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
Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt MỤC LỤC MỞ ĐẦU Q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước tạo nên sức ép lớn môi trường Trong phát triển kinh tế xã hội, tốc độ thị hóa ngày gia tăng Mức độ nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm ngày trầm trọng Do việc xây dựng, vận hành hệ thống xử lý nước thải cho đô thị cần thiết Đề bài: Ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) xử lý nước thải sinh hoạt đô thị - Lưu lượng q = 2000 m3/ngày đêm - Yêu cầu xử lý: QCVN 14:2008/BTNMT, cột A Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ I.1 Giới thiệu chung: Con người hoạt động kinh tế xã hội sử dụng lượng nước lớn Nước cấp sau sử dụng vào mục đích sinh hoạt, sản xuất, nước mưa chảy tràn mái nhà, mặt đường, sân vườn,…Bị nhiểm bẩn chứa nhiều hợp chất bẩn gây ô nhiễm môi trường Nước thải sinh hoạt nước thải bỏ sau sử dụng cho mục đích sinh hoạt người Một số hoạt động dịch vụ công cộng bệnh viện, trường học, nhà ăn tạo loại nước thải có thành phần tính chất tương tự nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt hỗn hợp phức tạp thành phần chất, chất bẩn thuộc nguồn gốc hữu thường tồn dạng khơng hịa tan, dạng keo dạng hòa tan dễ bị phân hủy thối rữa, chứa nhiều vi trùng gây bệnh truyền bệnh nguy hiểm Thành phần tính chất chất bẩn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện thiết bị, trạng thái làm việc hệ thống mạng lưới vận chuyển, tập quán sinh hoạt người dân, mức sống xã hội, điều kiện tự nhiên…Do tính chất hoạt động đô thị mà chất nước thải thay đổi theo thời gian không gian I.1.1 Đặc điểm vật lý: Theo trạng thái vật lý, chất bẩn nước thải chia thành: - Các chất không hịa tan dạng lơ lửng kích thước lớn 10 -4 mm, dạng huyền phù, nhũ tương dạng sợi, giấy, vải, 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 10 -6 mm, dạng phân tử phân ly thành ion - Nước thải sinh hoạt thường có mùi thối khó chịu vận chuyển cống sau đến xuất khí hydro sunfua I.1.2 Đặc điểm hóa học: Nước thải chứa hợp chất hóa học dạng vô sắt, magiê, canxi, silic, nhiều chất hữu sinh hoạt phân, nước tiểu chất thải khác cát, sét, GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt dầu mỡ Nước thải vừa xả có tính kiềm, dần trở nên có tính axit thối rữa Các chất hữu xuất xứ từ thực vật động vật Những chất hữu nước thải chia thành chất chứa nitơ chất chứa cacbon Các hợp chất chứa nitơ chủ yếu urê, prôtêin, amin axit amin Các hợp chất chứa cacbon mỡ, xà phòng, hydrocacbon… I.1.3 Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật: Nước thải sinh hoạt chứa nhiều sinh vật chủ yếu vi sinh với số lượng từ 10 đến 106 tế bào 1ml Nguồn chủ yếu đưa vi sinh vật vào nước thải phân, nước tiểu đất cát Tế bào vi sinh vật hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi sinh coi phần tổng hợp chất hữu nước thải Phần sống, hoạt động, tăng trưởng để phân hủy phần hữu lại nước thải Vi sinh nước thải thường phân biệt theo hình dạng Vi sinh xử lý nước thải chia thành nhóm: Vi khuản, nấm, động vật nguyên sinh (Protozoa) Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng việc phân hủy chất hữu cơ, thể sống đơn bào, có khả phát triển tăng trưởng cặn lơ lửng dính bám vào bề mặt vật cứng Vi khuẩn có khả sinh sản nhanh, tiếp xúc với chất dinh dưỡng có nước thải, chúng hấp thụ nhanh thức ăn qua màng tế bào Đa số vi khuẩn đóng vai trị quan trọng việc phân hủy chất hữu cơ, biến chất hữu thành chất ổn định tạo thành cặn dễ lắng, thường củng có loại vi khuẩn dạng lơng tơ (filamentous) kết với thành lưới nhẹ lên bề mặt làm ngăn cản trình lắng Vi khuẩn dạng nấm (Fungi bacteria) có kích thước lớn vi khuẩn khơng có vai trị q trình phân hủy ban đầu chất hữu trình xử lý nước thải Vi khuẩn dạng nấm phát triển thường kết thành lưới mặt nước gây cản trở dịng chảy q trình