Trong đó nước thải sinh hoạtchiếm tỷ lệ cao vì được thải ra từ các khách sạn, nhà nghỉ, trụ sở cơ quan, vănphòng, trường học, cơ sở nghiên cứu, cửa hàng bách hóa, siêu thị, chợ, nhà hàng
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.
HCM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ SBR CẢI TIẾN - ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY DỤ ĐỨC, TỈNH TIỀN GIANG
Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Giảng viên hướng dẫn : Th.S Lâm Vĩnh Sơn Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Hải MSSV: 0851080017 Lớp: 08DMT1
TP Hồ Chí Minh, 2012
Trang 2MỤC LỤC
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu đề tài 2
3 Đối tượng nghiên cứu 2
4 Phương pháp nghiên cứu 2
5 Ý nghĩa đề tài 3
6 Phạm vi nghiên cứu 4
7 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT - CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 5
1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải 5
1.1.2 Thành phần nước thải 6
1.1.2.1 Thành phần vật lý 6
1.1.2.2 Thành phần hoá học 6
1.1.2.3 Thành phần sinh học 7
1.1.3 Tính chất của nước thải sinh hoạt 8
1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý 8
1.2.1 Phương pháp cơ học 8
1.2.2 Phương pháp hoá lý 11
1.2.3 Phương pháp sinh học 12
CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH SBR CẢI TIẾN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1 Chuẩn bị mô hình thí nghiệm 23
2.1.1 Vật tư, dụng cụ, máy móc 23
Trang 32.1.2 Thiết bị đo 24
2.1.3 Nước thải đầu vào 25
2.2 Mô hình SBR cải tiến 25
2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình 25
2.2.2 Mô tả mô hình thí nghiệm 26
2.2.3 Cách thức phân tích mẫu 28
2.3 Kết quả mô hình thí nghiệm 29
2.3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu giai đoạn thích nghi 29
2.3.2 Kết quả phân tích các chỉ tiêu mô hình SBR cải tiến 31
2.4 Kết luận chung 41
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG TY DỤ ĐỨC 3.1 Giới thiệu chung về công ty 42
3.1.1 Thông tin về công ty Dụ Đức 42
3.1.2 Công nghệ và dây chuyền sản xuất 42
3.2 Các nguồn phát sinh chất thải 44
3.2.1 Chất thải rắn 44
3.2.2 Khí thải 44
3.2.3 Nước thải 44
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY DỤ ĐỨC 4.1 Nghiên cứu đề xuất phương án 45
4.1.1 Các quy định chung 45
4.1.2 Thiết kế trạm xử lý 45
4.1.3 Thành phần tính chất nước thải đầu vào tại Công ty Dụ Đức 46
4.1.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải 47
4.2 Tính toán chi tiết các công trình đơn vị 50
4.2.1 Song chắn rác 52
Trang 44.2.2 Hố thu gom 54
4.2.3 Bể điều hoà 57
4.2.4 Bể điều chỉnh pH 63
4.2.5 Bể SBR cải tiến 66
4.2.6 Bể trung gian 77
4.2.7 Bồn lọc áp lực 78
4.2.8 Bể khử trùng 88
4.2.9 Bể chứa nước sạch 91
4.2.10 Bể nén bùn 91
4.2.11 Máy ép bùn 94
4.3 Tính toán kinh tế 95
4.3.1 Chi phí xây dựng, máy móc, thiết bị 95
4.3.2 Chi phí vận hành 102
4.3.2.1 Chi phí nhân công 102
4.3.2.2 Chi phí khấu hao 102
4.3.2.3 Chi phí điện năng 105
4.3.2.4 Chi phí hoá chất 102
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận 103
2 Kiến nghị 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Trang 5BOD Nhu cầu oxi sinh hoá (hay sinh học)
\
Trang 6DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Thông số nước thải đầu vào 25
Bảng 2.2 Kết quả phân tích chỉ tiêu giai đoạn thích nghi 29
Bảng 2.3 Sự thay đổi pH trong thí nghiệm 30
Bảng 2.4 Sự thay đổi nhiệt độ trong thí nghiệm 31
Bảng 2.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu BOD5 chu kỳ 10 h 31
Bảng 2.6 Kết quả phân tích chỉ tiêu amoni chu kỳ 10 h 32
Bảng 2.7 Kết quả phân tích chỉ tiêu nitrat chu kỳ 10 h 33
