Tính toán thiết kế công nghệ MBBR ứng dụng trong xử lý nước thải.

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ 4 I.1. Giới thiệu chung: 4 I.1.1. Đặc điểm vật lý: 4 I.1.2. Đặc điểm hóa học: 5 I.1.3. Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật: 6 I.2. Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt: 6 I.2.1. Hàm lượng chất rắn: 6 I.2.2. Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và hóa học (COD): 6 I.2.3. Ôxy hòa tan: 7 I.2.4. Trị số pH: 7 I.2.5. Các hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thải: 7 I.2.6. Các hợp chất vô cơ khác trong nước thải: 8 I.2.7. Vi sinh vật: 8 I.3. Các công đoạn xử lý: 9 I.3.1. Tiền xử lý: 9 I.3.2. Xử lý sơ bộ: 9 I.3.3. Xử lý bậc II: 10 I.3.4. Khử trùng: 15 Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 II.1. Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải: 18 II.2. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR: 20 II.2.1. Cơ chế: 20 II.2.2. Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng lên men: 21 II.2.3. Quá trình Nitrat hóa: 25 Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 27 III.1.Mương dẫn nước thải: 27 III.2. Song chắn rác thô: 28 III.3. Bể lắng cát và tách dầu mỡ: 30 III.4. Song chắn tinh: 31 III.5. Bể điều hòa: 32 III.6. Bể lắng đợt I: 33 III.7. Bể MBBR: 35 III.7.1. Thể tích làm việc của bể: 36 III.7.2. Lượng bùn sinh ra do khử BOD5: 37 III.7.3. Các thông số về đệm plastic: 38 III.7.4. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể: 38 III.7.5. Xác định lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý: 38 III.7.6. Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật: 40 III.7.7. Bố trí thiết bị phân phối khí: 40 III.8. Bể lắng đợt 2: 42 III.9. Bể tiếp xúc khử trùng: 44 III.10. Bể nén bùn: 44 KẾT LUẬN 47 Tài liệu tham khảo: 48 MỞ ĐẦU Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước tạo nên một sức ép lớn đối với môi trường. Trong sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày càng gia tăng. Mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm đang ngày càng trầm trọng. Do đó việc xây dựng, vận hành các hệ thống xử lý nước thải cho các đô thị hiện nay là hết sức cần thiết. Đề bài: Ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) trong xử lý nước thải sinh hoạt đô thị. Lưu lượng q = 2000 m3ngày đêm. Yêu cầu xử lý: QCVN 14:2008BTNMT, cột A Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ I.1. Giới thiệu chung: Con người trong các hoạt động kinh tế xã hội đã sử dụng một lượng nước rất lớn. Nước cấp sau khi sử dụng vào mục đích sinh hoạt, sản xuất, nước mưa chảy tràn trên các mái nhà, mặt đường, sân vườn,…Bị nhiểm bẩn chứa nhiều hợp chất bẩn gây ô nhiễm môi trường. Nước thải sinh hoạt là nước thải được bỏ đi sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt là hỗn hợp phức tạp thành phần các chất, trong đó chất bẩn thuộc nguồn gốc hữu cơ thường tồn tại dưới dạng không hòa tan, dạng keo và dạng hòa tan dễ bị phân hủy thối rữa, chứa nhiều vi trùng gây bệnh và truyền bệnh nguy hiểm. Thành phần và tính chất của chất bẩn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của thiết bị, trạng thái làm việc của hệ thống mạng lưới vận chuyển, tập quán sinh hoạt của người dân, mức sống xã hội, điều kiện tự nhiên…Do tính chất hoạt động của đô thị mà chất bản của nước thải thay đổi theo thời gian và không gian. I.1.1. Đặc điểm vật lý: Theo trạng thái vật lý, các chất bẩn trong nước thải được chia thành: Các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng kích thước lớn hơn 104 mm, có thể ở dạng huyền phù, nhũ tương hoặc dạng sợi, giấy, vải, cây cỏ… Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước hạt khoảng 104 106 mm. Các chất bẩn dạng tan có kích thước nhỏ hơn 106 mm, có thể ở dạng phân tử hoặc phân ly thành ion. Nước thải sinh hoạt thường có mùi hôi thối khó chịu do khi vận chuyển trong cống sau 2 đến 6 giờ xuất hiện khí hydro sunfua.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ 4

