báo cáo đồ án – xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR

Nguồn gốc và đặc trưng của nước thải sinh họat Nguồn gốc của nước thải: nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người như: ăn uống, tắm rửa, vệ si

cần thiết Để hoàn thành chương trình đào tạo kỹ sư kỹ thuật môi trường em lựa

chọn đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy may TNG – Phú Bình Thái Nguyên bằng công nghệ MBBR” Nhằm góp sức cho việc bảo vệ môi trường

nói chung và xử lý nước thải sinh hoạt của nhà máy may TNG – Phú Bình nói riêng Sau 2 tháng nỗ lực thực hiện em đã hoàn thành đề tài này Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án này, em đã nhận được sự quan tâm ủng hộ và hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo, ban quản lý dự án công ty TNG đã tạo mọi điều kiên để em có thể hoàn thành đồ án Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Trung tâm thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện để em có thể thí nghiệm, nghiên cứu trong quá trình em thực hiện đồ án

Ban quản lý dự án công ty TNG đã giúp đỡ em nhiệt tình trong quá trình thu thập số liệu và tham quan thực tế nhà máy để phục vụ cho việc thực hiện đồ án này.Các thầy cô giáo bộ môn Kỹ thuật môi trường, Khoa Xây dựng và Môi trường, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập giúp em có được một nền tảng kiến thức nhất định

để hoàn thành đồ án Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Th.S Phạm Hương Quỳnh, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong quá trình thực hiện

đồ án này

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình và các bạn bè đã luôn động viên và tạo những điều kiện tốt nhất để em học tập và hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên ngày… Tháng….năm…

Sinh viên thực hiện

Thái Nguyên, ngày tháng năm……

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 3

CHƯƠNG 2 11

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 11

CHƯƠNG 3 21

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 21

CHƯƠNG 4 35

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 35

CHO NHÀ MÁY MAY TNG – PHÚ BÌNH 35

36

38

41

62

Máy bơm chìm nước thải 50AFU4.8, công suất hút 0,35 m3/phút, Điện áp 3 pha, công suất 0,75 kw, chiều cao cột áp 8mH2O 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

PHỤ LỤC 82

83

83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

Chương 1

Chương 3

Chương 4

MBR (Membrane bioreactor): Bể lọc sinh học bằng màng

AO ( Anaerobic & Oxic): Yếm khí và hiếu khí

AAO (Anaerobic, Anoxic, & Oxic): Yếm khí, thiếu khí và Oxic)

TCXDVN 33:2006: Cấp nước – Mạng lưới đường ống và tiêu chuẩn thiết kế

COD ( Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa họcBOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa sinhTKN (Tatol Kjeldahl Nitrogen): Tổng ni tơ Kjeldahl

VSV: Vi sinh vật

Trong thời gian gần đây, vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung, đặc biệt là nước thải đang là một vấn đề thu hút được sự quan tâm của nhà nước, các tổ chức quốc tế và nhiều cộng đồng dân cư Hiện nay, cùng với công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa thì tốc độ đô thị hóa cũng đang diễn ra nhanh chóng Đô thị hóa, công nghiệp hóa sẽ đưa đến sự tăng trưởng các ngành kinh tế, phát triển xã hội và nâng cao mức sống của nhân dân, đó là mặt tích cực Nhưng ngược lại quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa sẽ gây ra các áp lực mạnh mẽ đối với môi trường và tài nguyên thiên nhiên, làm mất cân bằng sinh thái, làm giảm chất lượng môi trường, suy giảm tài nguyên thiên nhiên Một trong tác nhân gây ô nhiễm đó là nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư, các nhà máy, xí nghiệp.

Công ty Cổ phần Đầu tư và Thương mại TNG là Doanh nghiệp kinh doanh đa ngành bao gồm: sản xuất hàng may mặc xuất khẩu, đầu tư kinh doanh hạ tầng khu công nghiệp, kinh doanh bất động sản, thương mại, kinh doanh vận tải và đào tạo Công ty được thành lập ngày 22/11/1979 là doanh nghiệp quốc doanh Đến ngày 01/01/2003 được chuyển sang hình thức công ty cổ phần với 100% vốn của các cổ đông với tên Công ty Cổ phần May Xuất khẩu Thái Nguyên đến ngày 05/09/2007 công ty đổi tên thành Công ty Cổ phần Đầu tư và Thương mại TNG Nhà máy TNG Phú Bình được đặt tại khu công nghiệp Kha Sơn xã Kha Sơn - huyện Phú Bình – Tỉnh Thái Nguyên là chi nhánh thứ 5 của công ty cổ phần đầu tư và thương mại TNG Được khởi công xây dựng vào năm 2010 và đi vào hoạt động trong quý 3 năm 2011 Nhà xưởng được xây dựng khang trang và có nhiều máy móc hiện đại.Hiện nay không ít doanh nghiệp chỉ quan tâm đến sản xuất và lợi nhuận kinh

tế mà thiếu trách nhiệm trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng Khác với những doanh nghiệp này Ban giám đốc công ty TNG đã nhận thức rõ vấn đề kinh tế - xã hội – môi trường là mục tiêu phát triển doanh nghiệp Để hướng tới thực hiện ISO 14000, nhà máy may Phú Bình đã được đầu tư xây dựng hệ thống xử

lý nước thải sinh hoạt Vì vậy em xin thực hiện đồ án “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy may TNG – Phú Bình Thái Nguyên bằng công nghệ MBBR”.