thủy động học Động vật nguyên sinh đặc trưng vài giai đoạn hoạt động q trình sống Thức ăn động vật nguyên sinh vi khuẩn, chúng chất thị quan trọng thể hiệu xử lý cơng trình xử lý sinh học nước thải Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt I.2 Các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt: Đặc trưng nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, khoảng 52% chất hữu cơ, 48% chất vô số lớn vi sinh vật Phần lớn vi sinh vật nước thải dạng virut vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn,… Đồng thời nước thải chứa vi khuẩn khơng có hại có tác dụng phân hủy chất thải I.2.1 Hàm lượng chất rắn: Tổng chất rắn thành phần đặc trưng nước thải, bao gồm chất rắn không tan lơ lửng (SS), chất keo hòa tan Xác định hàm lượng chất rắn cách cho bay lượng nước thải bếp cách thủy sấy khô nhiệt độ 105 oC trọng lượng khơng đổi, sau đem cân so sánh với khối lượng nước ban đầu, đơn vị mg/l Chất rắn lơ lửng có kich thước hạt 10-4 mm lắng khơng lắng (dạng keo) Nó xác định cách cho nước thải thấm qua giấy lọc tiêu chuẩn với kích thước lỗ khoảng 1,2 µm Gạn lấy lượng cặn đọng lại giấy thấm đem sấy nhiệt độ 105oC trọng lượng không thay đổi, đơn vị mg/l I.2.2 Nhu cầu ơxy sinh hóa (BOD) hóa học (COD): Mức độ nhiễm bẩn nước thải chất hữu xác định theo lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa chất hữu tác động vi sinh vật hiếu khí gọi nhu cầu ơxy cho q trình sinh hóa Nhu cầu ơxy sinh hóa tiêu quan trọng tiện dùng để mức độ nhiễm bẩn của nước thải chất hữu Trị số BOD đo cho phép tính tốn lượng ơxy hòa tan cần thiết để cấp cho phản ứng sinh hóa vi khuẩn diễn q trình phân hủy hiếu khí chất hữu có nước thải Nhu cầu ơxy hóa học COD: Là lượng ơxy cần thiết để ơxy hóa hồn tồn chất hữu phần nhỏ chất vô dễ bị ơxy hóa có nước thải Chỉ tiêu nhu cầu ơxy sinh hóa BOD khơng đủ để phản ánh khả ơxy hóa chất hữu khó bị ôxy hóa chất vô bị ôxy hóa có nước thải Việc xác định COD tiến hành cách cho chất ơxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thải mơi trường axít Trị số COD lớn trị số BOD tỷ số COD : BOD nhỏ xử lý sinh học dễ I.2.3 Ơxy hịa tan: Nồng độ ơxy hịa tan nước thải trước sau xử lý tiêu quan trọng Trong trình xử lý hiếu khí ln phải giữ nồng độ ôxy hòa tan nước thải từ 1,5 – mg/l để q trình ơxy hóa diễn theo ý muốn để hỗn hợp không GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt rơi vào tình trạng yếm khí Ơxy khí có độ hịa tan thấp nồng độ ơxy hịa tan phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ muối có nước Trong q trình xử lý nước thải, vi sinh vật tiêu thụ ôxy hịa tan để đồng hóa chất dinh dưỡng chất BOD, N, P cần thiết cho việc trì sống, tăng trưởng sinh sản chúng I.2.4 Trị số pH: Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hịa, tính axit hay tính kiềm Quá trình xử lý nước thải phương pháp sinh họa nhạy cảm với dao động trị số pH Q trình xử lý hiếu khí địi hỏi giá trị pH khoảng 6,5 đến 8,5 I.2.5 Các hợp chất Nitơ Photpho nước thải: a.Các hợp chất nitơ nước thải: Nước thái sinh hoạt ln có số hợp chất chứa nitơ Nitơ chất dinh dưỡng quan trọng trình phát triển vi sinh vật cơng trình xử lý sinh học Các hợp chất chứa nitơ protein, sản phẩm phân hủy amino aixit nguồn thức ăn hữu vi khuẩn, hợp chất hữu chứa nitơ có nước thải bắt nguồn từ phân nước tiểu (urê) người động vật Urê bị phân hủy có tác dụng vi khuẩn thành amoni (NH4+) NH3 hợp chất vơ chứa nitơ có mước thải Hai dạng hợp chất vô chứa Nitơ có nước thải nitrit nitrat Nitrat sản phẩm ơxy hóa amoni (NH 4+) tồn oxy, thường gọi trình trình Nitrat hóa Cịn nitrit (NO2-) sảm phẩm trung gian q trình nitrat hóa, nitrit hợp chất khơng bền vững dễ bị ơxy hóa thành nitrat (NO 3-) Vì amoni sử dụng ơxy q trình Nitrat hóa vi sinh vật nước, rong, tảo dùng nitrat làm thức ăn để phát triển, hàm lượng nitơ có nước thải xả sơng, hồ mức cho phép gây tượng phú