Bảng 2.8 Kết quả phân tích chỉ tiêu phosphate chu kỳ 10 h 34
Bảng 2.9 Kết quả phân tích chỉ tiêu BOD5 chu kỳ 8 h 34
Bảng 2.10 Kết quả phân tích chỉ tiêu amoni chu kỳ 8 h 35
Bảng 2.11 Kết quả phân tích chỉ tiêu nitrat chu kỳ 8 h 36
Bảng 2.12 Kết quả phân tích chỉ tiêu phosphate chu kỳ 8 h 37
Bảng 2.13 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu BOD5 37
Bảng 2.14 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu amoni 38
Bảng 2.15 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu nitrat 39
Bảng 2.16 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu phosphate 40
Bảng 2.17 Kết quả phân tích các chỉ tiêu không qua xử lý sinh học 40
Bảng 4.1 Kết quả phân tích mẫu nước công ty Dụ Đức khi chưa xử lý 46
Bảng 4.2 Các thông số thuỷ lực của mương dẫn nước thải đến song chắn rác 51
Bảng 4.3 Các thông số xây dựng mương đặt song chắn rác 54
Bảng 4.4 Hệ số an toàn công suất 56
Bảng 4.5 Các thông số xây dựng hố thu gom 57
Bảng 4.6 Các dạng khuấy trộn bể điều hoà 58
Bảng 4.7 Các thông số xây dựng bể điều hoà 62
Bảng 4.8 Tỉ số giữa chiều dài và chiều rộng 64
Bảng 4.9 Các thông số xây dựng bể điều chỉnh pH 65
Bảng 4.10 Hệ số động học bùn hoạt tính ở 20 oC 70
Trang 7Bảng 4.11 Các thông số xây dựng bể SBR cải tiến 76
Bảng 4.12 Các thông số xây dựng bể trung gian 78
Bảng 4.13 Các thông số kích thước bồn lọc 87
Bảng 4.14 Các thông số xây dựng khử trùng 90
Bảng 4.15 Các thông số xây dựng bể chứa nước sạch 91
Bảng 4.16 Các thông số xây dựng bể nén bùn 94
Bảng 4.17 Chi phí xây dựng, máy móc thiết bị 95
Trang 8DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại 14
Hình 1.2 Sơ đồ xử lý nước thải theo quá trình sinh trưởng dính bám hiếu khí 18
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể USBF 21
Hình 2.1 Vật tư cho mô hình 23
Hình 2.2 Dụng cụ cho mô hình 24
Hình 2.3 Máy móc cho mô hình 24
Hình 2.4 Máy móc phụ trợ cho mô hình 24
Hình 2.5 Thiết bị đo 25
Hình 2.6 Sơ đồ mô hình SBR cải tiến 27
Hình 2.7 Cách bố trí máy khuấy 27
Hình 2.8 Biểu đồ sự thay đổi pH quá trình thí nghiệm 30
Hình 2.9 Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ quá trình thí nghiệm 31
Hình 2.10 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu BOD5 trong thí nghiệm 32
Hình 2.11 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu amoni trong thí nghiệm 33
Hình 2.12 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu nitrat trong thí nghiệm 33
Hình 2.13 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu phosphate trong thí nghiệm 34
Hình 2.14 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu BOD5 trong thí nghiệm 35
Hình 2.15 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu amoni trong thí nghiệm 36
Hình 2.16 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu nitrat 36
Hình 2.17 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu phosphate trong thí nghiệm 37
Hình 2.18 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu BOD5 38
Hình 2.19 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu amoni 39
Hình 2.20 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu nitrat 39
Hình 2.21 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu phosphate 40
Hình 3.1 Quy trình may mũ giày 42
Hình 3.2 Quy trình lắp ráp giày thành phẩm 43
Hình 4.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 46
Trang 10LỜI CAM ĐOAN