I.1 Giới thiệu chung: 4

I.1.1 Đặc điểm vật lý: 4

I.1.2 Đặc điểm hóa học: 5

I.1.3 Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật: 6

I.2 Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt: 6

I.2.1 Hàm lượng chất rắn: 6

I.2.2 Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và hóa học (COD): 6

I.2.3 Ôxy hòa tan: 7

I.2.4 Trị số pH: 7

I.2.5 Các hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thải: 7

I.2.6 Các hợp chất vô cơ khác trong nước thải: 8

I.2.7 Vi sinh vật: 8

I.3 Các công đoạn xử lý: 9

I.3.1 Tiền xử lý: 9

I.3.2 Xử lý sơ bộ: 9

I.3.3 Xử lý bậc II: 10

I.3.4 Khử trùng: 15

Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

II.1 Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải: 18

II.2 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR: 20

GVHD:PGS.TS Đặng Xuân Hiển Sinh viên: Phạm Thị Thơm Vũ Thị Thảo Trang 1

II.2.1 Cơ chế: 20

II.2.2 Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng lên men: 21

II.2.3 Quá trình Nitrat hóa: 25

Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 27

III.1.Mương dẫn nước thải: 27

III.2 Song chắn rác thô: 28

III.3 Bể lắng cát và tách dầu mỡ: 30

III.4 Song chắn tinh: 31

III.5 Bể điều hòa: 32

III.6 Bể lắng đợt I: 33

III.7 Bể MBBR: 35

III.7.1 Thể tích làm việc của bể: 36

III.7.2 Lượng bùn sinh ra do khử BOD5: 37

III.7.3 Các thông số về đệm plastic: 38

III.7.4 Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể: 38

III.7.5 Xác định lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý: 38

III.7.6 Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật: 40

III.7.7 Bố trí thiết bị phân phối khí: 40

III.8 Bể lắng đợt 2: 42

III.9 Bể tiếp xúc khử trùng: 44

III.10 Bể nén bùn: 44

KẾT LUẬN 47

Tài liệu tham khảo: 48

MỞ ĐẦU

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước tạo nên một sức ép lớn đốivới môi trường Trong sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày càng giatăng Mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm đang ngày càng trầm trọng

Do đó việc xây dựng, vận hành các hệ thống xử lý nước thải cho các đô thị hiện nay

là hết sức cần thiết

Đề bài: Ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) trong xử

lý nước thải sinh hoạt đô thị

- Lưu lượng q = 2000 m3/ngày đêm

Nước thải sinh hoạt là nước thải được bỏ đi sau khi sử dụng cho các mục đíchsinh hoạt của con người Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnhviện, trường học, nhà ăn cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chấttương tự như nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là hỗn hợp phức tạp thànhphần các chất, trong đó chất bẩn thuộc nguồn gốc hữu cơ thường tồn tại dưới dạngkhông hòa tan, dạng keo và dạng hòa tan dễ bị phân hủy thối rữa, chứa nhiều vitrùng gây bệnh và truyền bệnh nguy hiểm Thành phần và tính chất của chất bẩn phụthuộc vào mức độ hoàn thiện của thiết bị, trạng thái làm việc của hệ thống mạng lướivận chuyển, tập quán sinh hoạt của người dân, mức sống xã hội, điều kiện tựnhiên…Do tính chất hoạt động của đô thị mà chất bản của nước thải thay đổi theothời gian và không gian.

I.1.1 Đặc điểm vật lý:

Theo trạng thái vật lý, các chất bẩn trong nước thải được chia thành:

- Các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng kích thước lớn hơn 10-4 mm, có thể ởdạng huyền phù, nhũ tương hoặc dạng sợi, giấy, vải, cây cỏ…

- Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước hạt khoảng 10-4 - 10-6 mm

- Các chất bẩn dạng tan có kích thước nhỏ hơn 10-6 mm, có thể ở dạng phân

tử hoặc phân ly thành ion

- Nước thải sinh hoạt thường có mùi hôi thối khó chịu do khi vận chuyểntrong cống sau 2 đến 6 giờ xuất hiện khí hydro sunfua.

I.1.2 Đặc điểm hóa học:

Nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơ như sắt, magiê, canxi, silic,nhiều chất hữu cơ sinh hoạt như phân, nước tiểu và các chất thải khác như cát, sét,dầu mỡ Nước thải vừa xả ra có tính kiềm, nhưng dần trở nên có tính axit vì thối rữa.Các chất hữu cơ có thể xuất xứ từ thực vật hoặc động vật Những chất hữu cơ trongnước thải có thể chia thành các chất chứa nitơ và các chất chứa cacbon Các hợpchất chứa nitơ chủ yếu như urê, prôtêin, amin và axit amin Các hợp chất chứacacbon như mỡ, xà phòng, hydrocacbon…

I.1.3 Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật:

Nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều sinh vật chủ yếu là vi sinh với số lượng từ

105 đến 106 tế bào trong 1ml Nguồn chủ yếu đưa vi sinh vật vào nước thải là phân,nước tiểu và đất cát