Mục tiêu đề tài:

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy may TNG – Phú Bình Thái Nguyên bằng công nghệ MBBR

Nội dung của đồ án gồm 4 chương

Chương 1: Tổng quan về nước thải sinh hoạt

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Nghiên cứu và thảo luận

Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.1.1 Nguồn gốc và đặc trưng của nước thải sinh họat

Nguồn gốc của nước thải: nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho

các mục đích sinh hoạt của con người như: ăn uống, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ, bệnh viện, trường học, nhà hàng vv

Thành phần nước thải sinh hoạt bao gồm 2 loại:

+ Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.+ Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi kể cả làm vệ sinh sàn nhà

Đặc trưng nước thải: Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học chiếm từ 55 đến 65% tổng lượng chất bẩn, chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có cả các vi sinh vật gây bệnh Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hoá chất bẩn trong nước [6]

Hợp chất nitơ trong nước thải là các hợp chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5 - 16g nitơ dưới dạng protein và thải ra khoảng 30% trong số

đó Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu lớn hơn trong phân khoảng 8 lần Các hợp chất chứa nitơ , đặc biệt là protein, và urin trong nước tiểu bị thuỷ phân rất nhanh tạo thành amoni/amoniac Trong các bể phốt xảy ra quá trình phân huỷ yếm khí các chất thải, quá trình phân huỷ này làm giảm đáng kể lượng chất hữu cơ dạng carbon nhưng tác dụng giảm hợp chất nitơ không đáng kể, trừ một phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật Hàm lượng hợp chất nitơ trong nước thải từ các bể phốt cao hơn so với các nguồn thải chưa qua phân huỷ yếm khí [1]

Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp do lượng oxy hoà tan và mật độ vi sinh tự dưỡng (tập đoàn vi sinh có khả năng oxy hoá amoni) thấp Thành phần amoni chiếm 60 - 80% hàm lượng nitơ tổng trong nước thải sinh hoạt [1]

Nguồn phát thải photpho quan trọng nhất trong nước thải sinh hoạt là phân, thức ăn thừa, chất tẩy rửa tổng hợp Lượng photpho có nguồn gốc từ phân được ước tính là 0,2 - 1,0 kg P/người/năm hoặc trung bình là 0,6 kg Lượng photpho từ nguồn chất tẩy rửa tổng hợp được ước tính là 0,3 kg/người/năm Sau khi hạn chế hoặc cấm

sử dụng photpho trong thành phần chất tẩy rửa, lượng photpho trên giảm xuống, còn khoảng 0,1 kg/người/năm Thức ăn thừa: sữa, thịt, cá hoặc dụng cụ nấu ăn, đựng các loại trên khi vào nước cũng thải ra một lượng photpho đáng kể [1].

Nước thải sinh hoạt giàu chất dinh dưỡng, do đó nó là nguồn để các vi khuẩn phát triển, trong đó có cả các vi khuẩn vô hại và các vi khuẩn gây bệnh phát triển Trong nước thải sinh hoạt, tổng số coliform từ 106 đến 109 MPN/100ml, fecal

trong nước thải sinh hoạt

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt

vị

BTNMT (mức B)

1.1.2 Tác hại đến môi trường

Tác hại đến môi trường của nước thải sinh hoạt là do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra

COD, BOD: Sự khoáng hóa, ổn định chất hữa cơ tiêu thụ một lượng lớn oxy trong nước, gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm quá mức điều kiện yếm khí có thể hình thành

cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường

SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận gây ra quá trình phân hủy yếm khí sinh ra mùi hôi thối

Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật nước

Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng N và P cao, trong đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm

Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong phân, đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân Vi sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, qua tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây trồng, vật nuôi, côn trùng…), thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hô hấp,…,và sau đó có thể gây bệnh Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán

Màu: gây mất mỹ quan

Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt

1.1.3 Một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay

*) Công nghệ Aerotank truyền thống

Công nghệ aerotank truyền thống là công nghệ bùn hoạt tính lơ lửng, được sử dụng nhiều nhất và lâu đời nhất bởi tính hiệu quả của nó Aerotank truyền thống là quy trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học được vi sinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của nước thải giảm xuống Không khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ

có trong nước thải

Ưu điểm: Phương pháp xử lý bằng Aerotank có ưu điểm là hiệu suất xử lý đạt

85 – 95% là COD, BOD [3], vốn đầu tư ban đầu nhỏ Vận hành đơn giản, an toàn Thích hợp với nhiều loại nước thải Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích bể

Nhược điểm: Phương pháp này hạn chế chính là khó vận hành do cần phải khống chế một lượng bùn cần thiết nhất định trong bể, đòi hỏi người vận hành hệ thống xử lý phải có kiến thức và kinh nghiệm nhất định Bể Aerotank cần nhiều năng lượng hơn cho việc làm thoáng khí trong bể

*) Mương oxy hoá

Mương oxy hóa được sử dụng khá rộng rãi để xử lý nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt Trong mương oxy hóa hỗn hợp vi sinh và nước thải chảy theo đường vòng, dòng nước được đẩy và cấp khí do các thiết bị cơ học Vùng hiếu khí trong mương oxy hóa hình thành ở vùng phía trước vị trí đặt thiết bị sục khí (theo chiều dòng chảy), vùng phía sau sục khí là vùng thiếu khí Nước thải được nạp vào vùng thiếu khí thì quá trình khử nitrat sẽ sử dụng được chất hữu cơ từ nguồn thải

Ưu điểm: Với mương oxy hoá ta có thể làm tăng khả năng làm thoáng nhằm loại bỏ tốt chất ô nhiễm Hiệu suất xử lý BOD, COD tùy thuộc vào chiều dài của mương thông thường hiệu suất xử lý đạt được khoảng 70 - 85% [1] Việc vận hành đơn giản

Nhược điểm: Mương oxy hoá có cấu tạo tương đối phức tạp, mặt cắt nước của mương có cấu tạo là hình thang cân, hình chữ nhật, chiều dài mương chiếm dụng lớn, mà diện tích đất cho hệ thống xử lý nước thải khu đô thị không nhiều Hiệu suất xử lý Nitơ, Phopho trong nước thải thấp

Công nghệ này đã được ứng dựng để xử lý nước thải sinh hoạt của Công ty

*) Công nghệ AO

Quá trình AO là sơ đồ phối hợp xử lý yếm khí (anaerobic) và hiếu khí (oxic) Bùn từ bể lắng thứ cấp được bơm trở lại trộn với dòng thải tại đầu vào Trong quá trình xử lý yếm khí, photphat được tách ra khỏi vi sinh vật từ dòng bùn hồi lưu dưới dạng photphat đơn Một phần chất hữu cơ cũng được xử lý tại đây bởi các quá trình lên men yếm khí, khử nitrat và do vi sinh bio – P hấp thu Trong quá trình xử lý hiếu khí, photphat đơn được vi sinh sử dụng để tổng hợp tế bào và được tích lũy bởi loại vi sinh bio – P Quá trình A/O là quá trình tách loại photpho trực tiếp, không ghép thêm công đoạn tách phụ vào hệ xử lý nước thải thông dụng [1]