Trang 11LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian học tập tại trường, nhờ được thầy cô chỉ bảo, truyền đạt nhữngkiến thức hữu ích, cuối cùng em cũng hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình.Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến các thầy cô KhoaMôi Trường và Công Nghệ Sinh Học trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM đã dạy dỗ và hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lâm Vĩnh Sơn, người thầy đã tận tìnhhướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Bên cạnh đó em cũng xin gửi lờicảm ơn chân thành đến anh Huỳnh Tấn Đạt, giám đốc Công ty TNHH MTV CôngNghệ Môi Trường Lê Huỳnh đã hỗ trợ thiết bị, vật tư giúp đỡ em trong suốt quátrình làm đồ án
Cảm ơn gia đình đã nuôi dạy con khôn lớn thành người, tạo điều kiện tốt nhấtcho con học tập
Trong đồ án chắc không thể không tránh khỏi thiếu xót, kính mong thầy côthông cảm và đóng góp ý kiến để em rút kinh nghiệm và chỉnh sửa Một lần nữa
em xin chân thành cảm ơn
Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 07 năm 2012
Sinh viên thực hiện
MỞ ĐẦU
Trang 121 Tính cấp thiết của đề tài
Môi trường, một vấn đề nóng bỏng, đang được cả thế giới quan tâm
Nằm trong khung cảnh của thế giới, đặc biệt là khu vực Châu Á - Thái BìnhDương, môi trường Việt Nam cũng đang xuống cấp cục bộ, có nơi bị hủy hoạinghiêm trọng gây nên nguy cơ mất sinh thái cân bằng nghiêm trọng, sự cạn kiệt cácnguồn tài nguyên, làm ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống và sự phát triển bềnvững của đất nước
Do vậy, việc “Bảo vệ môi trường” không chỉ là nhiệm vụ của một quốc gia nào
đó, mà đó là nghĩa vụ - nhiệm vụ của mỗi người nói riêng và toàn cầu nói chung Ngày nay với tốc độ phát triển kinh tế nhanh thì cùng với đó là một lượng thảilớn nước thải mang nhiều chất độc hại thải ra từ các hoạt động sinh hoạt, ăn uống,tắm giặt, sản xuất…thải trực tiếp vào nguồn nước Trong đó nước thải sinh hoạtchiếm tỷ lệ cao vì được thải ra từ các khách sạn, nhà nghỉ, trụ sở cơ quan, vănphòng, trường học, cơ sở nghiên cứu, cửa hàng bách hóa, siêu thị, chợ, nhà hàng ănuống, cửa hàng thực phẩm, cơ sở sản xuất, doanh trại lực lượng vũ trang, khu chung
cư, khu dân cư,…
Lượng nước thải sinh hoạt này chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học,hàm lượng COD, BOD cao Đây là môi trường bền vững cho vi sinh vật gây bệnhphát triển Đặc biệt nước thải sinh hoạt chứa một lượng lớn hàm lượng các nguyên
tố dinh dưỡng như: nitơ, phốt pho - Đây là một trong các nguyên nhân gây nên hiệntượng “phú dưỡng” nguồn nước tại các sông, hồ
Trước tình hình trên cần phải có các biện pháp quản lý, sử dụng, xử lý kịp thời vàđúng đắn nhất đối với nguồn tài nguyên nước để đảm bảo cùng sự phát triển kinh tế
- xã hội và bảo vệ môi trường xanh - sạch - đẹp
Việc tìm hiểu, nghiên cứu những công nghệ mới xử lý nước thải tốt hơn, hiệuquả hơn đang là vấn đề đặt ra đối với nhu cầu hiện nay
Hiện nay, công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh vật theo từng mẻ liên tục (SBR
- Sequential Batch Reactor) được nghiên cứu mạnh và triển khai nhiều trong thực tếthay thế công nghệ sử dụng bể Aerotank truyền thống Đây là phương pháp được
Trang 13phát triển trên cơ sở xử lý bằng bùn hoạt tính, vận hành theo từng mẻ liên tục và dễdàng kiểm soát được theo thời gian, có cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khửđược các chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho, dễ vận hành Để nâng cao hiệu xuất xử lý,người thực hiện đề tài thực hiện việc nghiên cứu tìm giải pháp để cải tiến công nghệSBR.
Do đó đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR cải
tiến - Ứng dụng tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty Dụ Đức, tỉnh Tiền Giang” đã được lựa chọn để làm trong đồ án tốt nghiệp.