Tế bào vi sinh vật hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi sinh có thể coi làmột phần của tổng hợp chất hữu cơ trong nước thải Phần này sống, hoạt động, tăngtrưởng để phân hủy phần hữu cơ còn lại của nước thải

Vi sinh trong nước thải thường được phân biệt theo hình dạng Vi sinh xử lýnước thải có thể chia thành 3 nhóm: Vi khuản, nấm, động vật nguyên sinh (Proto-zoa)

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng đầu tiên trong việc phân hủy chất hữu cơ,

nó là cơ thể sống đơn bào, có khả năng phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn

lơ lửng hoặc dính bám vào bề mặt vật cứng Vi khuẩn có khả năng sinh sản rấtnhanh, khi tiếp xúc với chất dinh dưỡng có trong nước thải, chúng hấp thụ nhanhthức ăn qua màng tế bào Đa số vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phânhủy chất hữu cơ, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng,

nhưng thường củng có loại vi khuẩn dạng lông tơ (filamentous) kết với nhau thànhlưới nhẹ nổi lên bề mặt làm ngăn cản quá trình lắng.

Vi khuẩn dạng nấm (Fungi bacteria) có kích thước lớn hơn vi khuẩn vàkhông có vai trò trong quá trình phân hủy ban đầu của chất hữu cơ trong quá trình

xử lý nước thải Vi khuẩn dạng nấm phát triển thường kết thành lưới nổi trên mặtnước gây cản trở dòng chảy và quá trình thủy động học

Động vật nguyên sinh đặc trưng bằng một vài giai đoạn hoạt động trong quátrình sống của nó Thức ăn chính của động vật nguyên sinh là vi khuẩn, cho nênchúng là chất chỉ thị quan trọng thể hiện hiệu quả xử lý của các công trình xử lý sinhhọc nước thải

I.2 Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt:

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạp chất khác nhau,trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn visinh vật Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải ở dạng các virut và vi khuẩn gâybệnh như tả, lỵ, thương hàn,… Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩnkhông có hại có tác dụng phân hủy các chất thải

I.2.1 Hàm lượng chất rắn:

Tổng chất rắn là thành phần đặc trưng nhất của nước thải, nó bao gồm cácchất rắn không tan lơ lửng (SS), chất keo và hòa tan Xác định hàm lượng chất rắnbằng cách cho bay hơi một lượng nước thải trên bếp cách thủy và sấy khô ở nhiệt độ

105 oC cho tới khi trọng lượng không đổi, sau đó đem cân và so sánh với khối lượngnước ban đầu, đơn vị là mg/l

Chất rắn lơ lửng có kich thước hạt≥ 10-4 mm có thể lắng được và không lắngđược (dạng keo) Nó được xác định bằng cách cho nước thải thấm qua giấy lọc tiêuchuẩn với kích thước lỗ khoảng 1,2 µm Gạn lấy lượng cặn đọng lại trên giấy thấmđem sấy ở nhiệt độ 105oC cho đến khi trọng lượng không thay đổi, đơn vị mg/l

I.2.2 Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và hóa học (COD):

Mức độ nhiễm bẩn nước thải bởi chất hữu cơ có thể xác định theo lượng ôxycần thiết để ôxy hóa chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật hiếu khí và được gọi

là nhu cầu ôxy cho quá trình sinh hóa Nhu cầu ôxy sinh hóa là chỉ tiêu rất quantrọng và tiện dùng để chỉ mức độ nhiễm bẩn của của nước thải bởi các chất hữu cơ.Trị số BOD đo được cho phép tính toán lượng ôxy hòa tan cần thiết để cấp cho cácphản ứng sinh hóa của vi khuẩn diễn ra trong quá trình phân hủy hiếu khí các chấthữu cơ có trong nước thải

Nhu cầu ôxy hóa học COD: Là lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa hoàn toàn chấthữu cơ và một phần nhỏ các chất vô cơ dễ bị ôxy hóa có trong nước thải Chỉ tiêunhu cầu ôxy sinh hóa BOD không đủ để phản ánh khả năng ôxy hóa các chất hữu cơkhó bị ôxy hóa và các chất vô cơ có thể bị ôxy hóa có trong nước thải Việc xác địnhCOD có thể tiến hành bằng cách cho chất ôxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thảitrong môi trường axít Trị số COD luôn lớn hơn trị số BOD5 và tỷ số COD : BODcàng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ

I.2.3 Ôxy hòa tan:

Nồng độ ôxy hòa tan trong nước thải trước và sau xử lý là chỉ tiêu rất quantrọng Trong quá trình xử lý hiếu khí luôn phải giữ nồng độ ôxy hòa tan trong nướcthải từ 1,5 – 2 mg/l để quá trình ôxy hóa diễn ra theo ý muốn và để hỗn hợp khôngrơi vào tình trạng yếm khí Ôxy là khí có độ hòa tan thấp và nồng độ ôxy hòa tanphụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ muối có trong nước Trong quá trình xử lý nướcthải, vi sinh vật tiêu thụ ôxy hòa tan để đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nềnBOD, N, P cần thiết cho việc duy trì sự sống, tăng trưởng và sinh sản của chúng

I.2.4 Trị số pH:

Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hòa, tính axit hay tính kiềm Quátrình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh họa rất nhạy cảm với sự dao động củatrị số pH Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi giá trị pH trong khoảng 6,5 đến 8,5

I.2.5 Các hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thải:

a Các hợp chất của nitơ trong nước thải: Nước thái sinh hoạt luôn có một số hợpchất chứa nitơ Nitơ là chất dinh dưỡng quan trọng trong quá trình phát triển của visinh vật trong các công trình xử lý sinh học Các hợp chất chứa nitơ là protein, cácsản phẩm phân hủy của nó như amino aixit là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn, vàcác hợp chất hữu cơ chứa nitơ có trong nước thải bắt nguồn từ phân và nước tiểu(urê) của người và động vật Urê bị phân hủy ngay khi có tác dụng của vi khuẩnthành amoni (NH4+) và NH3 là hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong mước thải

Hai dạng hợp chất vô cơ chứa Nitơ có trong nước thải là nitrit và nitrat Nitrat

là sản phẩm ôxy hóa của amoni (NH4+) khi tồn tại oxy, thường gọi quá trình này làquá trình Nitrat hóa Còn nitrit (NO2-) là sảm phẩm trung gian của quá trình nitrathóa, nitrit là hợp chất không bền vững dễ bị ôxy hóa thành nitrat (NO3-) Vì amoni

sử dụng ôxy trong quá trình Nitrat hóa và các vi sinh vật trong nước, rong, tảo dùngnitrat làm thức ăn để phát triển, cho nên nếu hàm lượng nitơ có trong nước thải xả rasông, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng kích thích sự phát triểnnhanh của rong, tảo làm bẩn nguồn nước

b.Các hợp chất photpho trong nước thả

Photpho cũng giống như nitơ, là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sống và pháttriển trong các công trình xử lý nước thải Photpho là chất dinh dưỡng đầu tiên cần

thiết cho sự phát triển của thảo mộc sống dưới nước, nếu nồng độ photpho trongnước thải xả ra sông, suối quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng Phot-pho thường ở dạng photphat vô cơ và bắt nguồn từ chất thải là phân, nước tiểu, phânbón dùng trong nông nghiệp và từ các chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt hằng ngày

I.2.6 Các hợp chất vô cơ khác trong nước thải:

Có rất nhiều hợp chất vô cơ trong nước thải

Để đánh giá tính chất nhiểm bẩn của nước thải bởi khoáng vật người ta dùngcác chỉ tiêu về hàm lượng sulfat và clorua Trong nước thải đô thị hàm lượng sulfatvào khoảng 100 đến 150 mg/l, còn hàm lượng clorua từ 150 đến 250 mg/l Hàm

lượng sulfat và clorua thường không hoặc ít thay đổi trước và sau xử lý và cũngkhông làm ảnh hưởng tới các quá trình lí hóa, sinh hóa nước thải và cặn bã.

I.2.7 Vi sinh vật:

Nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều các vi sinh vật với số lượng từ 105 – 106 tếbào/1ml Phần lớn vi sinh có trong nước thải không phải là vi khuẩn gây bênh, cóthể có một số ít vi khuẩn gây bệnh như thương hàn, tả, lỵ, vi trùng gan

* Các thông số cụ thể của đồ án: Lưu lượng Q = 1500m3/ngày đêm

2 Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS mg/l 200

- Bể điều hòa lưu lượng.

I.3.2 Xử lý sơ bộ:

Chủ yếu là quá trình lắng để loại bỏ bớt cặn lơ lửng Có nhiều loại bể lắng,kết quả xử lý của công đoạn xử lý sơ bộ là loại bỏ được một phần cặn lơ lửng và cácchất nổi như dầu, mỡ, bọt,… đồng thời phân hủy yếm khí cặn lắng ở phần dưới củacác công trình ổn định cặn

a Bể lắng cát:

Bể lắng cát đặt sau song chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng và chất lượng,trước bể lắng đợt một Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như cát,sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng,… để bảo vệ cácthiết bị cơ khí dễ bị mài mòn Theo đặc tính của dòng chảy có thể phân loại bể lắngcát: Bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi khí, bể lắng cát ly tâm

b Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng:

Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống cống thu gom chảy về nhà máy

xử lý thường xuyên dao động theo các ngày giờ, có 2 loại bể điều hòa: Bể điều hòalưu lượng và chất lượng nằm trực tiếp trên đường chuyển động của dòng chảy; Bểđiều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể nằm trực tiếp trên đường vận chuyển hoặc nằmngoài đường đi của dòng chảy Tùy theo điều kiên đất đai và chất lượng nước thải,khi mạng cống thu gom là mang cống chung thường áp dụng bể điều hòa lư lượng

để tích trữ được lượng nước sau cơn mưa Ở các mạng thu gom là hệ thống cốngriêng và ở những nơi có chất lượng nước thải thay đổi thường áp dụng bể điều hòa

cả lưu lượng và chất lượng

Điều chỉnh pH và bổ sung chất dinh dưỡng N,P: Nước thải trước khi đi vàocác công trình xử lý sinh học phải có trị số pH nằm trong khoảng 6,5 – 8,5 và tỷ lệcác chất dinh dưỡng C:N:P trong khoảng 100:5:1

c Bể lắng đợt I:

Có nhiệm vụ lắng các hạt rắn nhỏ hơn 0,2 mm, bể lắng đợt một có nhiều loạikhác nhau Bùn lắng được tách ra khỏi nước ngay sau khi lắng, có thể bằng phươngpháp thủ công hay cơ giới.

Quá trình lắng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: Lưu lượng nước thải, thờigian lắng (hay thời gian lưu), khối lượng riêng và tải lượng tính theo chất rắn lơlửng, tải lượng thủy lực, sự keo tụ các hạt rắn, vận tốc dòng chảy trong bể, sự nénbùn đặc, nhiệt độ của nước thải và kích thước bể lắng

I.3.3 Xử lý bậc II:

Là công đoạn phân hủy sinh học hiếu khí các hợp chất hữu cơ Mục đích cơbản của quá trình xử lý sinh học là lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của visinh vật để ổn định các hợp chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơ lửng không lắngđược trong nước thải sinh hoạt để loại chúng ra khỏi nước Xử lý sinh học gồm cácbước:

- Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạnghòa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bào vi sinh

- Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô

cơ trong nước thải

- Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực

- Lượng khí cấp vào từ 55 – 65 m3/1kgBOD5 cần khử.

- Chỉ số thể tích bùn SVI từ 50 – 150 ml/g

- Nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotenk: 1500 – 3000 mg/l

- Tuổi của bùn θ từ 3 – 15 ngày.

- Nồng độ BOD đầu vào < 400 mg/l, hiệu quả làm sạch từ 80 – 95 %

b Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR – Sequencing Batch tor):

Reac-Là một dạng xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính Do hoạt động giánđoạn nên số ngăn tối thiểu của bể là 2

Bể SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được cácchất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởngđến hiệu quả xử lý.

Nhược điểm chính của bể là công suất xử lý nhỏ, để hoạt động có hiệu quảphải thường xuyên kiểm tra theo dõi các bước xử lý nước thải

c Đĩa lọc sinh học:

Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh họctheo nguyên lý dính bám Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ,… hình tròn đường kính 2 đến4m, dày dưới 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 đến 40mm và các khốinày được bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể chứa nước thải

Tốc độ quay của đĩa từ 1 đến 2 vòng/phút và đảm bảo dòng chảy rối, khôngcho bùn cặn lắng lại trong bể nước thải Trong quá trình quay, phần dưới của đĩangập trong nước thải Quá trình hấp phụ và dính bám các chất hữu cơ dạng hòa tan,keo và vẫy bùn lên màng sinh vật hình thành trước đó được diễn ra Khi quay lênphía trên, vi khuẩn sẽ lấy ôxy để ôxy hóa chất hữu cơ và giải phóng CO2 Màng sinhvật dày 2 đến 4mm, phụ thuộc vào vận tốc quay của đĩa Bùn cặn màng sinh vậtđược lắng lại trong bể lắng đợt 2

d.Công nghệ MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor:

* Giới thiệu: MBBR là quá trình kết hợp giữa hai quá trình màng sinh học và

quá trình bùn hoạt tính Trong đó, vi sinh vật phát triển trên bề mặt các hạt nhựapolyetylen (đệm) lơ lửng trộn lẫn với nước thải trong bể phản ứng Không khí cấpvào bể vừa để cung cấp ôxy cho vi sinh vật sử dụng vừa là động lực cho các đệmchuyển động trong bể (các đệm plastic nhẹ, có khối lượng riêng xấp xỉ khối lượngriêng của nước) Nước được xử lý từ bể phản ứng sẽ chảy qua một lưới lọc trước khivào bể lắng bậc II, mục đích của lưới lọc là giữ lại các đệm plastic trong bể phảnứng Công nghệ MBBR có khả năng xử lý hiệu quả rất cao đối với các nước thải cómức độ ô nhiễm hữu cơ và nitơ cao