dưỡng kích thích phát triển nhanh rong, tảo làm bẩn nguồn nước b.Các hợp chất photpho nước thải: Photpho giống nitơ, chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sống phát triển cơng trình xử lý nước thải Photpho chất dinh dưỡng cần thiết cho phát triển thảo mộc sống nước, nồng độ photpho nước thải xả sông, suối mức cho phép gây tượng phú dưỡng Photpho thường dạng photphat vô bắt nguồn từ chất thải phân, nước tiểu, phân bón dùng nơng nghiệp từ chất tẩy rửa dùng sinh hoạt ngày I.2.6 Các hợp chất vô khác nước thải: Có nhiều hợp chất vơ nước thải Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Để đánh giá tính chất nhiểm bẩn nước thải khống vật người ta dùng tiêu hàm lượng sulfat clorua Trong nước thải đô thị hàm lượng sulfat vào khoảng 100 đến 150 mg/l, hàm lượng clorua từ 150 đến 250 mg/l Hàm lượng sulfat clorua thường khơng thay đổi trước sau xử lý không làm ảnh hưởng tới trình lí hóa, sinh hóa nước thải cặn bã I.2.7 Vi sinh vật: Nước thải sinh hoạt chứa nhiều vi sinh vật với số lượng từ 10 – 106 tế bào/1ml Phần lớn vi sinh có nước thải vi khuẩn gây bênh, có số vi khuẩn gây bệnh thương hàn, tả, lỵ, vi trùng gan * Các thông số cụ thể đồ án: Lưu lượng Q = 1500m3/ngày đêm TT 8 Thông số Tổng chất rắn Hàm lượng chất rắn lơ lửng Nhu cầu ơxy hóa học Nhu cầu ơxy sinh hóa Tổng Ni tơ Tổng Photpho pH (25oC) Dầu mỡ động, thực vật Coliform Ký hiệu TS SS COD BOD5 ∑N ∑P Đơn vị mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100ml Giá trị 700 200 500 300 40 6,8 100 107 I.3 Các công đoạn xử lý: I.3.1 Tiền xử lý: Giai đoạn tiền xử lý gồm cơng trình thiết bị có nhiệm vụ loại khỏi nước thải vật gây tắt nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm làm giảm hiệu xử lý giai đoạn sau, cụ thể như: Loại bỏ cắt nhỏ vật lơ lửng có kích thước lớn có nước thải gỗ, nhựa, giấy, vỏ hoa quả,… Loại bỏ cặn nặng cát sỏi, kim loại, thủy tinh,… Loại bỏ phần dầu mỡ Các thiết bị thường dùng là: - Song chắn rác, lưới chắn rác; - Máy nghiền cắt vụn rác; - Bể lắng cát; - Bể điều hòa lưu lượng I.3.2 Xử lý sơ bộ: Chủ yếu trình lắng để loại bỏ bớt cặn lơ lửng Có nhiều loại bể lắng, kết xử lý công đoạn xử lý sơ loại bỏ phần cặn lơ lửng GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt chất dầu, mỡ, bọt,… đồng thời phân hủy yếm khí cặn lắng phần cơng trình ổn định cặn a Bể lắng cát: Bể lắng cát đặt sau song chắn đặt trước bể điều hòa lưu lượng chất lượng, trước bể lắng đợt Nhiệm vụ bể lắng cát loại bỏ cặn thô, nặng cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng, … để bảo vệ thiết bị khí dễ bị mài mịn Theo đặc tính dịng chảy phân loại bể lắng cát: Bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi khí, bể lắng cát ly tâm b Bể điều hòa lưu lượng chất lượng: Lưu lượng chất lượng nước thải từ hệ thống cống thu gom chảy nhà máy xử lý thường xuyên dao động theo ngày giờ, có loại bể điều hòa: Bể điều hòa lưu lượng chất lượng nằm trực tiếp đường chuyển động dòng chảy; Bể điều hịa lưu lượng chủ yếu, nằm trực tiếp đường vận chuyển nằm đường dòng chảy Tùy theo điều kiên đất đai chất lượng nước thải, mạng cống thu gom mang cống chung thường áp dụng bể điều hòa lư lượng để tích trữ lượng nước sau mưa Ở mạng thu gom hệ thống cống riêng nơi có chất lượng nước thải thay đổi thường áp dụng bể điều hòa lưu lượng chất lượng Điều chỉnh pH bổ sung chất dinh dưỡng N,P: Nước thải trước vào cơng trình xử lý sinh học phải có trị số pH nằm khoảng 6,5 – 8,5 tỷ lệ chất dinh dưỡng C:N:P khoảng 100:5:1 c Bể lắng đợt I: Có nhiệm vụ lắng hạt rắn nhỏ 0,2 mm, bể lắng đợt có nhiều loại khác Bùn lắng tách khỏi nước sau lắng, phương pháp thủ cơng hay giới Q trình lắng chịu ảnh hưởng yếu tố sau: Lưu lượng nước thải, thời gian lắng (hay thời gian lưu), khối lượng riêng tải lượng tính theo chất rắn lơ lửng, tải lượng thủy lực, keo tụ hạt rắn, vận tốc dòng chảy bể, nén bùn đặc, nhiệt