấp

Với những trạm xử lý có công suất từ 5000 m3/ngày trở lên thì có thể dùng máy nghiền rác Là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho song chắn rác đó gây nhiều khó khăn cho các công đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên và có khả năng làm tắc nghẽn hệ thống phân phối

Hình 2.4 Tiết diện các thanh của song chắn rác và sơ đồ đặt song chắn rác đơn giản

a Tiết diện các thanh dọc b Mặt cắt c Mặt bằng

1.Song chắn rác 2 Sàn công tác

- Lượng nước công tác dẫn đến máy nghiền rác là 6 đến 12 m3/T.rác

- Có thể dùng bùn hoạt hoá dư làm nước công tác

- Tiết diện của các thanh kim loại : S x b = 10 x 40; 8 x 50 mm hoặc d = 8-10 mm (hình 2.4)

* Vị trí : - Theo chiều đứng,  = 45  90o (thông thường 60 o )

- Theo mặt bằng : vuông góc hoặc tạo thành một góc ỏ so với hướng nước chảy

17

Hình 2.8 Nhà đặt song chắn với cào rác cơ giới

* Phạm vi áp dụng :

- Lượng rác dưới 0,1 m3/ngđ : Song chắn rác thủ công

- Lượng rác lớn hơn 0,1 m3/ngđ : song chắn rác cơ giới + máy nghiền rác

- Lượng rác trên 1T/ngđ cần phải đặt thêm máy nghiền rác dự phòng

2.1.2 Bể lắng cát

*Nhiệm vụ :

- Tách các hợp chất vô cơ không tan (chủ yếu là cát) khỏi nước thải

- Bản thân cát ảnh hưởng xấu đến chế độ công tác của các công trình làm sạch khác Cát tích luỹ trong các bể lắng, ngăn tự hoại của bể lắng hai vỏ, bể mêtan v.v làm giảm thể tích công tác, khó khăn cho việc xả cặn, phá hoại quá trình công nghệ trong các công trình đó

- Lưu lượng nước thải  100 m3/ngđ : phải có bể lắng cát

*Phân loại :

- Theo hướng và đặc tính chuyển động của nước :

+ Bể lắng cát ngang chuyển động thẳng, vòng;

+ Bể lắng cát đứng và bể lắng cát chuyển động xoáy (chuyển động thẳng - vòng)

- Theo phương pháp tạo ra chuyển động xoáy:

+ Bể lắng cát nước dẫn vào theo tiếp tuyến (bể tròn)

+ Bể lắng cát thổi khí

Vị trí : Đặt trước bể lắng đợt một, hoặc sau song chắn rác, trước trạm bơm (tránh cho máy bơm bị cát bào mòn)

- Các hạt cát lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân

- Phải tính toán thế nào để cho các hạt cát và các hạt vô cơ bị giữ lại, chất lơ lửng hữu cơ nhẹ trôi đi

Hình 2.9 Sơ đồ tính toán bể lắng cát ngang

1 Máng dẫn nước vào 2 Máng dẫn nước ra 3 Hố thu cát 4 Mương phân phối nước vào

5 Mương phân phối nước ra

* Giới thiệu một số loại bể lắng ngang

Hình 2.11 Bể lắng cát ngang nước chuyển động thẳng, đáy có hệ thống tiêu nước

- Đáy bể đặt ống thu nước có lỗ Bể gồm hai ngăn, một kênh xả sự cố ở giữa Đáy bể đặt ống bê tông hoặc ống sành d = 100 mm Trên ống đổ lớp sỏi dày 20  30 cm

- Khi cặn ở một ngăn đạt tới chiều dày tính toán, đóng các cửa chắn ở đầu, cuối ngăn

- Mở van ống thu, xả nước khỏi bể

- Sau 1 - 2 ngày, xả cặn khô khỏi bể:

+ Lượng cặn < 0,5 m3/ngđ : xả thủ công;

+ Lượng cặn > 0,5 m3/ng.đ : xả cơ giới (dùng cần cẩu thiếu nhi)

- Chứa cặn vào sân phơi cát hoặc lấp hố trong phạm vi trạm Đặt hệ thống thu nước có lỗ hoặc dùng bơm phun tia (thiết bị nâng thuỷ lực) (hình 2.12)

Dùng bơm 2,5 H  hoặc 4H áp lực 2-3 at bơm nước công tác Tỷ lệ nước/cặn = 20 : 1 Hệ

số hiệu dụng của bơm = 0,1  0,2 Thời gian mỗi lần xả  30 phút

19

D=150

6 1

2

3

4

5

Hình 2.12 Sơ đồ bơm phun tia (thiết bị nâng thuỷ lực)