* Hoạt động: Trong quá trình xử lý nước thải, quần xã các vi sinh vật phát

triển trên bề mặt các đệm plastic Hầu hết các vi sinh vật trên lớp màng là vi sinh vật

dị dưỡng (chúng sử sụng cacbon hữu cơ để tạo sinh khối) với ưu thế hơn là các vikhuẩn tùy tiện Các vi khuẩn tùy tiện này có thể sử dụng ôxy hòa tan trong nước,hoặc khi lượng ôxy hòa tan không đủ chúng sẽ sử dụng nitrate, nitrite

Tại bề mặt của lớp màng sinh học đọng lại các chất lỏng phân biệt rõ ràng do

sự di chuyển lẫn lộn trong bể phản ứng Chất dinh dưỡng và ôxy khuếch tán qua lớpchất lỏng đến bề mặt của màng sinh học Trong khi đó, các sản phẩm của sự phânhủy sinh học sẽ được khuếch tán nhanh từ màng sinh học ra ngoài môi trường chấtlỏng chuyển động , quá trình như thế cứ tiếp diễn

Khi vi sinh vật phát triển và tăng lên nhiều lần, sinh khối trên các đệm cũngtăng lên, lớp màng sinh vật ngày càng dày Khi đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng cungcấp ôxy hòa tan cơ chất trong bể phản ứng đến tất cả các vi sinh vật trên màng sinhhọc Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của màng sinh học thì cần thiết nhất ôxy hòatan và cơ chất khuếch tán trong suốt quá trình Khi ôxy hòa tan và cơ chất khuếchtán qua mỗi lớp màng có sau thì các vi sinh vật ở lớp trước đó tiêu thụ càng nhiều.Lượng oxy hòa tan sẽ giảm dần trong quá trình tạo màng sinh học và sẽ tạo ra cácsản phẩm của sự phân hủy hiếu khí, thiếu khí và yếm khí ở các lớp của màng sinhvật

* Cấu tạo của đệm: Đệm có nhiều hình dạng khác nhau, thông thường các

đệm có hình trụ đứng, đường kính khoảng 10mm, cao 7mm, bên trong và bề mặtngoài có nhiều khe để tăng diện tích bề mặt Diện tích bề mặt của các đệm plastic làrất lớn (120 - 950 m2/m3) Đêm được làm bằng vật liệu Polyethylen để đảmm bảo độbền, không bị gãy vỡ trong quá trình làm việc

- Quá trình khử Nitơ và phốt pho rất tốt.

- MBBR có thể sử dụng cho tất cả các loại bể sinh học (aerobic, anoxic, hoặcanaerobic)

- Hiệu quả xử lý cao

- Vận hành đơn giản và chi phí thấp

I.3.3.2 Bể lắng đợt II:

Bể lắng đợt II có nhiệm vụ tách sinh khối lắng trong nước, giữ lại các màng

vi sinh ở bể MBBR và các thành phần chất không hòa tan chưa được giữ lại ở bểlắng đợt I Các màng vi sinh như các bông cặn tiếp xúc với nhau tạo thành các đám

bông cặn và lắng xuống đáy trong quá trình xử lý Tốc độ lắng của đám bông cặnphụ thuộc và nồng độ và tính chất của cặn.

I.3.4 Khử trùng:

Khử trùng là công đoạn tiếp sau xử lý bậc II Các phương pháp khử trùngthường dùng là: Clo, ozon, tia cực tím Mục đích của quá trình này là nhằm đảm bảonước trước khi xả ra nguồn tiếp nhận không còn vi trùng, virut gây bệnh và lâybệnh, khử mầu, khử mùi…

Đề xuất sơ đồ công nghệ:

Nước thải sinh hoạt

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước thải sinh hoạt của đô thị theo mương dẫn sau khi qua song chắn rác sẽđược tách các tạp chất có kích thước lớn trôi nổi lơ lửng trong nước như gỗ, nhựa,giấy, vỏ hoa quả… Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có độ cát với độlớn thủy lựcu  18mm/s Đây là các phần tử vô cơ có kích thước và tỷ trọng lớn.