độ nước thải kích thước bể lắng I.3.3 Xử lý bậc II: Là công đoạn phân hủy sinh học hiếu khí hợp chất hữu Mục đích trình xử lý sinh học lợi dụng hoạt động sống sinh sản vi sinh vật để ổn định hợp chất hữu cơ, làm keo tụ chất keo lơ lửng không lắng nước thải sinh hoạt để loại chúng khỏi nước Xử lý sinh học gồm bước: Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt - Chuyển hóa hợp chất hữu có nguồn gốc cacbon dạng keo dạng hịa tan thành thể khí thành vỏ tế bào vi sinh - Tạo cặn sinh học gồm tế bào vi sinh vật chất keo vô nước thải - Loại cặn sinh học khỏi nước q trình lắng trọng lực I.3.3.1.Một số cơng nghệ xử lý sinh học hiếu khí sử dụng xử lý nước thải đô thị: a Bể Aerotank truyền thống: Nước thải vào Bể lắng đợt Nước Bùn Bùn Sơ đồ Nước thải sau bể lắng đợt trộn với bùn hoạt tính tuần hồn đầu bể Aerotank Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bẩn trung bình, lưu lượng tuần hoàn thường từ 20 – 30% lưu lượng nước thải vào Dung tích bể thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng bể từ đến dùng hệ thống sục khí từ đến 12 dùng thiết bị khuấy làm thống bề mặt Các thơng số bể: - Lượng khí cấp vào từ 55 – 65 m3/1kgBOD5 cần khử - Chỉ số thể tích bùn SVI từ 50 – 150 ml/g GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt - Nồng độ bùn hoạt tính bể aerotenk: 1500 – 3000 mg/l - Tuổi bùn từ – 15 ngày - Nồng độ BOD đầu vào < 400 mg/l, hiệu làm từ 80 – 95 % b Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR – Sequencing Batch Reactor): Là dạng xử lý sinh học nước thải bùn hoạt tính Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu bể Bể SBR Bể lắng đợt Khử trùng Nguồn tiếp nhận Xả bùn Bể SBR Sơ đồ: Đặc điểm: - BOD nước thải sau xử lý thường < 20 mg/l - Hàm lượng cặn lơ lửng – 25 mg/l N-NH3 từ 0,3 – 12 mg/l Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt - Bể SBR làm việc không cần bể lắng đợt Bể SBR có ưu điểm cấu tạo đơn giản, hiệu xử lý cao, khử chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành Sự dao động lưu lượng nước thải ảnh hưởng đến hiệu xử lý Nhược điểm bể cơng suất xử lý nhỏ, để hoạt động có hiệu phải thường xuyên kiểm tra theo dõi bước xử lý nước thải c Đĩa lọc sinh học: Đĩa lọc sinh học dùng để xử lý nước thải phương pháp sinh học theo nguyên lý dính bám Đĩa lọc nhựa, gỗ,… hình trịn đường kính đến 4m, dày 10mm ghép với thành khối cách 30 đến 40mm khối bố trí thành dãy nối tiếp quay bể chứa nước thải Tốc độ quay đĩa từ đến vịng/phút đảm bảo dịng chảy rối, khơng cho bùn cặn lắng lại bể nước thải Trong trình quay, phần đĩa ngập nước thải Quá trình hấp phụ dính bám chất hữu dạng hòa tan, keo vẫy bùn lên màng sinh vật hình thành trước diễn Khi quay lên phía trên, vi khuẩn lấy ơxy để ơxy hóa chất hữu giải phóng CO Màng sinh vật dày đến 4mm, phụ thuộc vào vận tốc quay đĩa Bùn cặn màng sinh vật lắng lại bể lắng đợt d.Công nghệ MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor: * Giới thiệu: MBBR trình kết hợp hai trình màng sinh học q trình bùn hoạt tính Trong đó, vi sinh vật phát triển bề mặt hạt nhựa polyetylen (đệm) lơ lửng trộn lẫn với nước thải bể phản ứng Khơng khí cấp vào bể vừa để cung cấp ôxy cho vi sinh vật sử dụng vừa động lực cho đệm chuyển động bể (các đệm plastic nhẹ, có khối lượng riêng xấp xỉ khối lượng riêng nước) Nước xử lý từ bể phản ứng chảy qua lưới lọc trước vào bể lắng bậc II, mục đích lưới lọc giữ lại đệm plastic bể phản ứng Cơng nghệ MBBR có khả xử lý hiệu cao nước thải có mức độ ô nhiễm hữu nitơ cao * Hoạt động: Trong trình xử lý nước thải, quần xã vi sinh vật phát triển bề mặt đệm plastic Hầu hết vi sinh vật lớp màng vi sinh vật dị dưỡng (chúng sử sụng cacbon hữu để tạo sinh khối) với ưu vi khuẩn tùy tiện Các vi khuẩn tùy tiện sử dụng ơxy hịa tan nước, lượng ơxy hịa tan khơng đủ chúng sử dụng nitrate, nitrite GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học