1 Nước công tác.2 Ống đẩy.3.Ống hút cát.4 Vòi phun.5 Cổ khuếch tán 6 Buồng trộn

Hình 2.13 Bể lắng cát ngang nước chuyển động thẳng

Xả cặn bằng bơm cát ly tâm với xiclôn thuỷ lực đặt ở toa di động trên đường ray dọc bể Toa di động tốc độ 1,5 m/phút

Cát lắng cùng nước, được bơm hút lên áp lực 1 at, đưa vào xiclôn thuỷ lực đường kính 250

mm Cát tách khỏi nước, chứa ít chất hữu cơ Xả cát về sân phơi hoặc về boong ke, tiếp tục làm khô nước Độ tro của cặn  90  93 %

Bảng 2.5 Ví dụ kích thước bể lắng đáy bằng nước chuyển động thẳng, xả cặn cơ giới

20

Hình 2.14 Bể lắng cát ngang với nước chuyển động vòng

1 Thiết bị nâng thủy lực 2 Ống tháo cặn nổi

3 Máng nước 4 Phai chắn thủ công

5 Máng dẫn nước thải vào 6,7 Ống dẫn cặn

8 Giếng quản lý 9 Thiết bị thu gom chất nổi

10 Máng tháo ra 11 Tấm chắn nửa ngập

- Tải trọng nước trên mặt = 28  78 m3/m2h

- Loại bể này kinh tế, làm việc tốt, chiếm ít diện tích

- Lượng cặn trung bình = 45 l /1000 m3 nước thải;

- Độ tro của cặn = 81  93 % Lượng cát trong cặn 76  86 %

- Xả cặn bằng hệ thống bơm phun tia với bơm 2,5 H, lượng nước công tác = 50  240

m3/ng.đ tuỳ thuộc lượng cát xả ra

Bảng 2.6 Kích thước của những bể lắng ngang với nước chuyển động vòng

Lượng nước tính

toán 1 bể, l/s Đường kính Chiều rộng máng lắng Chiều cao tổng cộng của máng

lắng

Chiều dài tổng cộng của máng lắng

21

Hình 2.15 Sơ đồ bể lắng cát với đáy có đặt các thanh gỗ và nhiều hố tập trung cặn

a - Mặt bằng; b - Mặt cắt I-I; c - Chi tiết cắt ngang đáy

Thực nghiệm cho thấy bể này làm việc tốt, nhưng tạo các vùng chảy rối cục bộ do các thanh gỗ và khe hở

b Bể lắng cát đứng và bể lắng cát kiểu tiếp tuyến:

1

Hình 2.16 Sơ đồ bể lắng cát đứng

1.Vùng nước lắng trong 2.Hố thu cát 3.Vùng dẫn nước ra 4.Vùng dẫn nước vào

Hình 2.17 cho thấy khi nước chuyển động từ dưới lên với tốc độ V thì những hạt cát

có Uo  V lắng xuống, hạt có Uo < V sẽ trôi theo nước ra khỏi bể

Ưu điểm: cặn lắng tập trung vào hố hình nón, hình chóp có diện tích (theo mặt bằng) nhỏ,

dễ dàng xả khỏi bể bằng hệ thống bơm phun tia hoặc bơm hút Ống loe để thu cặn chụp xuống đáy hố tập trung

Nhược điểm : V dòng chảy thay đổi theo Q, diện tích tiết diện ướt luôn thay đổi, hướng dẫn nước vào không trùng với hướng nước chảy trong phần công tác của bể  chế độ làm việc

về mặt thuỷ lực kém  Hiệu suất làm việc thấp, chất lượng cặn rất kém, chứa nhiều chất hữu cơ Nên chọn thời gian nước lưu lại t = 2  3’

+ Bể lắng cát kiểu tiếp tuyến:

Cấu tạo: Bể tròn trên mặt bằng, nước dẫn vào hướng tiếp tuyến  tạo chuyển động vòng trong bể Tổng hợp hai chuyển động thẳng, vòng được dạng chuyển động xoắn  ảnh hưởng tốt đến chất lượng cặn, tạp chất hữu cơ bị giữ ở trạng thái lơ lửng, không lắng xuống Các hạt chịu ảnh hưởng trọng lượng bản thân và cả lực li tâm do nước chuyển động vòng Nhờ ảnh hưởng của các lực li tâm, hiệu suất giữ cát tăng lên

Đặc điểm bể: chiều sâu công tác nhỏ, tải trọng nước trên bề mặt cao (hình 2.18) - (2.19) là một số sơ đồ bể lắng cát tiếp tuyến