3 Đối tượng nghiên cứu
- Nước thải sinh hoạt
- Mô hình thí nghiệm SBR cải tiến
4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp luận:
Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phổ biến nhất hiện nay, việc tìm hiểu và ápdụng những công nghệ mới xử lý là một vấn đề cần thiết Như vậy, với mục tiêu đã
đề ra, trong đồ án này người thực hiện đề tài sẽ tập trung nghiên cứu, phân tích một
số chỉ tiêu quan trọng để xem xét hiệu quả xử lý của công nghệ SBR cải tiến so vớiSBR thông thường và tìm ra chu kỳ thích hợp để vận hành hệ thống, từ đó đề xuấtdây chuyền công nghệ xử lý nước thải áp dụng cho công ty Dụ Đức
Phương pháp thực hiện:
- Phương pháp thực tế: Với việc đi làm thực tế tại một số công trình có xây dựng
bể SBR, người thực hiện đề tài nhận thấy có thể nâng cao hiệu xuất xử lý nước
Trang 14thải của SBR, kết hợp với tài liệu có được từ phía công ty Dụ Đức được sử dụngphục vụ cho đề tài.
- Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện đã tham khảo các mô hìnhnghiên cứu về SBR và các công trình thực tế của công ty Chiline Việt Nam
- Phương pháp phân tích: Lấy mẫu và gửi phân tích các chỉ tiêu BOD5, amoni,nitrat, phosphate tại Trung tâm tư vấn công nghệ môi trường và an toàn vệ sinhlao động
- Phương pháp tính toán: Tính toán thiết kế HTXLNT sinh hoạt tại công ty DụĐức đạt quy chuẩn quy định
- Phương pháp so sánh: So sánh ưu, nhược điểm của công nghệ SBR cải tiến vớiSBR thông thường
- Phương pháp toán: Sử dụng các công thức toán học để tính toán các công trìnhđơn vị trong hệ thống xử lý, dự tính chi phí xây dựng và vận hành trạm xử lý
- Phương pháp phần mềm: Sử dụng phần mềm Excel để tính, biểu diễn biểu đồ,Autocad để mô tả các công trình xây dựng
- Phương pháp tham khảo ý kiến: Hỏi ý kiến giáo viên hướng dẫn
- Giảm thiểu tác động xấu đến môi trường
- Việc xây dựng HTXLNT là chủ trương đúng đắn theo quy định hướng phát triểnbền vững của Đảng và Nhà Nước
Trang 156 Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài nghiên cứu này được thực hiện đối với nước thải sinh hoạt
- Mô hình thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện bình thường
- Đánh giá khả năng xử lý BOD5, nitơ, phốt pho với 02 chu kỳ 10 h và 8 h
- Thời gian thực hiện đề tài: Từ 02/05/2012 đến 21/07/2012
7 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về nước thải sinh hoạt - Các phương pháp xử lý
- Chương 2: Thí nghiệm mô hình SBR cải tiến xử lý nước thải sinh hoạt
- Chương 3: Tổng quan công ty Dụ Đức
- Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty Dụ Đức
- Kết luận - Kiến nghị
Trang 16CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT - CÁC
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt
1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải
Nước thải sinh hoạt đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắmrửa, vệ sinh nhà xưởng… của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ,công ty Như vậy nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt củacon người Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trườnghọc, nhà ăn cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự nhưnước thải sinh hoạt
Lượng nước thải sinh hoạt của các khu dân cư được xác định trên cơ sở nướccấp Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là 100 - 250 l/người.ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 - 500 l/người.ngày (đối vớicác nước phát triển) Tiêu chuẩn cấp nước của các đô thị nước ta hiện nay dao động
từ 120 - 180 l, đối với khu vực nông thôn tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt từ 50 - 12 ltiêu chuẩn nước thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước Thông thường tiêu chuẩnnước thải sinh hoạt lấy bằng 80 - 100 % tiêu chuẩn cấp nước cho mục đích nào đó.Ngoài ra lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiệntrang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt củanhân dân
Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng, công typhụ thuộc vào loại công trình chức năng số người tham gia, phục vụ trong đó
Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn Lượng nước thải của thành phố