α =1 α Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt : Hệ số có tính đến ảnh hưởng nhiệt độ nước độ nhớt, lấy , nhiệt độ 20 oC(TCXDVN 51:2006); ω - : Thành phần thẳng đứng tốc độ nước thải bể, (mm/s) lấy = (TCXDVN 51:2006); ω - t(s) thời gian lắng nước thải bình thí nghiệm với chiều sâu lớp nước h = 550 mm, chọn t = 826 (s) (theo TCXDVN 51:2006); - n: Hệ số kết tụ, phụ thuộc vào tính chất lơ lửng loại hạt chủ yếu, n = 0,25 (TCXDVN 51:2006); - H : Chiều sâu tính tốn vùng lắng, H = (m); n K ∗H ÷ h - Trị số , tính tốn bể lắng đợt I nước thải sinh hoạt lấy 1,21, (Bảng 7-13, TCXDVN 51:2006) Từ (3.11), Uo = 1000 ∗ 0,35 ∗ − = 1, 2( mm / s ) ∗ 826 ∗1, 210,25 Hiệu lắng cặn lơ lửng khử BOD5 bể lắng: η SS (η BOD5 ) = Trong đó: t (%) a + b ∗t (3.12) - t: Thời gian lưu, t = 1,5 (h) - a, b: Hệ số thực nghiệm:- Khử BOD5: a = 0,018; - Khử SS: - η BOD5 ,η SS a = 0,0075; b = 0,014 : Hiệu lắng cặn lơ lửng SS khử BOD5 Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 33 b = 0,02 Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt η SS = Từ (3.12), ta có: 1,5 = 52, 63% 0, 0075 + 0, 014 ∗ η BOD5 = 1,5 = 31, 25% 0, 018 + 0, 02 ∗1,5 Vậy: Lượng SS BOD5 lại nước thải sau qua bể lắng đợt I: - SS = 200 - 200*52,63% = 94,7 mg/l - BOD5 = 300 - 300*31,25% = 206,3 mg/l Lượng bùn thu bể lắng tính theo công thức: Wb = Q ∗ SSo ∗η SS (kg/ngày) Trong đó: - SSo: Hàm lượng SS nước thải vào bể lắng đợt I; Wb = η SS (3.13) : Hiệu xử lý SS 2400 ∗ 200 ∗ 52, 63% ∗10 −3 = 126,3 (kg/ngày) III.7 Bể MBBR: Các thông số đầu vào: - Q = 2400 m3/ngày TT Thông số Ký hiệu Tổng chất rắn TS Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS Nhu cầu ơxy hóa học COD Nhu cầu ôxy sinh hóa BOD5 Tổng Ni tơ TKN Tổng Photpho TP Dầu mỡ động, thực vật pH (25oC) Coliform Nước thải khỏi bể đạt QCVN 14:2008/BTNMT TT Thông số Tổng chất rắn Ký hiệu TS Đơn vị mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100ml Đơn vị mg/l GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Giá trị 594,7 94,7 206,3 40 100 6,8 107 Giá trị 500 Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS mg/l 50 Nhu cầu ơxy hóa học COD mg/l Nhu cầu ơxy sinh hóa BOD5 mg/l 30 Tổng Nitơ TKN mg/l 35 Tổng Photpho TP mg/l Dầu mỡ động, thực vật mg/l 10 o pH (25 C) 5-9 Coliform MPN/100ml 3000 Để đảm bảo kết xử lý đạt tiêu chuẩn, ta tính thơng số đầu với BOD = 20 mg/l Hiệu xử lý: E = BOD5v − BOD5 r 206,3 − 20 = = 90% BOD5v 206,3 (3.14) III.7.1 Thể tích làm việc bể: V= LTN rmn ∗ M p (m3) Thể tích bể cần thiết: (3.15) Trong đó: - LTN: Tổng thể tích tổng nitơ cần nitrat hóa LTN = α ∗ TKN ∗ Q Chọn α = 0,8 Q: Lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý sinh học (m3/h) TKN: tổng Nitơ nước thải vào hệ thống xử lý sinh học(g/m3) - rmn: Tốc độ nitrat không đổi lớp tiếp xúc (chọn rmn = 62,5 mg/lít lớp tiếp xúc.giờ) - Mp: Thể tích lớp vật liệu tiếp xúc bể hiếu khí (chọn Mp = 0,16 hay 16%) Do đó: Thể tích bể xử lý sinh học cần thiết là: Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 35 Đồ án môn học V= Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt 0,8 ∗ 40 ∗100 = 62,5 ∗ 0,16 320 (m3) Chọn chiều cao công tác bể: H = m V 320 = = 80(m ) H Diện tích mặt thống bể: F = Thiết kế xây dựng bể với: - Chiều dài bể: L = 10 (m); - Chiều rộng bể: B = (m); - Chiều cao xây dựng : Hxd = 4,5(m) θ= V 320 = = 0,13( ngày) = 3,12( h) Q 2400 Thời gian lưu nước thải: III.7.2 Lượng bùn sinh khử BOD5: - Tốc độ tăng trưởng bùn: Trong đó: BOD5 tiêu thụ); Yb= Y + K d ∗θ c (3.16) - Y: Hệ số sinh trưởng cực đại, Y = 0,6 (mg bùn hoạt tính/mg - Kd: Hế số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1; - θc : Thời gian lưu bùn, Do đó: Yb= θc = 20 ngày 0, = 0,3 + 0, 06 ∗ 20 Lượng bùn sinh khử BOD5: Px = Yb ∗ Q ( S0 − S ) ∗10−3 (kg/ngày) (3.17) Px = 0,3*2400(206,3 - 20)*10-3 = 134,14 (kg/ngày) GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Theo