23

Hình 2.18 Bể lắng cát xây dựng ở Tiệp Khắc

3 - Song chắn - máy nghiền rác 6 - Hố tập trung cát

Hình 2.19 Bể lắng cát Stengel

1 - Máng ngang có khe hở 4 - Máng để rửa cát

2 - Hố thu cát với bơm khí nén 5 - Dẫn nước vào

3 - Máng để dẫn nước sau khi tách khỏi cát

Trước bể đặt song chắn rác thô thủ công, sau là song chắn - máy nghiền kết hợp Tải trọng nước bề mặt = 100 m3/m2h, tốc độ nước trong máng chính chọn bằng 0,6  0,8 m/s Lượng cát giữ lại tới 90 % (chủ yếu là cát có đường kính trên 0,4 mm)

Xả cặn nhờ bơm đẩy nước kết hợp khí nén Cặn lắng được xới lên bằng khí nén

2

Hình 2.20 Sơ đồ bể lắng cát có thổi khí

1.Máng dẫn nước vào 2.Máng dẫn nước ra 3.Hố thu cát 4.Thiết bị thổi khí

Giá trị tốc độ tổng hợp giữ ở giá trị cố định, không phụ thuộc vào dao động của lưu lượng vì vận tốc vòng lớn hơn rất nhiều vận tốc thẳng

Vận tốc V tổng hợp = const  các chất bẩn hữu cơ trạng thái lơ lửng không lắng Khi thổi khí các hạt cát cọ rửa cho nhau tách tạp chất hữu cơ  cặn lắng chứa rất ít tạp chất hữu cơ, 90  95 % cát, kể cả cát nhỏ  giữ lâu cặn không thối rữa

Cọ rửa giữa các hạt cát tăng độ lớn thuỷ lực của chúng  2 lần  lắng tốt hơn

Tăng thời gian nước lưu lại không làm cát bị dính chất hữu cơ, dùng như bể làm thoáng sơ bộ

Cấu tạo bể không đổi, tăng chiều dài ứng với t = 10  20 phút  một số nước dẫn bùn hoạt tính dư vào bể Bùn hoạt tính dẫn vào phía đối diện ống thổi khí  ống thổi khí không bị rác, giẻ (lẫn trong bùn hoạt tính) cuốn vào

Thổi khí trong bể tạo khả năng tuyển nổi các chất hữu cơ lẫn trong nước thải: dầu,

mỡ v.v tạo điều kiện tốt cho quá trình xử lý sinh hoá tiếp theo Dùng ống có lỗ, ống xốp

để phân phối Dùng ống kim loại, chất dẻo lỗ d = 2,5  6 mm

Hình 2.21 Bể lắng cát có thổi khí xây dựng ở Mỹ, Q = 25000 m 3 /ng.đ

1 Nước vào; 2 Ống dẫn khí; 3 ống làm thoáng; 4 Xả nước ra;

5 Thanh gạt 6 Động cơ hệ thanh gạt; 7 Vòi phun để rửa thanh gạt;

8 ống dẫn chất hữu cơ trở lại dòng chảy 9 Thiết bị rửa cát và guồng cát đến sân phơi

d Sân phơi cát :

- Quanh sân phơi cát có bờ đắp cao 1  2 m (hình 2.22a và 2.22b)

- Kích thước sân phơi cát được xác định với điều kiện:

tổng chiều cao lớp cát h = 3 - 5 m/năm Cát khô thường xuyên chuyển đi nơi khác Sân phơi cát xây dựng trên nền đất tự nhiên hoặc nhân tạo

25

Đất thấm tốt (cát, á cát), xây dựng nền tự nhiên Đất thấm nước kém, không thấm nước (á sét, sét) xây dựng nền nhân tạo Khi đó đặt hệ thống ống ngầm có lỗ để thu nước thấm xuống Nước này có thể dẫn về trước bể lắng cát

1 2

1

3

Hình 2.22a Sân phơi cát

1, Ống thu nước sau lọc 2, Ống phân phối nước vào 3,Sân phơi cát

Hình 2.22b Sân phơi cát

1.Bờ đắp 2 Ống dẫn nước vào 3 Ống phân phối nước vào 4 Bờ ngăn chứa cát

2.1.3 Các loại bể lắng nước thải

1 Động học quá trình lắng nước thải

Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải Mỗi hạt cặn không hòa tan khi lắng sẽ chịu tác động của hai lực: trọng lượng bản thân

và lực cản xuất hiện khi hạt cặn chuyển động dưới tác động của trọng lượng Mối tương quan giữa hai lực đó quyết định tốc độ lắng của hạt cặn

2 Chức năng, sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại bể lắng

Tùy theo mức độ xử lý nước thải mà ta có thể dùng bể lắng như một công trình xử lý

sơ bộ trước khi đưa nước thải tới những công trình xử lý phức tạp hơn Cũng có thể sử dụng

bể lắng như công trình xử lý cuối cùng nếu điều kiện vệ sinh cho phép

 Căn cứ vào công dụng của bể lắng trong dây chuyền công nghệ mà người ta phân biệt bể lắng đợt I và bể lắng đợt II

 Bể lắng đợt I: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lững không hòa tan