Ưu điểm: xử lý phốt pho tốt

Nhược điểm: Trong trường hợp nước thải chứa hợp chất nitơ, hệ trên cũng có tác dụng xử lý, tuy nhiên cần phải tính toán đủ thời gian lưu cho giai đoạn hiếu khí

để oxy hóa amoni

*) Công Nghệ AAO [1]

AAO là một biến hình công nghệ của AO bao gồm các công đoạn xử lý yếm khí (Anaerobic), thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Oxic), trong đó giai đoạn xử lý thiếu khí dành cho quá trình khử nitrat với thời gian lưu thủy lực khoảng một giờ Khoang xử lý thiếu khí được bổ xung nitrat, nitrit từ bể hiếu khí (quay vòng), bùn từ

bể lắng thứ cấp được hồi lưu về bể yếm khí

Ưu điểm của công nghệ AAO là nước thải qua hệ thống đạt hiệu quả xử lý cao, nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A Có thể xử lý đồng thời cả nitơ và phốt pho Tốn ít diện tích hơn so với công nghệ truyền thống

Nhược điểm của công nghệ AAO đó là thiết kế xây dựng, vận hành khó khăn.Công nghệ này đã được ứng dụng tại nhiều bệnh viện trên thế giới nhưng tại Việt Nam mới chỉ được ứng dụng tại một số khu công nghiệp và đô thị chứ chưa được thử nghiệm tại bệnh viện Chợ Rẫy là bệnh viện đầu tiên thí điểm hệ thống xử

lý nước thải theo công nghệ AAO

*) Lọc sinh học cao tải

Ưu điểm: Chiếm diện tích xây dựng nhỏ Bể thường dùng để xử lý nước thải

nước sau bể lọc để xử lý lại [4]

Nhược điểm: Để đảm bảo tải trọng thủy lực vật liệu lọc thường làm bằng than

đá, đá cuội sỏi, và đá ong lớn kích thước trung bình 40 đến 80 mm Chiều cao lớp

vật liệu lọc từ 2 đến 4m có thể tăng lên từ 6 đến 6m Hạn chế phải thay lớp vật liệu lọc và trong quá trình lọc hay bị tắc hay giảm dần tải trọng thủy lực [4].

Ưu điểm của MBBR so với những phuơng pháp xử lý sinh học truyền thống:

Sự khuếch tán của chất khí và các chất hòa tan đến vi sinh vật tốt hơn rất nhiều, tốc

độ sử dụng cơ chất tăng Khả năng tạo sinh khối rất lớn Giảm thể tích bể phản ứng sinh học vì bề mặt riêng của các đệm plastic rất lớn Quá trình khử Nitơ và phốt pho rất tốt MBBR có thể sử dụng cho tất cả các loại bể sinh học (aerobic, anoxic, hoặc anaerobic) Hiệu quả xử lý cao, vận hành đơn giản và chi phí thấp Vì vậy công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới do có nhiều ưu điểm so với công nghệ truyền thống

Nhược điểm: Giá thành thiết bị ban đầu lớn, Công nghệ mới, chưa phổ biến rộng rãi

Công nghệ này đã được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt nhà hàng Legend Beer – số 4 Vũ Ngọc Phan, Hà Nội

*) Công nghệ Johkasou

Johkasou là thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt của Nhật Bản, Johkasou được sử dụng rộng rãi tại Nhật Bản Nguyên lý của công nghệ Johkasou là: Xử lý nước thải theo phương pháp sinh học, dùng các vi sinh vật kị khí và hiếu khí phân huỷ cac chất hữu cơ trong nước thải Johkasou là loại thiết bị thân thiện với môi trường, sử dụng màng lọc khuẩn theo hướng không gian nhằm tăng bề mặt tiếp xúc nước thải với các vi sinh vật đặc hiệu

Ưu điểm của công nghệ Johkasou: Hệ thống gọn nhẹ, độ bền cao, sử dụng an toàn - theo tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản Thể tich của hệ thống Johkasou chỉ bằng 70% thể tích của bể tự hoại cho cho cùng số người sử dụng Vị trí lắp đặt: bên ngoài toà nhà hoặc trong gara xe, được chôn ngầm dưới đất, không tốn về diện tích Bùn lắng được thu gom triệt để

Nhược điểm: Công nghệ Johkasou được ứng dụng rất rộng rãi ở Nhật Bản và trên thế giới tuy nhiên công nghệ này có một số nhược điểm khi ứng dụng ở nước ta

đó là:

+ Cơ sở hạ tầng nước ta còn kém, hay xảy ra úng lụt sẽ gây sự rối loạn quá trình hoạt động của Johkasou Khi Johkasou chìm lâu trong úng lụt sẽ mật khả năng hoạt động theo đúng trình tự Khi đó cần phải hút cạn, nạo vét, kích hoạt lại vi sinh.+ Khả năng điều chỉnh vai trò các khoang ngăn chưa cao, khi nào cần yếm khí, khi nào cần hiếu khí và khi nào cần thiếu khí để tỷ lệ các chất trong các khoang ngăn hợp lý, tạo cho quá trình sinh hóa sảy ra hiệu quả và hiệu suất cao nhât Giá thành cao do nước ta chưa sản xuất được

Hiện ở Việt Nam, công nghệ Johkasou đã được ứng dụng trong xử lý nước thải tại nguồn ở nhiều khu đô mới, các bệnh viện và các nhà máy lớn Ví dụ như công trình ứng dụng hệ thống Johkasou là nhà NO6 khu đô thị mới Dịch Vọng do Công ty Cổ phần phát triển đô thị Từ Liêm làm chủ đầu tư Với thể tích 3,6 mét

tầng 1 Và khu đô thị mới Bắc quốc lộ 32 Hà Nội, dự án do LIDECO làm chủ đầu tư

*) Công nghệ MBR

MBR là viết tắt của cụm từ Membrane bioreactor (bể lọc sinh học bằng màng)

có thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng Trong bể duy trì hệ bùn sinh trưởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra tại đây giống như các quá trình sinh học thông thường khác, nước sau xử lý được tách bùn bằng hệ lọc màng với kích thước màng khoảng 0,1 - 0,4 µm Màng ở đây còn đóng vai trò như một giá thể cho vi sinh vật dính bám tạo nên các lớp màng vi sinh vật dày, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng cường khả năng phân huỷ sinh học