tiêu chuẩn ngành, lượng bùn sinh hàng ngày (theo bùn khơ) tính theo cơng thức: Gbùn = 0,8[SS] + 0,3[BOD5] (3.18) [SS]: Lượng cặn lơ lửng nước thải vào bể (kg/ngày) [SS] = 2400*94,7*10-3 =227,28 (kg/ngày) [BOD5]: Lượng BOD5 có nước thải vào bể (kg/ngày) [BOD5] = 2400 * 206,3*10-3 =495,12 (kg/ngày) Nên: Gbùn = 0,8*227,28 + 0,3*495,12 = 330,36 (kg/ngày) III.7.3 Các thông số đệm plastic: Vật liệu Khối lượng riêng Hình dạng Đường kính Chiều cao Diện tích bề mặt Polyethylen 0,95 g/cm3 Hình trụ có nhiều khe d = 10 - 15 mm h = 10 - 15 mm 300 m2/m3 III.7.4 Kiểm tra tiêu làm việc bể: - Tỷ số F/M: F/M = Trong đó: S0 θ*X S0: Hàm lượng BOD5 vào bể, (mg/l) :Thời gian lưu nước thải bể, (ngày) X: Nồng độ bùn hoạt tính, (mg/l) Do F/M = 206,3 0,14 ∗ 5000 = 0,29 (mgBOD5/mg bùn.ngày) ϕ= - Tốc độ sử dụng chất 1g bùn hoạt tính ngày: Với S0, S: Hàm lượng BOD5 vào (mg/l) →ϕ = 206,3 − 20 0,14 ∗ 5000 =0,266 (g BOD5/g bùn.ngày) Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 37 S0 − S θ∗X Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt L= S0 ∗ Q 206,3 ∗ 2400 = ∗10−3 = V 335,3 1,48 (kgBOD5/m3.ngày) - Tải trọng thể tích: III.7.5 Xác định lượng ơxy cần thiết cho q trình xử lý: Lượng ôxy cần thiết cho trình xử lý nước thải sinh học gồm lượng ôxy cần để làm BOD5, ơxy hóa amoni NH4+ thành NO3-, khử NO3-: OC0 = * Lượng ôxy cần thiết: Q (S0 − S ) 4,57Q ( N − N ) − 1, 42 PX + (kgO2 / ngày) 1000 ∗ f 1000 Trong đó: - OC0: Lượng ơxy cần thiết điều kiện tiêu chuẩn phản ứng 20oC; - Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày); - S0: Nồng độ BOD5 đầu vào (g/m3); - S: Nồng độ BOD5 đầu (g/m3); - f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20; f = 0,68 - PX: Lượng bùn sinh khư BOD5; - 1,42: Hệ số chuyển đổi rừ tế bào sang COD; - N0: Tổng hàm lượng Nitơ đầu vào (g/m3); - N: Tổng hàm lượng Nitơ đầu (g/m3); - 4,57: Hệ số sử dụng ơxy ơxy hóa NH4+ thành NO3Suy ra: OC0 = 2400 ( 206,3 − 20 ) 1000 ∗ 0, 68 − 1, 42 ∗134,14 + 4, 57 ∗ 2400(40 − 35) = 521,9( kgO2 / ngày) 1000 * Lượng ôxy cần thiết điều kiện thực tế: CS 20 1 OCt = OC0 ∗ ( kgO2 / ngày) ÷∗ ( T − 20 ) α β ∗ Csh − Cd 1, 024 GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Trong đó: β : Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, β =1; Csh: Nồng độ ơxy bão hịa nước ứng với nhiệt độ (T oC, lấy ToC = 25oC) độ cao so với mực nước biển nhà máy xử lý, lấy gần Csh = mg/l Cs20: Nồng độ ơxy bão hịa nước 20oC, Cs20 = 9,2 mg/l; Cd: Nồng độ ơxy cần trì cơng trình (mg/l), chọn Cd = mg/l; α : Hệ số điều chỉnh lượng ôxy ngấm vào nước thải ảnh hưởng hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thống, hình dáng kích thước bể, chọn α = 0,8 1 9, OCt = 521,9 ∗ = ÷∗ ( 25− 20 ) 0,8 1∗ − 1, 024 Qk = * Lượng khơng khí cần thiết: OCt ∗f OU 1066,1 (kg O2/ngày) (m3/ngày) Oct: Lượng ơxy cần thiết thực tế; OU: Cơng suất hịa tan ôxy vào nước thải thiết bị phân phối khí tính theo gam ơxy cho 1m3 khơng khí độ sâu ngập nước h; OU = Ou*h Ou: Công suất hịa tan ơxy vào nước thải thiết bị phân phối khí tính theo gam ơxy cho 1m3 khơng khí độ sâu ngập nước h = 1m , chọn thiết bị phân phối có kích thước bọt khí trung bình, Ou = 5,5 g O2/m3.m Độ sâu ngập nước bể, h = (m); f: Hệ số an toàn, chọn f = 1,5 → Qk = 1066,1 ∗1,5 = 5,5 ∗10 −3 ∗ 72,7.103 (m3/ngày) = 0,84 (m3/s) III.7.6 Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật: Nhu cầu Ni tơ: iN = 0,04 – 0,05 g N/g BOD5 Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 39 Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Nhu cầu phốt pho: iP = 0,01 – 0,02 g P/g BOD5 Như vậy, hàm lượng Nitơ phốt nước thải dòng là: TKNra = TKNvào – iN*BOD5,vào = 40 – 0,045*206,3 = 30,7 g N/m3 TPra = TPvào – iP*BOD5,vào = – 0,015*206,3 = 4,9 g P/m3 III.7.7 Bố trí thiết bị phân phối khí: Hệ thống phân phối khí tính tốn với thiết bị tạo bọt khí có kích thước trung