 Bể lắng đợt II: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh,

26

bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

 Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại

bể như sau:

 Bể lắng ngang: nước chảy theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể Hạt cặn trong

bể lắng ngang chịu tác dụng của 2 lực, là trọng lượng bản thân và vận tốc chuyển động ngang của dòng nước Vì vậy bể lắng ngang cần tính toán chiều dài bể đảm bảo cho các hạt cặn rơi được xuống đáy bể Bế lắng ngang kích thước lớn cũng phải có

hệ thống gạt cặn cơ giới để đưa cặn về hố thu Cặn được đưa ra khỏi bể nhờ áp lực thủy tĩnh hoặc bằng phương pháp nâng thủy lực hay sử dụng bơm bùn

Hình 2.23 Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang

 Bể lắng đứng: Nước đưa và bể qua ống trung tâm, phân phối sao cho nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng Với bể lắng đứng có kích thước lớn phải sử dụng

hệ thống gặt căn để đưa cặn về hố thu Cặn được đưa ra khỏi bể nhờ áp lực thủy tĩnh hoặc bằng phương pháp nâng thủy lực hay sử dụng bơm bùn

Hình 2.24 Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng

 Bể lắng radian: Nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể hoặc có thể ngược lại Trường hợp thứ nhất gọi là bể lắng ly tâm, trường hợp thứ 2 là bể lắng hướng tâm Trong bể lắng radian thường bố trí hệ thống gạt cặn để đưa cặn về hố thu Cặn được đưa ra khỏi bể nhờ áp lực thủy tĩnh

Hình 2.25 Sơ đồ cấu tạo bể lắng ly tâm

27

+ Cấu tạo:

bª t«ng g¹ch vì c¸t ®Çm

Hb Hbv

ChiÒu quay thiÕt bÞ g¹t cÆn

a

Hình 2.27 Bể lắng ly tâm

Trung tâm bể xây các hố thu cặn Dung tích cặn tính theo T : T = 4 h

Tường bên hố thu 60o

Những thanh gạt chuyển động 2 - 3 vòng/h, làm việc liên tục hoặc chu kỳ tuỳ lượng cặn lắng xuống Làm việc chu kỳ : thanh gạt hoạt động 1 h trước khi xả

Xả cặn có thể tự động hoá: tự chảy: P = 95 %; bơm : P=93%

Khi tlắng = 0,5  1 h  giữ lại chủ yếu chất lơ lửng, xả cặn nhờ bơm : P  93%

D ống xả cặn phải tính : D  200 mm

Chiều cao từ mực nước tới đỉnh bể = 0,3 m

Số bể công tác : N  2, không phụ thuộc Q trạm

Với cùng Q : bể có kích thước lớn kinh tế hơn các bể có kích thước nhỏ

Đập tràn răng cưa điều hoà tốc độ nước ra khỏi bể q/1m chiều dài đập  10 l/s

Có thể xây thêm một số máng trung gian thu nước

28

- Bể lắng lớp mỏng: Cấu tạo bể lắng lamella dạng như bể lắng ngang hoặc lắng đứng nhưng được đặt thêm các vách ngăn hướng dòng ở trong vùng lắng nước để tăng cường hiệu suất lắng, giảm kích thước xây dựng bể Nước được phân phối vào bể có thể ở các dạng là từ dưới lên, từ trên xuống, hoặc chuyển động ngang (như bể lắng

ngang) tùy thuộc vào công suất Các hạt cặn trong bể lắng lamella dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sẽ rơi xuống và gặp các tấm mỏng và sẽ trượt theo các tấm mỏng đặt nghiêng rơi xuống hố thu cặn Cặn được đưa ra khỏi bể nhờ áp lực thủy tĩnh

Hình 2.29 Các loại bể lắng với nhiều lớp mỏng

a, Bể lắng tầng mỏng kiểu Radian b, Bể lắng tầng mỏng kiểu bể lắng ngang

7 Làm thoáng sơ bộ và đông tụ sinh học:

Mục đích : Tăng hiệu suất lắng

Trong các bể lắng giữ lại 30  50% lượng tạp chất không tan, tối đa 60%

a) Làm thoáng sơ bộ: ở kênh máng dẫn nước vào, ở những công trình độc lập - bể làm

thoáng sơ bộ Khi làm thoáng diễn ra quá trình ngưng kết, đông tụ hạt tạp chất không tan rất nhỏ, trọng lượng riêng  trọng lượng riêng của nước, hạt đó thay đổi độ lớn thuỷ lực  lắng xuống

Vị trí : trước bể lắng I hoặc chung với nó

Có thể tiến hành riêng biệt, không thêm bùn hoạt tính từ bể lắng II sau lọc sinh học, aêrôten; khi thêm bùn hoạt tính : đông tụ sinh học