Ưu điểm: Tăng hiệu quả sinh học 10 - 30% Thời gian lưu bùn dài, bùn hoạt tính tăng 2 - 3 lần Không có lắng thứ cấp, chất lượng đầu ra không còn vi sinh vật Tiết kiệm được diện tích xây dựng (vì không cần xây bể lắng & bể khử trùng) Tải trọng chất hữu cơ cao

Nhược điểm: Màng phải hoạt động trong một dải pH Chi phí đầu tư ban đầu

lớn Công nghệ mới nên chưa có nhiều người có kinh nghiệm lắp đặt, thiết kế và bảo dưỡng

Công nghệ này đã được ứng dụng để xử lý nước hồ Biển Bạch, thành phố Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình vì đây là địa điểm điển hình cho các sông hồ hiện đang

bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy

1.2 Khái quát về Nhà máy may TNG - Phú Bình

Nhà máy TNG Phú Bình được đặt tại khu công nghiệp Kha Sơn xã Kha Sơn - huyện Phú Bình – Tỉnh Thái Nguyên là chi nhánh thứ 5 của công ty cổ phần đầu tư

và thương mại TNG Được khởi công xây dựng vào năm 2010 và đi vào hoạt động trong quý 3 năm 2011

Tổng diện tích của công ty là 9.2ha, gồm có:

+ 2 nhà xưởng may có diện tích trên 2.5ha, gồm 64 dây chuyền may hang dệt kim

+ 1 nhà điều hành và 1 nhà làm việc cho chuyên gia nước ngoài

+ Các công trình phụ trợ khác gồm: nhà ăn ca, nhà để xe, nhà ở tập thể cho công nhân

Số lượng công nhân viên của nhà máy trong 2 giai đoạn là 4000 người

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Hiện nay có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải sinh hoạt nhưng tổng quát lại ta có thể chia làm 2 phương pháp chính đó là: các phương pháp phụ trợ cho

xử lý sinh học và phương pháp sinh học

2.1 Các phương pháp phụ trợ cho xử lý sinh học

2.1.1 Phương pháp cơ học

Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, thường người ta sử dụng các quá trình thuỷ cơ Việc lựa chọn phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào kích thước hạt, tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết

* Chức năng: tách các tạp chất rắn vô cơ hoặc không tan có kích thước từ

0.2 ÷ 2 mm ra khỏi nước thải Đảm bảo cho các thiết bị cơ khí (bơm, cánh quạt, động cơ) không bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc các đường ống dẫn và ảnh hưởng xấu cùng việc tăng tải lượng vô ích cho các thiết bị xử lý sinh học

Cát: + Các hạt rắn vô cơ (cát, sỏi) dạng phân tán

+ Kích thước và vận tốc lắng không đổi trong suốt quá trình lắng

Vì vậy: tốc độ lắng không phụ thuộc vào nồng độ các hạt

2.1.1.3 Bể lắng

Bể lắng dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lượng riêng của nước thải như: xỉ, than, cát… Chất lơ lửng nặng hơn sẽ từ từ lắng xuống đáy, còn chất lơ lửng nhẹ hơn sẽ nổi lên mặt nước Dùng những thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi (ta gọi là cặn) lên công trình xử lý cặn

- Tuỳ theo yêu cầu xử lý nước thải mà ta có thể dùng bể lắng như một công trình xử lý sơ bộ trước khi đưa tới công trình xử lý phức tạp hơn

- Tuỳ theo công dụng của bể lắng trong dây truyền công nghệ mà người ta phân biệt bể lắng đợt một và bể lắng đợt hai Bể lắng đợt một đặt trước công trình xử lý sinh học, bể lắng đợt hai đặt sau công trình xử lý sinh học

- Căn cứ theo chế độ làm việc phân biệt bể lắng hoạt động gián đoạn và bể lắng hoạt động liên tục

- Căn cứ theo chiều nước chảy trong bể cũng được phân làm 3 loại:

+ Bể lắng ngang: trong đó nước chảy theo chiều ngang từ đầu đến cuối bể.+ Bể lắng đứng: nước chảy từ dưới lên theo phương đứng

+Bể lắng Radian: nước chảy từ tâm ra quanh thành bể hoặc có thể ngược lại

2.1.1.4 Bể điều hòa

Ở khu vực dân cư (nước thải sinh hoạt) và khu vực sản xuất (nước thải công nghiệp) nước thải được thải ra với lưu lượng biến đổi theo giờ, thời vụ sản xuất, mùa (mưa, nắng) Trong khi đó các hệ thống sinh học phải được cung cấp nước thải đều đặn về thể tích cũng như về các chất cần xử lý 24/24 giờ Do đó sự hiện diện của một bể điều lưu là hết sức cần thiết Bể điều lưu có chức năng điều hòa lưu lượng nước thải và các chất cần xử lý để bảo đảm hiệu quả cho các qui trình xử lý sinh học về sau, nó chứa nước thải và các chất cần xử lý ở các giờ cao điểm, phân phối lại trong các giờ không hoặc ít sử dụng để cung cấp ở một lưu lượng nhất định 24/24 giờ cho các hệ thống xử lý sinh học phía sau

2.1.1.5 Tách các tạp chất nổi

Dầu, mỡ trong một số nước thải sản xuất, sẽ tạo thành một lớp màng mỏng phủ lên diện tích mặt nước khá lớn, gây khó khăn cho quá trình hấp thụ oxy không khí vào nước, làm cho quá trình tự làm sạch của nguồn nước bị cản trở, và ảnh hưởng tới qua trình sống của sinh vật Vì vậy, phải xử lý các chất này trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

Những phương pháp hóa lý thường được sử dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt là: keo tụ, tuyển nổi Xử lý hóa lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hóa học, sinh học khác trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh

2.1.2.1 Phương pháp đông tụ và keo tụ

Trong nguồn nước một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 - 10 micromét Các hạt này thường lơ lửng trong nước, vì vậy tương đối khó tách loại chúng Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở lên rất quan trọng

Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Walls giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra cho chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn Tuy nhiên trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trong trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt của các hạt mang điện tích, có thể điện tích âm hoặc điện tích dương do sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dụng dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt tính

Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó

để phá vỡ tĩnh bền vững của các hạt cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn

và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông

2.1.2.2 Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng và cũng được dùng để tách một số tạp chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ và lắng chậm trong một thời gian ngắn

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào trong pha lỏng, các bọt khí đó kết dính với các hạt chất bẩn và kéo chúng nổi lên trên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt Có hai hình thức tuyển nổi: Sục khí ở áp suất khí quyển và bão hòa không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không

2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Các phương pháp hóa học thường được ứng dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt: trung hòa và khử trùng nước thải Các phương pháp này được ứng dụng để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín Tùy theo tính chất nước thải và mục đích cần xử lý mà công đoạn xử lý hóa học được đưa vào vị trí nào Chi phí sử dụng phương pháp này thường cao

2.1.3.1 Phương pháp trung hòa

- Nước thải cần được trung hòa (đưa pH = 6,5 ÷ 8,5) trước khi thải vào nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo

- Tùy thuộc vào thể tích, nồng độ của nước thải, chế độ thải, khả năng sẵn có

và giá thành của tác nhân hóa học để lựa chọn phương pháp trung hòa Trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

+ Trung hòa bằng trộn lẫn chất thải

+ Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học

+ Trung hòa nước thải axit bằng cách lọc qua vật liệu

+ Trung hòa bằng các khí axit

2.1.3.2 Khử trùng nước thải

Dùng các hóa chất hoặc các tác nhân có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán… trong một thời gian nhất định, để đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh Tốc độ khử trùng phụ thuộc vào nồng độ của chất khử trùng, nhiệt

độ nước, hàm lượng cặn và các chất khử trong nước và vào khả năng phân ly của chất khử trùng Các chất thường sử dụng để khử trùng: khí hoặc nước clo, nước javel, vôi clorua, các hipoclorit, cloramin B…

2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Trong nước thải sinh hoạt có chứa hàm lượng chất hữu cơ, nitơ và phốt pho cao Vì vậy phương pháp xử lý sinh học hiếu khí được áp dụng rất nhiều trong xử lý nước thải sinh hoạt

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

Cơ sở của phương pháp này là dựa trện khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước Gồm các phương pháp sau:

*) Xử lý bằng cánh đồng lọc, cánh đồng tưới

Nguyên tắc của phương pháp: Sử dụng vi sinh vật trong đất

Phương pháp: Quá trình là 1 quá trình lọc cơ sinh học (yếm – hiếu khí) Vi

Ưu điểm: Ít tốn năng lượng, vận hành đơn giản, dễ dàng trong việc bảo quản,

chi phí đầu tư thấp

Nhược điểm: Tốn diện tích xây dựng, phụ thuộc vào cấu trúc của đất, phụ thuộc vào khí hậu, phát sinh mùi

*) Hồ sinh học

Hồ sinh học là hồ chứa không lớn lắm, dùng để xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ Trong các công trình sinh học tự nhiên thì hồ sinh học được áp dụng rộng rãi nhiều hơn hết Ngoài việc xử lý nước thải hồ sinh học còn còn có thể đem lại những lợi ích như: Nuôi trồng thủy sản; Nguồn nước để tưới cho cây trồng; Điều hòa dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước thải đô thị Căn cứ vào đặc tính tồn tại và tuần hoàn của các vi sinh và cơ chế xử lý mà người ta phân ra ba loại hồ:

+ Hồ kỵ khí

+ Hồ tùy tiện

+ Hồ hiếu khí

2.2.2 Xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí nhân tạo

Quá trình xử lý nước thải được dựa trên quá trình oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hoà tan Các công trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính (bể Aeroten trộn, kênh oxy hoá tuần hoàn) hoặc màng vi sinh vật (bể lọc sinh học, đĩa sinh học)

Các công nghệ hiếu khí:

Hình 2.1 Các công nghệ xử lý hiếu khí

Sinh trưởng bám dính

Mương oxi hóa khíAerotank

Bùn hoạt tính

Công nghệ xử lý hiếu khí

Đĩasinh họcLọc

sinh học

2.2.3 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy may TNG – Phú Bình

Hàm lượng nitơ và phốt pho cao vì vậy công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cho nhà máy đòi hỏi phải xử lý được triệt để nitơ và phốt pho Vì vậy sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí để xử lý nước thải cho nhà máy may TNG – Phú Bình

2.2.3.1 Nguyên tắc quá trình xử lý hiếu khí

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng sử các vi khuẩn để oxy hóa các chất hữu cơ Các hợp chất hữu cơ cùng với một số khoáng chất và oxi trong môi trường nước sẽ được vi khuẩn sử dụng để tạo thành tế bào mới và các sản phẩm cuối cùng

là CO2, H2O Vi khuẩn thực hiện quá trình này là vi khuẩn hiếu khí và tùy tiện

2.2.3.2 Cơ chế quá trình xử lý sinh học hiếu khí

Theo Eckenfelder W.W và conon D.J (1961) quá trình phân hủy hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn biểu thị bằng các phản ứng:

1) Oxi hóa các chất hữu cơ:

Trong 3 phản ứng trên ΔH là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào, các chỉ

số x, y, z tùy thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa cacbon bị oxi hóa

Các nhóm vi khuẩn hô hấp tùy tiện: Rhodopseudomonas, Cellulomonas bizotera, Nitrobacter, Microthrix và Thiothrix

Các nhóm nguyên sinh động vật: Ciliatae (trùng roi), Flagellatae (trùng tơ)

Enzim

Enzim

Enzim

2.2.3.4 Yếu tố ảnh hưởng

*) Ảnh hưởng của độ oxy hòa tan (DO)

Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi phải cấp đủ lượng oxy cho quá trình oxy hóa của vi sinh vật Lượng oxy cấp vào tùy thuộc vào công nghệ xử lý lựa chọn Ví dụ như trong bể Aerotank độ oxy hòa tan ≥ 4mg/l Nhu cầu oxy cũng phụ thuộc không

mỗi đối tượng: kCOD = 0,68; kBOD = 1,45; kNhữucơ = 4,57 [9]

*) Ảnh hưởng của nhiệt độ

Mỗi vi sinh vật thích hợp với một dải nhiệt độ nhất định Nước thải có nhiệt

độ T = 160 ÷ 370C là phù hợp cho quá trình xử lý hiếu khí

Nhiệt độ tối ưu là Topt = 200 ÷ 300C [9]