bình Hệ thống gồm máy thổi khí mạng ống phân phối khí sử dụng đĩa phun khí * Tính tốn máy thổi khí: - Áp lực cần thiết máy thổi khí: Hm = h1 + hd + H Trong đó: h1: Tổn thất hệ thống vận chuyển, h1 = 0,4(m); hd: Tổn thất qua đĩa phun, hd = 0,5 (m); H: Độ sâu ngập nước miệng vòi phun, H = 3,8 (m) Hm = 0,4 + 0,5 + 3,8 = 4,7 (m) - Áp lực máy thổi khí tính theo atmotphe: Pm = H m ∗ 0, 097 = 0,46 (atm) - Lưu lượng khí yêu cầu:Qk = 0,84 (m3/s) - Cơng suất máy thổi khí: W = 0,283 G ∗ R ∗ T1 p2 ÷ − 1 29, ∗ n ∗ e p Trong đó: - W: Cơng suất cần thiết máy nén khí, kW; - G: Trọng lượng dịng khơng khí, G = Qk ∗ ρ khí = 0,84 ∗1, = 1, 008(kg / s) - R: Hằng số khí, R = 8,314 kJ/Kmol.oK; - T1: Nhiệt độ tuyết đối không khí, T1 = 273 + 25 = 298 oK; - p1: Áp suất tuyệt đối khơng khí đầu vào, p1 = 1atm; - p2: Áp suất tuyệt đối khơng khí đầu ra; GVHD: PGS.TS Đặng Xn Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt p2 = Pm + = 0,46 + = 1,46 (atm); n= - K −1 = 0, 283 K ( K = 1,395 khơng khí) - 29,7: Hệ số chuyển đổi - e: Hiệu suất máy, chọn e = 0,7 Suy ra: 0,238 1, 008 ∗ 8,314 ∗ 298 1, 46 W= ÷ − 1 29, ∗ 0, 283 ∗ 0, = 40 (kW) * Ống dẫn khí: Chọn vận tốc khí ống chính: v1 = 25 (m/s) Với chiều rộng bể B = (m), ta đặt ống với chiều dài L = (m) F1 = Tiết diện ống là: Qk 0,84 = = 3* v1 ∗ 25 D1 = Đường kính ống chính: 0,0112 (m2) F1 ∗ 0, 0112 = = π π 0,12 (m) = 120(mm) Các ống phân phối khí dài 1,8 m, khoảng cách giữu ống phân phối l = 1m n1 = Số ống phân phối là: 3* L 3*9 = ≈ 27 1 (ống) Chọn vận tốc khí ống phân phối là: v = 20 (m/s), Tiết diện F2 = ống phân phối là: Qk 0,84 = = n 1∗v2 27 ∗ 20 D2 = Đường kính ống phân phối là: 1,6.10-3 (m2) F2 ∗1, ∗10−3 = = π π Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 41 0,045(m) = 45(mm) Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Trên ống phân phối khí ta bố trí đĩa thổi khí, số đĩa thổi khí tính N= theo cơng thức: Trong đó: Qk Id (đĩa) Qk = 0,84 (m3/s) = 50400 lit/phút Id : Cường độ thổi khí, N= Vậy: Số đĩa khí là: Id 50400 = 200 = 200 lít/phút.đĩa = 12(m3/h) 252 (đĩa) n2 = Số đĩa khí ống phân phối: l2 = Khoảng cách đĩa: 252 ≈ 10 27 1,8 = n2 10 − (đĩa) = 0,2 (m) = 200 (mm) III.8 Bể lắng đợt 2: W = Q ∗t Thể tích bể lắng đợt 2: Trong đó: (m3) Q: Lưu lượng nước thải vào, (m3/h) t: Thời gian lắng, chọn t = 1,5 (h) W= Suy ra: 2400 ∗1,5 = 150( m3 ) 24 Chọn bể lắng đợt làm việc song song, thể tích bể 75 (m 3) Chọn đường kính bể lắng đợt là: D = 6(m), diện tích bể F1 = tính theo cơng thức: π ∗ D π ∗ 36 = = 28,3( m ) 4 H1 = Chiều sâu vùng lắng bể lắng đợt là: W1 75 = = 2, 7(m) F1 28,3 GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Chiều cao xây dựng là: Hxd = H1 + Hb + Hth + Hbv Trong đó: - Hb: Chiều cao lớp bùn bể lắng, Hb = 0,4(m); - Hth: Chiều cao lớp trung hòa, Hth = 0,2(m); - Hbv: Chiều cao bảo vệ, Hbv = 0,3 (m) Vậy chiều cao xây dựng bể là: Hxd = 2,7 + 0,4 + 0,2 + 0,3 = 3,6 (m) Đường kính ống phân phối trung tâm: d = 0,25D = 1,5 (m) Thể tích ngăn chứa bùn bể lắng đợt tính theo cơng thức: Wb = (Cb − C ) ∗ Q ∗100 ∗ t (100 − P) ∗1000 ∗1000 ∗ n Trong đó: - Cb: Hàm lượng bùn hoạt tính nước khỏi bể xử lý sinh học (g/m ), Với BOD5 sau xử lý 20(g/m3) Cb tương ứng 200(g/m3); - C: Hàm lượng chất lơ lửng theo nước khỏi bể lắng; - t: Thời gian tích lũy bùn hoạt tính bể, t = 1,5h; - P: Độ ẩm bùn hoạt tính, P = 99,4%; - n: Số bể lắng công tác, n = bể - Q: Lưu lượng nước thải (m3/h), Q = 100 (m3/h) Wb = Do đó: (200 − 20) ∗100 ∗100 ∗1,5 = 2, 25(m3 ) (100 − 99, 4) ∗1000 ∗1000 ∗ III.9 Bể tiếp xúc khử trùng: Thể tích hữu ích bể tiếp xúc xác định theo công thức: W = Q*t Với: - Q: Lưu lượng nước vào bể, Q = 100 m3/h - Thời gian tiếp xúc bể, t = 30 (phút) W = 100 ∗ 30 = 50 60 Do đó: (m3) Chọn chiều cao cơng tác bể tiếp xúc H = (m) Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 43 Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt F= W 50 = = 25 H Diện tích mặt thống bể tiếp xúc: Chọn: - Chiều dài bể tiếp xúc: L = (m); - Chiều rộng bể tiếp xúc: B = 4,2 (m); - Chiều cao bảo vệ, Hbv = 0,5(m) (m2) C = g m3 Liều lượng clo dùng Lượng clo tiêu thụ ngày : M = Q × C = 2400 × = 14400 ( g / ngày ) III.10 Bể nén bùn: * Lượng bùn khô từ bể lắng I tới bể nén bùn: V1 = -Thể tích cặn tươi: Trong đó: G1 ϕ∗p G1 = 126,3 kg/ngày (m3/ngày) ϕ : tỷ trọng hỗn hợp cặn lắng Chọn ϕ= 1,02 T/m3 p: nồng độ % cặn khô p=5%=0,05 Nên: 126,3 ∗10−3 V1 = = 2,5 1, 02 ∗ 0, 05 (m3/ngày) * Lượng bùn khô từ bể lắng đợt tới bể nén bùn: G2 = Gbùn – Q SSra (kg/ngày) Trong đó: Q: lưu lượng nước thải (m3/ngày) Gbùn= 330,36 kg/ngày SSra: hàm lượng SS nước thải sau bể lắng (kg/ngày) Theo tiêu chuẩn quy định cho phép xả nguồn tiếp nhận: SSra=50 mg/l=50*10-3 (kg/m3) Do đó: G2 = 330,36 – 2400*50*10-3 = 210,36 kg/ngày GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt V2 = - Thể tích cặn tươi: Trong đó: ϕ G2 ϕ∗ p (m3/ngày) : tỷ trọng hỗn hợp cặn lắng, ϕ=1,005 T/m3 p: Nồng độ % cặn khô hỗn hợp, p=1,3%=0,013 V2 = 210,36 ∗10−3 = 16,1 1, 005 ∗ 0, 013 (m3) - Tổng lượng cặn tới bể nén bùn: PK = 126,3 + 330,36 = 456,66 kg/ngày - Tổng lưu lượng thể tích tới bể ngày: Qb = 2,5 + 16,1 = 18,6 m3/ngày - Tỷ trọng thể tích hỗn hợp nước bùn: ρ= V1 ρ + V2 ρ ( kg / m ) V1 + V2 Trong đó: ρ1, ρ2: tỷ trọng thể tích hỗn hợp nước, bùn từ bể lắng đợt I, bể lắng đợt II tới bể nén bùn, kg/m3, ρ1=1020 kg/m3 ; ρ2=1005 kg/m3 ρ= 2,5 ∗1020 + 16,1 ∗1005 = 1007 2,5 + 16,1 (kg/m3) - Nồng độ cặn hỗn hợp nước, bùn: C1 = PK 456, 66 ∗100 = ∗100 = 2, 44% Qb ρ 18, ∗1007 V= - Thể tích bể nén bùn: Qb ∗ t 24 (m3) Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 45 Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Với t thời gian nén bùn, chọn t= 24(h) V= Nên: 18, ∗ 24 ≈ 18, 24 (m3) - Chọn chiều cao công tác bể H = 2m Fb = - Diện tích mặt thống bể: f tr = - Tiết diện ống trung tâm: V 18, = = 9, H Qb 3600 ∗ Vtb (m2) (m2) Trong đó: Vtb: tốc độ dịng chảy nước bùn ống trung tâm, Chọn Vtb = 0,1m/s f tr = Suy ra: 18, = 0, 05 3600 ∗ 0,1 (m2) - Tổng diện tích bể: F = Fb + ftr = 9,3 + 0,05 = 9,35 (m2) D= 4∗ F ∗ 9,35 = π 3,14 - Đường kính bể: = 3,5 (m) ∗ f tr ∗ 0, 05 = = 0, 25 π 3,14 - Đường kính ống trung tâm: Dtr = (m) - Chiều cao xây dựng: H = h + hb + hth + hu + ht h: chiều cao phần lắng (m) hth: chiều cao phần trung hoà,chọn hth=0,4m hu:khoảng cách ống trung tâm với chắn hướng dòng,chọn hu=0,35m ht: chiều cao thành bể mực nước bùn, m Lấy ht=0,3m hb: chiều cao phần bùn, hb=0,3m GVHD: PGS.TS Đặng Xuân Hiển – Viện KH&CN Môi Trường, ĐHBK Hà Nội Trang Đồ án mơn học Do đó: Ứng dụng cơng nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt H=2 + 0,3 + 0,4 + 0,35 + 0,3 = 3,35 (m) KẾT LUẬN Trong năm gần tương lai, kinh tế nước ta phát triển với tốc độ cao Nhiều nhà máy khu công nghiệp tập trung, khu thị mới, cơng trình mới… vã xây dựng, mức thị hóa tăng nhanh Từ yếu tố kéo theo gia tăng nhu cầu sử dụng nước theo lượng nước thải sinh ngày tăng Việc xây dựng trạm xử lý nước thải từ khu dân cư, khu công nghiệp đạt tiêu chuẩn không gây ảnh hưởng đến môi trường trước xả nguồn thải vấn đề cần thiết giai đoạn Điều góp phần giúp có mơi trường sạch, nhằm nâng cao chất lượng sống người Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 47 ... học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang 13 Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Thuyết minh sơ đồ công nghệ: ... môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ I.1 Giới thiệu chung: Con người hoạt động kinh tế xã hội sử dụng lượng nước lớn Nước cấp... sinh hoạt ngày I.2.6 Các hợp chất vơ khác nước thải: Có nhiều hợp chất vô nước thải Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lớp CNMT k50.QNTrang Đồ án môn học Ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải sinh hoạt