Hình 2.26 Bể lắng lớp mỏng (bể lamella)

29

Làm thoáng đơn giản (không thêm bùn) : ít tác dụng Chỉ tăng hiệu suất bể lắng I 5  8% theo SS, giảm NOS

Hình 2.30 Bể Lắng trong làm thoáng tự nhiên

1.Nước thải vào bể 2.Nước thải đã lắng trong 3.Máng thu 4.Buồng phân phối 5.Giếng cặn 6.Ống dẫn cặn

Hình 2.31 Cấu tạo bể đông tụ sinh học kết hợp bể lắng đứng

3 Phân phối không khí và bùn hoạt hoá; 4 Ngăn lắng

- Thời gian làm thoáng 10  20’ theo Qmax, lưu lượng khí 0,5  1 m3/1m3 nước thải

- Khi làm thoáng sơ bộ thêm bùn hoạt tính: tạo điều kiện tốt cho giai đoạn làm sạch sinh hoá tiếp theo, tăng hiệu suất loại SS, giảm NOS

- Bể đông tụ sinh học ứng dụng rộng rãi ở Liên xô, Mỹ

- Xây bể đông tụ sinh học nên tái sinh sơ bộ bùn hoạt tính Dung tích bể tái sinh = 0,25  0,3 thể tích toàn bộ bể làm thoáng

- Lưu lượng tối ưu bùn hoạt tính = 100 - 400 mg/l Hiệu suất giữ SS ở bể lắng I với đông tụ sinh học sơ bộ tăng 65  70%; NOS20 nước thải đã lắng trong giảm 15% SS sau lắng I với làm thoáng sơ bộ  100 mg/l

- Ngăn đông tụ sinh học tính với thời gian nước ở đó 20‘ Số liệu thực nghiệm: hiệu suất giữ lại cặn lơ lửng (SS) > 30% ở bể lắng đơn giản, theo NOS20 : 35%

- Lượng khí thổi vào 0,5 m3 / 1 m3 NT Lượng bùn đưa vào: 50% lượng bùn dư

2.2 Công trình XLNT bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thực chất là lợi dụng sự sống và và hoạt động của các vi sinh vật có khả năng chuyển hoá những hợp chất hữu cơ Các chất hữu cơ sau khi phân hủy trở thành nước, những chất vô cơ hay các khí đơn giản

Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:

- Xử lý trong điều kiện tự nhiên

- Xử lý trong điều kiện nhân tạo

Nhiệm vụ của các công trình xử lý là tạo điều kiện sống và hoạt động tốt nhất cho các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ được nhanh chóng

2.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

a.Hồ sinh học

Hình 2.32 Hồ sinh học

Hồ sinh vật là hồ để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Nó có nhiều tên gọi khác nhau như: hồ ô xy hoá, hồ ổn định nước thải

Hồ sinh vật có thể sử dụng như một công trình độc lập để xử lý nước thải hoặc để xử

lý triệt để nước thải sau các công trình xử lý sinh học khác

- Theo mức độ pha loãng: Hồ sinh vật có thể chia ra hai loại chính như sau:

Loại 1: - Hồ rộng với pha loãng và thời gian nước lưu lại trong đó (kể cả nước pha loãng) là

8 - 12 ngày Nước thải sau khi lắng sơ bộ trong các bể lắng được pha loãng nước sông với tỷ

lệ 1: 3 - 1: 5 và cho chảy vào hồ Có thể nuôi cá trong hồ Dưới đáy hồ còn diễn ra quá trình lên men yếm khí cặn bùn lắng

Loại 2: - Hồ không pha loãng, với thời gian nước lưu lại trong hồ từ 1 - 6 tuần

- Theo cơ chế của quá trình xử lý nước thải người ta lại phân biệt 3 loại hồ sinh vật sau đây: hồ yếm khí hay kỵ khí, hồ tuỳ tiện và hồ hiếu khí

* Hồ yếm khí (kỵ khí): trong những hồ này diễn ra quá trình lắng nước thải và phân huỷ sinh hoá các chất bẩn hoà tan, cặn lắng nhờ các vi sinh vật yếm khí cũng tiếp tục được phân huỷ Lượng chất bẩn có thể xử lý theo NOS (BOD) là 350 - 850 kg/ha ngđ Trong hồ yếm khí, NOS của nước thải giảm được là do lên men mêtanDo vậy loại hồ này chủ yếu để

xử lý nước thải công nghiệp rất đậm đặc và dùng làm hồ bậc I trong tổ hợp hồ nhiều bậc mà thôi

* Hồ tuỳ tiện: Loại hồ này phổ biến nhất trong thực tế xử lý nước thải Lượng chất bẩn có thể xử lý ở hồ này theo NOS có thể tới 300 kg/ha ngđ Theo quy phạm quy định lượng nước thải tính toán trong hồ này là 250 m3/ha ngđ (tức là theo NOS - 37 kg/ ha ngđ) đối với nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học hoặc theo lượng ô xy là 6 -89