*) Ảnh hưởng của pH

pH có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt lực của hệ enzim oxy hóa khử, và do đó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình oxy hóa Nước thải đưa vào xử lý sinh học hiếu khí có

pH = 5 ÷ 9 là phù hợp, giá trị tối ưu là pHopt = 7÷ 8 [9]

*) Ảnh hưởng của dinh dưỡng

Vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải như là chất dinh dưỡng cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho quá trình trao đổi chất Trong xử lý hiếu khí tỷ lệ C : N : P = 100 : 5 : 1 là phù hợp Nếu C : N < 20 :1 là dư thừa nitơ, còn nếu C : N > 20 : 1 nghĩa là thiếu nitơ [9]

*) Ảnh hưởng hàm lượng sinh khối và tỷ lệ F/M

Tỷ lệ F/M cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý Nếu F/M > 1 là dư thừa chất dinh dưỡng, F/M <1 là môi trường nghèo dinh dưỡng

*) Ảnh hưởng của một số chất ức chế

Việc kiểm soát hàm lượng các chất độc trong nước thải cũng là một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo sự hoạt động quá trình xử lý hiếu khí Vì vậy nếu trong nước thải có chứa kim loại nặng thì cần loại bỏ chúng trước khi xử lý sinh học hiếu khí

2.2.3.5 Phương pháp xử lý lựa chọn xử lý nước thải sinh hoạt cho TNG

Như chúng ta đã biết hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt Vì vậy để lựa chọn một công nghệ xử lý đòi hỏi phải đảm bảo về lợi ích kinh

tế cũng như hiệu quả xử lý Qua tìm hiểu về các công nghệ, cũng như điều kiện diện tích xây dựng tại nhà máy TNG – Phú Bình em lựa chọn công nghệ MBBR để xử lý nước thải sinh hoạt của nhà máy

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 nhựa polyetylen (đệm)

lơ lửng trộn lẫn với nước thải trong bể phản ứng Không khí cấp vào bể vừa để cung cấp ôxy cho vi sinh vật sử dụng vừa là động lực cho các đệm chuyển động trong bể (các đệm plastic nhẹ, có khối lượng riêng xấp xỉ khối lượng riêng của nước) Nước được xử lý từ bể phản ứng sẽ chảy qua một lưới lọc trước khi vào bể lắng bậc II, mục đích của lưới lọc là giữ lại các đệm plastic trong bể phản ứng Công nghệ MBBR có khả năng xử lý hiệu quả rất cao đối với các nước thải có mức độ ô nhiễm hữu cơ và nitơ cao

Nguyên lý 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 dụng cacbon hữu cơ để tạo sinh khối) với ưu thế hơn là các vi khuẩn 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

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 lớp chất lỏng đến bề mặt của màng sinh học Trong khi đó, các sản phẩm của sự phân hủy sinh học sẽ được khuếch tán nhanh từ màng sinh học ra ngoài môi trường chất lỏng 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 cũng tăng lên, lớp màng sinh học ngày càng dày Khi đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng cung cấp ôxy hòa tan cơ chất trong bể phản ứng đến tất cả các vi sinh vật trên màng sinh học Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của màng sinh học thì cần thiết nhất ôxy hòa tan và cơ chất khuếch tán trong suốt quá trình Khi ôxy hòa tan và cơ chất khuếch tán 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 các sản phẩm của sự phân hủy hiếu khí, thiếu khí và yếm khí ở các lớp của màng sinh vật

Cấu tạo của đệm (giá thể): Đêm được làm bằng vật liệu Polyethylen để đảm bảo độ bền, không bị gãy vỡ trong quá trình làm việc Chọn loại giá thể S20 – 4 do công ty Haifan Hongkong sản xuất

khối lượng đóng gói 68kg/m3, số lượng đóng gói > 100000 giá thể/m3

Hình dạng giá thể:

Hình 2.2 Hình dạng giá thể

*) Cơ chế của công nghệ MBBR

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

- Khuếch tán, chuyển dịch và hấp phụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt

Bể lắng đợt II

Bể MBBR

Xử lý bùn

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR

Sự chuyển hóa các chât hữu cơ và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí 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:

Trong quá trình ôxy hóa sinh hóa hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, lưu

phát (PO43-), CO2 và H2O

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

NH4+ + 76O2 + 5CO2 C5H7NO2 + 54NO2- + 52H2O + 109H+

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

-*) Tác nhân sinh học: Sử dụng chế phẩm của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Gồm các nhóm vi sinh vật

Các nhóm khuẩn hô hấp hiếu khí: Pseudomonas putida, Pseudomonas stuzeri, Aerobacter aerogenes, Bacillus subtilis, Nitrosomonas, Alcaligenes, Flavobacterium

Các nhóm vi khuẩn hô hấp tùy tiện: Rhodopseudomonas, Cellulomonas bizotera, Nitrobacter, Microthrix và Thiothric

Các nhóm nguyên sinh động vật: Ciliatae (trùng roi), Flagellatae (trùng tơ)

VSV VSV

VSV VSV

VSV

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.1.1 Mục đích

Xây dựng mô hình thử nghiệm công nghệ MBBR để xác định thời gian lưu nước thải và Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho nhà máy may TNG – Phú Bình sử dụng công nghệ MBBR

3.1.2 Nội dung

- Tìm hiểu về nguồn gốc, thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt và khảo sát nước thải của nhà máy may TNG - Phú Bình

- Tìm hiểu tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

- Xây dựng mô hình thí nghiệm: vật liệu, kích thước, chi tiết cấu tạo và sơ đồ

hệ thống thí nghiệm

- Các bước tiến hành thí nghiệm, ghi nhận các thông số khảo sát

- Thống kê kết quả, tính toán hiệu suất xử lý và nhận xét khả năng xử lý qua

bể MBBR

- Kết luận và đưa ra quan điểm về đồ án

- Thiết kế hệ thống xử lý nước thải

3.1.3 Đối tượng

Nghiên cứu nước thải sinh hoạt nhà máy may TNG – Phú Bình

3.1.4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài đã sử dụng những phương pháp sau:

Phương pháp thực tế: Thu thập, xử lý và tổng hợp các tài liệu cần thiết có liên quan đến đề tài

Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện đã tham khảo các đề tài có liên quan đã thực hiện