Mặc dù không độc hại, nhưng chúng cản trở hoạt động của của các công trình xử lýnước thải như làm giảm dung tích công tác của công trình, gây khó khăn cho việc xảbùn cặn, phá hủy quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải… Để đảm bảo chocác công trình xử lý sinh học nước thải hoạt động ổn định cần phải có công trình vàthiết bị lắng cát phía trước, tại đây các loại cặn thô như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh,

sẽ được tách ra khỏi dòng thải Phần nổi lên trên là bọt dầu, mỡ cũng sẽ được thiết bịgạt bọt tách ra khỏi dòng nước

Do nước thải sinh hoạt chủ yếu được sinh ra trong những thời gian sinh hoạtcao điểm của con người, vì vậy mà lưu lượng và thành phần của nước thải sinh hoạt

sẽ không giống nhau ở mọi thời điểm, do đó dòng thải sau khi qua song chắn và bểlắng cát sẽ được ổn định tại bể điều hòa

Tại bể MBBR, chất hữu cơ trong nước thải bị ôxy hóa bởi các vi sinh vật có trongnước thải và các vi sinh vật bám dính trên đệm sinh học lơ lửng trong nước thải Banđầu, loại đệm này nhẹ hơn nước nên chúng sẽ lơ lửng trên mặt nước nhưng khi cómàng bám vi sinh vật xuất hiện trên bề mặt, khối lượng riêng của đệm sẽ tăng lên vàtrở nên nặng hơn nước và sẽ chìm xuống dưới Tuy nhiên, nhờ có chuyển động thủylực của nước trong bể được cấp bởi hệ thống sục khí, các đệm này sẽ chuyển độngliên tục trong nước thải Các chất hữu cơ cũng bám vào các khe nhỏ của đệm Các visinh vật bám dính trên các đệm sẽ sử dụng chất hữu cơ để tạo thành sinh khối vi sinhvật, trong quá trình này các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được xử lý Trước khiqua bể lắng bậc 2, hỗn hợp trong bể MBBR được chảy qua một tấm lưới chắn trong

bể để ngăn các hạt nhựa lại Dòng nước được tách sinh khối và lắng bùn tại bể lắngđợt 2 Nước trong sẽ chảy sang bể khử trùng đuợc hoà trộn chung với dung dịchchlorine nhằm diệt các vi khuẩn Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT

cột A và được xả ra nguồn tiếp nhận gần đó Bùn từ bể lắng sẽ được bơm qua bể nénbùn sau đó được đưa vào máy ép bùn, bùn khô sẽ được đưa đi chôn lấp hoặc tậndụng

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

II.1 Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải:

Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ởdạng huyền phù thô ra khỏi nước sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọnglực Nước thải nói chung thường là hệ dị thể đa phân tán hợp thể không bền Trongquá trình lắng, kích thước, mật độ, hình dạng của các hạt và cả tính chất vật lý của

hệ bị thay đổi

Nước thải có khối lượng riêng và độ nhớt cao Độ nhớt và khối lượng riêngcủa nước thải chỉ chứa các hạt rắn được tính theo công thức:

nt 0 (1 2, 5  C0 ) (2.1) nt   r(1 ) (2.2) Trong đó: - nt, : Độ nhớt động lực học của nước thải và nước sạch, Pa.s;0

- V V L, R: Thể tích của pha lỏng và pha rắn trong nước thải, m3

Tùy thuộc vào nồng độ và khả năng tác động tương hỗ lẫn nhau giữa các hạtrắn, có thể xảy ra 3 loại lắng chính (hay còn gọi là vùng lắng) sau: lắng riêng rẽ từnghạt, lắng keo tụ và lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng chen

* Cơ sở của quá trình lắng riêng rẽ từng hạt là các định luật Newton vàStockes với giả thiết hạt lắng có dạng hình cầu:

Khi lắng, hạt rắn chịu tác dụng của các lực:

Lực trọng trường: F g h  v g (2.4)Lực Archimedes: Fn  l  v g (2.5)

Lực ma sát:

22

W

F C  S  (2.6)

43

Hệ số C D phụ thuộc vào chế độ thủy động của dòng chất lỏng bao quang hạt

mà đặc trưng bởi chuẩn số Reynold (

Vận tốc lắng của các hạt hình cầu ở vùng định luật Stockes trong xử lý nước

thải được tính theo công thức:

2

1 18

h l l

* Khi nồng độ chất rắn lơ lửng trong hệ thống cao hơn 500 mg/l thường xảy

ra lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng nén Loại lắng này xảy ra cùng với loạilắng riêng rẽ từng hạt và lắng keo tụ, có đặc điểm là các hạt rất gần nahu Khi hạtlắng xuống chiếm chỗ của chất lỏng và dòng chất lỏng bị thay thế đi lên sẽ cản trởlàm giảm vận tốc lắng của hạt khác Do mật độ hạt rắn cao nên lắng vùng thườngdẫn đến lắng cả khối với bề mặt phân cách rõ rệt giữa các khối chất rắn – lỏng vànước trong