O2/m3.ngđ tuỳ theo điều kiện khí hậu

31

* Hồ hiếu khí: loại này được chia ra hai nhóm: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo

- Hồ làm thoáng tự nhiên: ô xy được cấp vào nhờ khuếch tán qua mặt thoáng và chủ

yếu nhờ khả năng quang hợp của tảo rong Hồ được cung cấp ô xy nhờ quang hợp của rong tảo gọi là hồ cao tải

Quá trình quang hợp chỉ diễn ra ở chiều sâu nhỏ nên các hồ cao tải thường được xây dựng với chiều sâu 15 - 30 - 50 cm để ánh sáng có thể chiếu xuống tận đáy hồ Trong hồ nhờ xáo trộn nên điều kiện hiếu khí được đáp ứng hoàn toàn Hồ cao tải có thể xử lý nước thải với lượng chất bẩn theo NOS (BOD) là 300 kg/ha ngđ Để kết hợp vừa xử lý nước thải vừa nuôi cấy tảo rong phục vụ chăn nuôi gia súc (lợn, gà, vịt) người ta xây dựng các loại hồ cao tải này sẽ rất có lợi

- Hồ làm thoáng nhân tạo: có thể thực hiện làm thoáng bằng thổi không khí nén hoặc

các thiết bị cơ khi hoặc dẫn nước vào hồ theo kiểu phun mưa Thời gian nước lưu lại trong

hồ từ 2 - 3 ngày đến 2 tuần (nhưng thường không quá 3 ngày đêm) Hồ được xây dựng với chiều sâu từ 1,5 - 5 m Khả năng xử lý nước thải rất cao có thể tới 404 kg/ha ngđ Người ta

có thể cho bùn hoạt hoá vào hồ giống như ở bể aêrôten

Việc dẫn nước vào hồ và xả nước ra khỏi hồ thường thực hiện theo kiểu phân tán (hình 2.33a;b) Đáy hồ phải có độ dốc theo hướng dòng chảy

Hình 2.33a Cửa dẫn nước thải vào hồ

Hình 2.33b Cửa dẫn nước thải ra khỏi hồ

Như vậy khi xây dựng cánh đồng tưới phải tuân theo 2 mục đích:

a/ Vệ sinh (xử lý nước thải)

32

b/ Kinh tế nông nghiệp( sử dụng nước thải để tưới và các bùn cặn trong nước thải để bón ruộng)

- Cánh đồng tưới:

Có hai loại cánh đồng tưới:

* Cánh đồng tưới công cộng - Chức năng chủ yếu là xử lý nước thải, còn phục vụ cho nông nghiệp chỉ là thứ yếu Có thể xả nước thải ra cánh đồng với lưu lượng cho phép tối đa đối với cây nông nghiệp Cánh đồng này do các cơ quan quản lý công trình công cộng quản lý

* Cánh đồng tưới nông nghiệp - trong đó phục vụ nông nghiệp và xử lý nước thải là những mục tiêu thống nhất Loại cánh đồng này xây dựng ở khu nông nghiệp do nông trang, nông trường, hợp tác xã quản lý

* Cánh đồng lọc: Cánh đồng lọc là những mảnh ruộng được san bằng hoặc dốc không đáng kể và được ngăn cách bằng những bờ đất Nước thải được phân phối vào những mảnh ruộng đó nhờ mạng lưới tưới và sau khi lọc qua đất lại được qua một mạng lưới khác để tiêu

đi

Nếu mực nước ngầm nằm cách mặt đất từ 1,5 m trở lên và đất dễ thấm nước thì có thể không phải xây dựng hệ thống tiêu nước Đương nhiên điều này còn tuỳ thuộc vào tải trọng nước thải nhiều hay ít

Ô xy tiêu thụ cho quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ chủ yếu lấy từ không khí Để trao đổi ô xy trong đất được tốt phải xả nước thải vào cánh đồng theo chu kì

Đối với cánh đồng lọc thời gian giữa hai lần xả dao động trong khoảng từ 5 đến 10 ngày Đối với cánh đồng tưới thời gian đó tuỳ thuộc vào chế độ tưới cây

Để tránh ứ đọng bùn trong các lỗ hổng của đất, cản trở không khí thấm vào đất, nước thải không được chứa nhiều dầu mỡ Muốn vậy trước khi xả nước ra cánh đồng người ta phải lắng sơ bộ nước thải Diện tích cần thiết của cánh đồng tưới và cánh đồng lọc được xác định theo tải trọng tiêu chuẩn - tức là lượng nước thải có thể xử lý được trên 1ha diện tích cánh đồng trong một khoảng thời gian nhất định