Phương pháp khảo sát: tính chất, thành phần nước thải, đặc điểm lý, hoá, sinh của nước thải đầu vào

Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng ở qui mô phòng thí nghiệm, vận hành mô hình để xử lý nước thải

Phương pháp phân tích: các thông số được phân tích theo phương pháp chuẩn

Các thông số đo và phương pháp phân tích :

 COD

Nguyên tắc: Đun hồi lưu mẫu thử với lượng kali dicromat đã biết trước khi có mặt thủy ngân (II) sunfat và xúc tác bạc trong axit sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định, trong quá trình đó một phần dicromat bị khử do sự có mặt các chất

có khả năng bị oxy hóa Chuẩn độ lượng dicromat còn lại với sắt (II) amon sunfat Tính toán giá trị COD từ lượng dicromat bị khử, 1 đương lượng dicromat ( Cr2O7-2 )

Nguyên tắc: Amoniac trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nesler

trong nước

 P (PO43-)

Photphat được xác định bằng phương pháp Ascorbic

Nguyên tắc: chuyển dạng photpho cần phân tích sang dạng orthophotphate hòa tan Xác định orthophotphate hòa tan bằng phương pháp so màu

Dụng cụ: Quang phổ kế, dụng cụ thủy tnh thông thường trong phòng thí nghiệm

 SS

Dụng cụ: Cân phân tích, bơm và bình hút chân không, giấy lọc

Nguyên lý hoạt động: Nước thải đi từ thùng cao vị vào bể MBBR và được điều chỉnh lưu lượng bằng van Quá trình MBBR gồm 1 hệ thống sục khí bùn hoạt tính trong đó bùn được bám dính trên giá thể bằng nhựa có thể tái sinh Các giá thể này có bề mặt bên trong tạo điều kiện liên kết tối ưu giữa nước, khí và vi khuẩn Giá thể trong bể chiếm 20% thể tích làm việc của bể (20% 50%) và các giá thể này được giữ ở trạng thái lơ lửng trong nước bằng máy sục khí Vi khuẩn và bùn phát triển trên bề mặt của giá thể và oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải Sau thời gian lưu nước trong bể nước thải đi ra khỏi bể MBBR và vào bể lắng.

Các vi sinh vật: Vi sinh vật tham gia quá trình xử lý hiếu khí bao gồm 2 nhóm chính: vi khuẩn (hô hấp hiếu khí và tùy tiện) và nguyên sinh vật

Các nhóm vi khuẩn gô hấp hiếu khí: Pseudomonas putida, Pseudomonas stuzeri, Aerobacter aerogenes, Bacillus subtilis, Nitrosomonas, Alcaligenes, Flavobacterium

Các nhóm vi khuẩn hô hấp tùy tiện: Rhodopseudomonas, Cellulomonas bizotera, Nitrobacter, Microthrix và Thiothric

Các nhóm nguyên sinh động vật: Ciliatae (trùng roi), Flagellatae (trùng tơ)

3.3 Kết quả nghiên cứu

3.3.1 Chất lượng nước thải sinh hoạt của TNG

Mẫu nước thải được lấy tại cống xả tập trung của nhà máy may TNG – Phú Bình trong 1tháng, mỗi tuần lấy mẫu 2 lần để phân tích các chỉ tiêu Sau đây là bảng kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải của TNG

Bảng 3.1 Bảng kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải của nhà máy TNG

St

Kết quả đo L1

22/3

L2 25/3

L3 28/3

L4 31/3

L5 03/4

L6 06/4

L7 09/4

L8 12/4

3.3.2 Nghiên cứu quá trình bám dính của sinh khối vào giá thể

Sử dụng bùn hoạt tính với hàm lượng ban đầu là 1000 mg/l trên giá thể loại

bể 1 m và đường kính của bể là 0,4 m

Bể được cấp khí với C = 4 mg/l liên tục để cung cấp oxy cho vi sinh vật hô hấp hiếu khí và nhằm xáo trộn giá thể trong bể Dinh dưỡng cũng được cấp vào bể liện tục để quá trình sinh trưởng và bám dính của vi sinh vật diễn ra tốt nhất Mỗi tuần xác định hàm lượng vi sinh bám dính 1 lần

Quá trình hoạt hóa bùn diễn ra trong 6 tuần và quá trình bám dính của bùn hoạt tính vào giá thể được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.2 Hàm lượng bùn hoạt tính bám dính theo thời gian

Hình 3.2 Đồ thị quan hệ giữa thời gian và hàm lương sinh khối bám dính

Qua kết quả trên ta thấy thời gian bám dính của bùn hoạt tính là khoảng 35 ngày đối với giá thể loại S20 – 4 Sang tuần thứ 6 lượng bùn vi sinh bám dính tăng rất thấp Vậy thời gian để bùn vi sinh có thể bám dính vào giá thể khoảng 5 tuần thì hàm lượng bám dính ổn định với loại giá thể này

3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng COD dòng vào tới quá trình xử lý

Khi hàm lượng bùn bám dính ổn định ở mức 8000 mg/l tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của COD dòng vào

Quá trình nghiên cứu được tiến hành thí nghiệm với dòng COD vào là 200,

300, 400 và 500 mg/l, cứ 30 phút lấy mẫu một lần phân tích COD kết quả thu được

Qua kết quả trên bảng và đồ thị với những hàm lượng COD vào khác nhau thì thời gian xử lý là khác nhau Hàm lượng COD vào dao động từ 186 ÷ 500 mg/l hiệu quả xử lý rất cao, sau 30 phút đầu có thể giảm từ 23 ÷ 33% so với hàm lượng COD vào.