thống thoát nước một lượng lớn chất bẩn nhất định phần lớn là các loại cặn, chấthữu cơ, các các chất dinh dưỡng
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (50 - 55 %),chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh Đồng thời trong nước thải
Trang 17còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hoáchất bẩn trong nước Trong nước thải đô thị còn có vi khuẩn gây bệnh phát triểntổng số coliform từ 106 - 109 MPN/100ml fecal coliform từ 104 - 107 MPN/100ml.Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ côngtrình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao nhiều vi khuẩn gây bệnh
là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước
1.1.2 Thành phần nước thải
1.1.2.1 Thành phần 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
- Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước hạt trong khoảng 10-4 - 10-6 mm
- Các chất bẩn dạng hào tan có kích thước nhỏ hơn 10-6 mm, có thể ở dạng phân tửhoặc phân li thành ion
1.1.2.2 Thành phần hoá học
Các chất hữu cơ trong nước thải chiếm khoảng 50 - 60 % tổng các chất Các chấthữu cơ này bao gồm chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau, hoa quả, giấy và cácchất hữu cơ động vật: chất thải bài tiết của người Các chất hữu cơ trong nước thảitheo đặc tính hóa học gồm chủ yếu là protein (chiếm 40 - 60 %), hydratcacbon (25 -
50 %), các chất béo, dầu mỡ (10 %) Urê cũng là chất hữu cơ quan trọng trong nướcthải Nồng độ các chất hữu cơ thường được xác định thông qua chỉ tiêu BOD, COD.Bên cạnh các chất trên nước thải còn chứa các liên kết hữu cơ tổng hợp: các chấthoạt động bề mặt mà điển hình là chất tẩy tổng hợp (Alkyl bezen sunfonat - ABS)rất khó xử lí bằng phương pháp sinh học và gây nên hiện tượng sủi bọt trong cáctrạm xử lý nước thải và trên mặt nước nguồn - nơi tiếp nhận nước thải
Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40 - 42 % gồm chủ yếu: cát, đất sét, cácaxit, bazơ vô cơ,… Nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơ như sắt, magie,
Trang 18canxi, silic, nhiều chất hữu cơ sinh hoạt như phân, nước tiểu và các chất thải khácnhư: cát, sét, dầu mỡ Nước thải vừa xả ra thường có tính kiềm, nhưng dần dần trởnên có tính axit vì thối rữa.
1.1.2.3 Thành phần sinh học
Trong nước thải còn có mặt nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, vi rút, nấm, rongtảo, trứng giun sán Trong số các dạng vi sinh vật đó, có thể có cả các vi trùng gâybệnh, ví dụ: lỵ, thương hàn, có khả năng gây thành dịch bệnh Về thành phần hóahọc thì các loại vi sinh vật thuộc nhóm các chất hữu cơ
Khi xét đến các quá trình xử lí nước thải, bên cạnh các thành phần vô cơ, hữu cơ,
vi sinh vật như đã nói trên thì quá trình xử lí còn phụ thuộc rất nhiều trạng thái hóa
lí của các chất đó và trạng thái này được xác định bằng độ phân tán của các hạt.Theo đó, các chất chứa trong nước thải được chia thành 4 nhóm phụ thuộc vào kíchthước hạt của chúng
Nhóm 1: Gồm các tạp chất phân tán thô, không tan ở dạng lơ lửng, nhũ tương,bọt Kích thước hạt của nhóm 1 nằm trong khoảng 10-1 - 10-4 mm Chúng cũng cóthể là chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật và hợp cùng với nước thải thành hệ dị thểkhông bền và trong điều kiện xác định, chúng có thể lắng xuống dưới dạng cặn lắnghoặc nổi lên trên mặt nước hoặc tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong khoảng thời giannào đó Do đó, các chất chứa trong nhóm này có thể dễ dàng tách ra khỏi nước thảibằng phương pháp trọng lực
Nhóm 2: Gồm các chất phân tán dạng keo với kích thước hạt của nhóm này nằmtrong khoảng 10-4 - 10-6 mm Chúng gồm 2 loại keo: keo ưa nước và keo kị nước
- Keo ưa nước được đặc trưng bằng khả năng liên kết giữa các hạt phân tán vớinước Chúng thường là những chất hữu cơ có trọng lượng phân tử lớn:hydratcacbon (xenlulo, tinh bột), protit (anbumin, hemoglobin)
- Keo kị nước (đất sét, hydroxyt sắt, nhôm, silic) không có khả năng liên kết nhưkeo ưa nước
Trang 19Thành phần các chất keo có trong nước thải chiếm 35 - 40 % lượng các chất lơlửng Do kích thước nhỏ bé nên khả năng tự lắng của các hạt keo là khó khăn Vìvậy, để các hạt keo có thể lắng được, cần phá vỡ độ bền của chúng bằng phươngpháp keo tụ hóa học hoặc sinh học.