Bảng 2.10.Tiêu chuẩn tưới đối với một số loài rau quả

Loại cây trồng Tiêu chuẩn tưới m3/ha Bắp cải sớm và xúp lơ

- Phân phối nước thải ra cánh đồng

Để dẫn nước thải ra cánh đồng, người ta xây dựng một mạng lưới mương máng đặc biệt Để tiêu nước sau khi lọc sạch (nếu cần theo điều kiện đất đai) người ta dùng mạng lưới ống ngầm có lỗ Để tiện quản lý, người ta chia cánh đồng thành các ô - thửa riêng biệt bằng các

bờ ngăn (hình2.34)

33

Kích thước mỗi ô thửa tuỳ thuộc vào chức năng của cánh đồng và một loạt điều kiện khác (địa hình, đặc tính đất, tổng diện tích cánh đồng, điều kiện cơ giới hoá các công việc trên cánh đồng v v )

Đối với cánh đồng tưới công cộng mỗi ô thửa thường có diện tích 5-8 ha, với tỷ lệ các cạnh hình chữ nhật là 7:5  1:4 Cánh đồng lọc có tải trọng nước lớn hơn thì diện tích mỗi ô thửa thường chọn nhỏ hơn

Hình 2.34 Sơ đồ quy hoạch bố trí cánh đồng tưới công cộng

1.Mương chính và máng phân phối 2.Máng, rãnh phân phối trong các ô

3.Mương tiêu nước 4.Ống tiêu nước 5.Đường đi

Đối với những cánh đồng nhỏ kích thước các ô được xác định sao cho số ô không dưới 3 Để có thể có cơ khí hoá việc xử lý đất người ta thường chọn chiều dài mỗi ô thửa là

300 - 1500

m, nếu chiều dài mỗi ô thửa quá lớn thì mạng lưới phân phối sẽ đắt hơn Chiều rộng mỗi ô thửa cũng không vượt quá một giới hạn nhất định (100 - 200 m nếu dẫn nước vào từ hai bên)

Hình 2.35.a.Sơ đồ mạng lưới b Tưới theo luống

1 Mạng lưới phân phối 2 Rãnh phân phối trong mỗi ô thửa 3.Luống

4 Máng phân phối phụ 5 Rãnh nước

Hình 2.36 Tưới theo giải

1.Rãnh dẫn nước trong mỗi thửa

2 Mương phân phối đến các ô thửa 3.Bờ tạm thời Ngoài ra ở cánh đồng lọc người ta còn dùng phương pháp xả tràn ngập Cũng có thể tưới nước theo kiểu phun mưa, song chỉ nên dùng phương pháp này đối với nước thải đã qua xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo

Để phân phối đều nước trong mỗi ô thửa người ta thường quy hoạch sao cho chúng

có độ dốc theo chiều dọc và chiều ngang Độ dốc tuỳ thuộc đặc tính của đất Đất càng dễ thấm độ dốc càng phải lớn (bảng 2.11)

Bảng 2.11 Độ dốc theo chiều dọc và chiều ngang của các ô thửa trên cánh đồng lọc

0,002 0,003 0,004 Khi độ dốc nhỏ, đất dễ thấm, nước có thể không chảy đến tận cùng ô thửa Khi đất chắc độ dốc lớn lượng nước chủ yếu sẽ tập trung ở cuối thửa, phía bờ đối diện với rãnh tưới

Nước thải thấm lọc qua đáy và thành bên mỗi luống Nếu trồng cây trên luống thì cây

sẽ hút nước do mao dẫn từ rãnh lên luống hoặc do rễ cây đâm sâu xuống dưới đất

Những bờ ngăn phải có chiều rộng trên cùng là 0,7 m Dốc taluy phụ thuộc vào loại đất: với đất á cát không được quá 1:1,5 ; đất cát 1:2

* Các công trình phụ trên mạng lưới:

Để tiện quản lý cánh đồng người ta xây dựng các công trình phụ: âu điều chỉnh, miệng xả, giếng chuyển bậc, máng dốc, cầu, ống ngầm điuke

Âu điều chỉnh (hình 2.38) để tạo một áp lực và giữ cho mực nước cố định trong máng phân phối lúc tưới

Hình 2.38 Âu điều tiết

35

Miệng xả (hình 2.39) để vận chuyển nước từ rãnh tưới của thửa này sang thửa khác Khi địa hình quá dốc, để tránh tạo thành tốc độ quá lớn ở rãnh máng người ta xây dựng các giếng chuyển bậc hoặc máng dốc Khi kênh máng cắt nhau với đường đi người ta xây dựng điuke hoặc cầu vượt

Hình 2.39 Máng và cửa xả nước vào các ô thửa

- Tiêu nước sau khi xử lý

* Mạng lưới tiêu nước:

Khi điều kiện đất đai bất lợi - ít thấm nước, trên cánh đồng tưới và cánh đồng lọc phải xây dựng mạng lưới tiêu nước Mạng lưới gồm có: ống có lỗ để thu nước, mạng lưới tập trung và tiêu nước, cống xả

Ống có lỗ là bộ phận rất quan trọng Nó có tác dụng thu dẫn và tiêu nước đi, đồng thời tạo điều kiện tốt cho không khí thâm nhập vào đất - tức là làm cho đất được thoáng khí

vì nếu không có không khí thì trong đất không thể diễn ra quá trình ô xy hoá hiếu khí Khi mực nước ngầm cách mặt đất nhỏ hơn 1,5 m thì nhất thiết phải xây dựng đường ống có lỗ Tuỳ thuộc vào đặc tính của đất, có thể đặt những ống có lỗ trong mương kín hoặc hở

Sau khi ra khỏi bể lắng nước thải sẽ nhờ bơm hoặc tự chảy ra những "điểm chỉ huy" của cánh đồng rồi tiếp theo ra mạng lưới phân phối giống như ở các đồng tưới công cộng

Nếu mạng lưới là đường ống thì trên những khoảng cách nhất định người ta đặt các họng xả nước, từ đó nước thải có thể chảy vào cánh đồng nhờ các ống nối mềm bằng cao su hoặc ống vải Đường ống phân phối có thể bằng thép, nhôm, gỗ, sành hoặc ống chất dẻo có đục các khe hở (hình 2.41)

Hình 2.41 Ống tưới bằng kim loại

Các khe lỗ đó cách nhau 0,7 m và lá chắn di động để điều chỉnh lưu lượng nước Trên các cánh đồng tưới nông nghiệp người ta trồng các loại cây công nghiệp, ngũ cốc, khoai tây, cỏ, thức ăn cho gia súc song phần chính phải là lúa ngô

Theo các số liệu của Liên xô (khác xa với điều kiện khí hậu của ta) lưu lượng nước tính toán (môđun nước) phụ thuộc vào nhưỡng điều kiện địa phương và bằng 5 - 20 m3/ha ngđ hay 1800 - 7300 m3/ha năm Những số liệu trung bình về môđun tính toán của nước dẫn

ra ở bảng 2.13

Bảng 2.13 Môđun tính toán của nước trên cánh đồng tưới nông nghiệp

Loại đất

Trị số trung bình về độ ngậm nước tính bằng

mm của các lớp đất

Môđun trung bình của nước (m3/ha ng.đ) ở những vùng tưới nước có giá trị  p0-20 cm 0-100 cm  1 = 1 > 1 Cát lẫn tro

Á sét lẫn tro, cát đất đen

Đất đen các loại lẫn tro và

Á sét nặng

0-40 48-60 61-75

120-160 230-300 300-340

1 Cơ chế chuyển hóa sinh học các chất bẩn hữu cơ

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật để phân huỷ - oxy hoá các chất hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong nước thải Quá trình xử lý nước thải theo phương pháp sinh học có thể được mô tả như sau:

Sự chuyển hoá các chất bẩn hữu cơ khi xử lý nước thải theo phương pháp sinh học có thể tóm tắt như sơ đồ

Tuỳ thuộc vào quá trình xử lý là hiếu khí hay kị khí mà tỷ lệ của các chất tạo thành sau xử lý có sự khác nhau

Với quá trình xử lý hiếu khí: sản phẩm tạo thành sau xử lý ngoài sinh khối của VSV (chiếm 40%) thì sản phẩm chủ yếu được tạo thành là CO2 và nước (60%)

Hữu cơ

Vô cơ

Chất bẩn:Dễ bị phân huỷ sinh hoá Khó bị phân huỷ sinh hoá

Trong nước đã làm sạch

37

Ở điều kiện xử lý kị khí thì sinh khối của vi sinh vật được tạo thành it, ngoài các chất trung gian (chiếm 70%) thì sản phẩm được quan tâm nhiều là khí mêtan (chiếm 5%) vì vậy người

ta dựa vào quá trình xử lý kị khí để thu khí mêtan

Thực chất của quá trình xử lý nước thải theo phương pháp sinh học là nhờ những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới Chúng có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào của chúng Nhưng sau khi hấp thụ nếu các chất không được đồng hoá thành tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới không Một phần của chất hữu cơ hấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào, một phần khác của chất hữu cơ lại được ôxy hoá để sinh năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp các tế bào

2 Phân loại các phương pháp xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo

Xử lý nước thải nhờ phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo được phân loại như sau:

* Cơ chế XLNT bằng phương pháp bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật tự hình thành khi thổi không khí vào nước thải Đó là những vi sinh vật khoáng hóa có khả năng hấp phụ và oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải với sự có mặt của oxy

* Các công trình XLNT bằng phương pháp bùn hoạt tính