Với COD vào = 185,76 mg/l thì thời gian lưu nước khoảng 2,5h; CODvào =

290 mg/l thì thời gian lưu nước khoảng 3; CODvào = 400 mg/l thì thời gian lưu nước khoảng hơn 3,5h; CODvào = 490 mg/l thì thời gian lưu nước khoảng 4h thì đạt QCVN 14 : 2008/BTNMT cột B

3.3.4 Nghiên cứu quá trình xử lý trên mô hình bằng quá trình liên tục

Nước thải sinh hoạt được lấy ngày 14/04/2012 tại cống tập trung của khu ký túc xá Đại học Kỹ thuật Công nghiệp và phân tích COD Hàm lượng COD phân tích được là 333,2 mg/l Từ kết quả ở phần 3.3.3 thời gian xử lý là 3,5h thì nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn thải theo QCVN 14 : 2008/BTNMT cột B Đưa vào chạy mô hình với quá trình liên tục và điều chỉnh lưu lượng Q = 0,67 lít/phút Giá thể chiếm 20% thể tích bể, giá thể loại S20 – 4, và hàm lượng vi sinh bám dính ổn định là

8000 mg/l Sau 30 phút phân tích COD một lần Kết quả được thể hiện trong bảng 3.4 và đồ thị 3.3

Hình 3.4 Đồ thị quan hệ giữa COD và thời gian xử lý trong quá trình liện tục

Bảng kết quả phân tích nước đầu vào và đầu ra trong quá trình liên tục:

Bảng 3.4 Giá trị các thông số nước thải vào ra mô hình

Kết quả phân tích trước khi xử lý

Kết quả phân tích sau khi xử lý

QCVN14:2008/ BTNMT (cột B)

400mg/l, hàm lượng sinh khối bám dính trên giá thể là 8000 mg/l thì thời gian lưu của nước thải khoảng 3 ÷ 3,5h là đạt tiêu chuẩn thải theo QCVN 14 : 2008/BTNMT cột B Tuy nhiên hàm lượng nitơ vẫn chưa đạt tiêu chuẩn thải

- Hàm lượng COD vào dao động từ 186 ÷ 500 mg/l hiệu quả xử lý rất cao, hiệu quả xử lý đạt 90 ÷ 97% sau 2,5 ÷ 4h (bảng 3.3 và bảng 3.4)

3.4 Lựa chọn sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải cho TNG – Phú Bình

3.4.1 Lưu lượng nước thải

- Số lượng tối đa cán bộ công nhân viên làm việc trong nhà máy là 4000 người, làm việc trong 1 ca, nhà máy có tổ chức ăn trưa cho toàn bộ cán bộ, công nhân viên

Theo tiêu chuẩn cấp nước là 25 l/người [9]

3.4.2 Thành phần nước thải sinh hoạt của công ty may TNG

Qua các số liệu khảo sát thực tế và kết quả phân tích mẫu nước thải của nhà máy TNG có thể kết luận rằng các tác nhân gây ô nhiễm chính của nước thải nhà máy là:

Bảng 3.5 Bảng giá trị trung bình thông số nước thải của TNG - Phú Bình

3.4.3 Đề xuất sơ đồ quy trình công nghệ xử lý xử lý nước thải của TNG

Dựa vào thành phần, đặc điểm nước thải của nhà máy may TNG và qua quá trình nghiên cứu em nhận thấy xử lý bằng giá thể MBBR đạt hiệu quả xử lý rất cao, thời gian xử lý ngắn Vì vậy em lựa chọn công nghệ này để xử lý nước thải sinh hoạt của nhà máy may TNG – Phú Bình Sơ đồ quy trình công nghệ như sau:

BLC & Tách dầu mỡ

Bể điều hòa

Bể lắng đợt I

Song chắn rác Nước thải sinh hoạt

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước thải sinh hoạt của công ty theo mương dẫn đi qua song chắn rác vào bể lắng cát và tách dầu mỡ Sau khi qua song chắn rác sẽ được 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 chứa cát 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 lý nước thải như làm giảm dung tích công tác của công trình, gây khó khăn cho việc xả bùn cặn, phá hủy quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải… Để đảm bảo cho các công trình xử lý sinh học nước thải hoạt động ổn định cần phải có công trình 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 bị gạt bọt tách ra khỏi dòng nước Sau đó nước được đưa sang hầm tiếp nhận

Do nước thải sinh hoạt chủ yếu được sinh ra trong những thời gian sinh hoạt cao 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 bể lắng cát sẽ được ổn định tại bể điều hòa Sau đó được đưa sang bể lắng 1 để lắng SS trong nước thải mà ở bể lắng cát không thể lắng được Tiếp theo nước thải sẽ tự chảy sang

bể MBBR thiếu khí Bể thiếu khí có tác dụng khử nitrat Thể tích bể xử lý thiếu khí phụ thuộc vào hàm lượng nitrat hình thành và tốc độ khử nitrat, đối với nước thải sinh hoạt thể tích phản ứng của giai đoạn khử nitrat bằng 20 - 40% thể tích bể hiếu khí [1]

Sau đó nước thải chảy sang bể hiếu khí , tại đây diễn ra quá trình oxi hóa các hợp chất chất hữu cơ và amoni (nitrat hóa) trong nước thải bởi các vi sinh vật có trong nước thải và các vi sinh vật bám dính trên đệm sinh học lơ lửng trong nước thải Ban đầu, loại đệm này nhẹ hơn nước nên chúng sẽ lơ lửng trên mặt nước nhưng khi có màng bám vi sinh vật xuất hiện trên bề mặt, khối lượng riêng của đệm

sẽ tăng lên và trở nên nặng hơn nước và sẽ chìm xuống dưới Tuy nhiên, nhờ có chuyển động thủy lực của nước trong bể được tạo ra bởi hệ thống cánh khuấy (bể thiếu khí) và cấp bởi hệ thống sục khí (bể hiếu khí), các đệm này sẽ chuyển động liên tục trong nước thải Các chất hữu cơ cũng bám vào các khe nhỏ của đệm Các

vi sinh vật bám dính trên các đệm sẽ sử dụng chất hữu cơ để tạo thành sinh khối vi sinh vật, trong quá trình này các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho trong nước thải sẽ được xử lý Trước khi qua bể lắng bậc 2, hỗn hợp trong bể MBBR được chảy qua máng chảy tràn trong bể để ngăn các hạt nhựa lại, một phần nước và bùn sẽ được

tuần hoàn lại bể thiếu khí để cung cấp nitrat cho phản ứng thiếu khí, một phần chảy sang bể lắng 2 Tại bể lắng 2 dòng nước được tách sinh khối và lắng bùn Nước trong sẽ chảy sang bể khử trùng Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT

cột B và được xả ra nguồn tiếp nhận Bùn từ bể lắng sẽ được bơm qua bể nén bùn

sau đó được đưa vào máy ép bùn, bùn khô sẽ được đưa đi chôn lấp hoặc tận dụng