Chúng tạo thành hệ một pha còn gọi là dung dịch thật Các chất trong nhóm 3 rấtkhác nhau về thành phần Một số chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất nước thải: độ màu,mùi, BOD, COD,… được xác định thông qua sự có mặt các chất thuộc nhóm này và
để xử lí chúng thường sử dụng biện pháp hóa lí và sinh học
Nhóm 4: Gồm các chất trong nước thải có kích thước hạt nhỏ hơn hoặc bằng 10-8
mm (phân tán ion) Các chất này chủ yếu là axit, bazơ và các muối của chúng Mộttrong số đó như các muối amonia, phosphat được hình thành trong quá trình xử lísinh học
1.1.3 Tính chất của nước thải sinh hoạt
Tính chất nước thải giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ thống xử lý
và quản lý chất lượng môi trường, sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thảiquyết định tải trọng thiết kế cho các công trình đơn vị
Thành phần và tính chất nhiễm bẩn của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tậpquán sinh hoạt, mức sống của người trong công ty, mức độ hoàn thiện của thiết bị,trạng thái làm việc của thiết bị thu gom nước thải Lưu lượng nước thải thay đổi tuỳtheo điều kiện tiện nghi cuộc sống, tập quán dùng nước của từng dân tộc, điều kiện
tự nhiên và lượng nước cấp Còn nồng độ bẩn của nước thải sinh hoạt được xácđịnh theo tải lượng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm
1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý
1.2.1 Phương pháp cơ học
Xử lý cơ học gồm những quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ khôngthay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó Xử lý cơ học nhằm tách các chất lơ
Trang 20lửng, chất rắn dễ lắng ra khỏi nước thải, cặn có kích thước lớn loại bỏ bằng songchắn rác Cặn vô cơ (cát, sạn, mảnh kim loại…) được tách ra khi qua bể lắng cát.
Xử lý cơ học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo và
là bước ban đầu cho xử lý sinh học Đối với nhà máy sản xuất, trong xử lý nàythường có các thiết bị như: song chắn rác (SCR), bể vớt dầu, bể tuyển nổi, bể lắngđợt một, bể lọc
Song chắn rác, lưới lọc: thường được đặt trước trạm bơm trên đường tập trung
nước thải chảy vào hầm bơm, nhằm bảo vệ bơm không bị rác làm nghẹt SCR vàlưới chắn rác thường đặt vuông góc hoặc đặt nghiêng 45 - 90 o so với dòng chảy.Vận tốc nước qua SCR giới hạn từ 0,6 - 1 m/s Vận tốc cực đại dao động trongkhoảng 0,75 - 1 m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song Vận tốc nhỏ nhất là 0,4m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải SCR và lưới chắn rác dùng để chắn giữ cáccặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như giấy, rau cỏ, rác và các loại khácđược gọi chung là rác Rác được lấy bằng thủ công, hay bằng các thiết bị tự độnghoặc bán tự động Rác sau khi thu gom thường được vận chuyển đến bãi chôn lấp
Bể tách dầu mỡ: được sử dụng để vớt bọt giúp loại bỏ dầu, mỡ và các chất hoạt
động bề mặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu…
Bể lắng cát: tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn
như xỉ than, đất, cát,… chủ yếu là cát Trong trạm xử lý nước thải, nếu cát khôngđược tách khỏi nước thải, có thể ảnh hưởng lớn đến các công trình phía sau như cátlắng lại trong các bể gây khó khăn cho công tác lấy cặn (lắng cặn trong ống,mương,…), làm mài mòn thiết bị, rút ngắn thời gian làm việc của bể methane dophải tháo rửa cặn ra khỏi bể Với các trạm xử lý khi lưu lượng nước thải > 100
m3/ngày cần thiết phải có bể lắng cát Theo hướng dòng chảy của nước thải ở trong
bể lắng cát, người ta phân loại: bể lắng cát ngang (đơn giản, dễ thi công), bể lắngcát đứng (diện tích nhỏ, quá trình vận hành phức tạp), bể lắng cát sục khí Trongthực tế xây dựng thì bể lắng ngang được sử dụng rộng rãi nhất
Bể lắng đợt 1: có chức năng:
Trang 21- Loại bỏ các chất rắn lắng được mà các chất này có thể gây nên hiện tượng bùnlắng trong nguồn tiếp nhận.