II.2 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR:

II.2.1 Cơ chế:

Khi đưa nước thải vào trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinhhọc, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ sẽđược hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn Sau đó chúng được chuyển hóa và phânhủy nhờ vi khuẩn Quá trình này gồm 3 giai đoạn:

- Khuếch tán, chuyển dịch và hấp phụ chất bẩn từ môi trường nước lên bềmặt tế bào vi khuẩn;

- Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tếbào vi khuẩn;

- Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chấthữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn

* Sự chuyển hóa các chât hữu cơ và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếukhí được biểu diễn theo các phương trình sau:

- Quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ: Các vi sinh vật trong nước thải ôxy hóa

các chất ô nhiễm có thể oxy hóa để tạo ra năng lượng:

Khi môi trường cạn nguồn cacbon hữu cơ, các loại vi khuẩn Nitrit hóa somonas) và Nitrat hóa (Nitrobacter) thực hiện quá trình Nitrat hóa theo 2 giai đoạn:

(Nitro-H4+ + 76O2 + 5CO2  C5H7NO2 + 54NO2 + 52H2O + 109H+

400NO2- + 195O2 + NH3 + 2H2O + 5CO2  C5H7NO2 + 400NO3

-II.2.2 Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng lên men:

Dựa trên đặc tính sinh lý và tốc độ sinh sản của vi sinh vật, quá trình pháttriển của chúng được chia thành nhiều giai đoạn:

- Giai đoạn tiềm phát: vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường hoặc đangbiến đổi để thích nghi Đến cuối giai đoạn này tế bào vi sinh vật mới bắt đầu sinhtrưởng, các tế bào mới tăng về kích thước nhưng chưa tăng về số lượng.

- Giai đoạn lũy tiến: Vi sinh vật phát triển với tốc độ riên không đổi, sau mộtthời gian nhất định, tổng số lượng tế bào cũng như trọng lượng tế bào tăng lên gấpđôi

- Giai đoạn tốc độ chậm: Tốc độ phát triển giảm dần tới mức cân bằng ở cuốipha, ở các vi sinh vật cho sản phẩm trao đổi chất thì giai đoạn này chính là giai đoạnhình thành sản phẩm như enzym, alcol, axit hữu cơ, vitamin…

- Giai đoạn cân bằng: Số lượng tế bào sống được giữ ở mức không đổi Tinhchất sinh lý của tế bào vi sinh vật bắt đầu thay đổi, cụ thể là cường độ trao đổi chấtgiảm đi rõ rệt

- Giai đoạn suy tàn: Tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần dần ngừng hẳn, dẫnđến số lượng tế bào sống giảm đi rất nhanh và bắt đầu có hiện tượng tự hủy.Nguyên nhân suy tàn chủ yếu là do nguồn thức ăn trong môi trường đã cạn, sự tíchlủy sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và đôi khi tiêu diệt cả vi sinh vật

Trong giai đoạn lũy tiến, sinh khối tăng theo biểu thức:

Phương trình Monod dựa trên giả thuyết: Tốc độ sử dụng dinh dưỡng và tốc

độ sinh trưởng bị giới hạn bởi tốc độ các phản ứng enzym, bao gồm cả sự thiếu các

S: Nồng độ cơ chất, mg/l;

s

K : Hằng số bán bảo hòa, khi nồng độ cơ chất

ax 2

 : Tốc độ tăng trưởng riêng lớn nhất

Khi dư thừa dinh dưỡng, nghĩa là S >>K s thì hằng số tốc độ sinh trưởng làcực đại, max và hệ thống chủ yếu bị giới hạn bởi sinh khối Phương trình tốc độtăng trưởng của sinh khối có dạng: g max

Khi S = K s, hằng sô tốc độ sinh trưởng bằng

ax 2

để để phát triển thành sinh khối vi sinh vật Quần xã vi sinh vật sẽ phát triển và dàylên rất nhanh cùng với sự suy giảm các chất ô nhiễm ttrong nước thải Khi đạt đếnmột độ dày nhất định, khối lượng vi sinh vật sẽ tăng lên, khả năng bám dính của visinh vật ở lớp bên trong sẽ giảm đi cho đến khi chúng không bám được lên bề mặtđệm nữa mà bong ra rơi vào trong nước thải Một lượng nhỏ vi sinh vật còn sót lạibám trên các đệm sẽ tiếp tục sử dụng chất hữu cơ có trong nước thải để hình thànhnên một quần xã sinh vật mới bám dính trên đệm.

: Tốc độ sử dụng cơ chất bởi một đơn vị sinh khối

Nên (2.14) được viết: su s

K X S r