- Tách dầu, mỡ hoặc các chất nổi khác
- Giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học phía sau Bể lắng đợt 1 khivận hành tốt có thể loại bỏ 50 - 70 % SS, và 25 - 40 % BOD5
Hai thông số thiết kế quan trọng cho bể lắng là tải trọng bề mặt (32 - 45 m3/
m2.ngày) và thời gian lưu nước (1,5 - 2,5 h)
Bể lắng thường có dạng hình chữ nhật (lắng ngang) hoặc hình tròn (lắng ly tâm)
Hệ thống thu gom bùn lắng và gạn chất nổi là bộ phận quan trọng của bể lắng
Bể lắng đợt 1 được đặt trước bể xử lý sinh học Trước khi vào bể Aerotank hoặc
bể lọc sinh học, hàm lượng chất lơ lửng trong nước không được quá 150 mg/l Thờigian lắng không dưới 1,5 h
Bể lắng đợt 2: có nhiệm vụ lắng các bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ
lớn trên 1.000 mg/l Tốc độ lắng của bể phụ thuộc vào nồng độ cặn Thời gian lắng
và tải trọng bùn trên một đơn vị diện tích bề mặt là những thông số quyết định Đó
là những thông số và đặc tính của bùn hoạt tính ở bể Aerotank dùng để thiết kế bểlắng đợt 2
Bể lọc: Bể lọc có tác dụng tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng
cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một
số loại nước thải công nghiệp
Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60
% các tạp chất không hòa tan và 20 % BOD
Hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75 % theo hàm lượng chất lơ lửng và 30 - 35 % theoBOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ sinh học Các loại bể lọcgiúp loại bỏ cặn lơ lửng làm cho nước trong trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Nếu
Trang 22điều kiện vệ sinh cho phép, thì sau khi qua bể lọc nước thải được khử trùng và xảvào nguồn.
1.2.2 Phương pháp hoá lý
Thực chất của phương pháp xử lý hóa học là đưa vào nước thải chất phản ứngnào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành chất khácdưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trường
Xử lý hóa học nhằm nâng cao chất lượng của nước thải để đáp ứng hiệu quả xử lýcủa các công đoạn sau đó
Ví dụ:
- Dùng axit hay vôi để điều chỉnh pH
- Dùng than hoạt tính, clo, ozon để khử các chất hữu cơ khó oxy hóa, khử màu,mùi, khử trùng
- Dùng bể lọc trao đổi ion để khử kim loại nặng
Phương pháp xử lý hóa học thường được áp dụng để xử lý nước thải côngnghiệp Đối với nước thải sinh hoạt, xử lý hóa học thường chỉ dùng hóa chất để khửtrùng
Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gâybệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nướcthải
Trong điều kiện tự nhiên, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cho hiệusuất xử lý và khử trùng cao nhất, đạt tới 99,9 %, còn các công trình xử lý sinh họctrong điều kiện nhân tạo chỉ đạt được 91 - 98 %
Khử trùng nước thải có nhiều phương pháp Hiện nay những phương pháp hayđược sử dụng là:
- Dùng clo hơi qua thiết bị định lượng clo
- Dùng hypoclorit - canxi dạng bột - hòa tan trong thùng dung dịch 3 - 5 % rồi
Trang 23định lượng vào bể tiếp xúc.
- Dùng hypoclorit natri, nước javel
- Dùng clorua vôi, CaOCl2
- Dùng ozon thường được sản xuất từ không khí bằng máy tạo ozon đặt trong nhàmáy xử lý nước thải Ozon sản xuất ra được dẫn ngay vào bể hòa tan và tiếp xúc
- Dùng tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp sản ra Đèn phát tia cực tímđặt ngập trong dòng chảy nước thải
Trong các phương pháp trên, khi khử trùng nước thải người ta hay dùng clo nướctạo hơi và các hợp chất của clo vì clo là hóa chất được các ngành công nghiệp dùngnhiều và có sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được, hiệu quả khử trùng cao
1.2.3 Phương pháp sinh học
Xử lý sinh học là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủysinh hóa các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rữa thành các chất
ổn định với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất vô cơ khác
Phương pháp xử lý sinh học có thể chia ra làm hai loại: xử lý hiếu khí và xử lýyếm khí trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan
Những công trình xử lý sinh hóa phân thành 2 nhóm:
- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên
- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo.Những công trình xử lý sinh học thực hiện trong điều kiện tự nhiên là: cánh đồngtưới, bãi lọc, hồ sinh học… Quá trình xử lý diễn ra chậm, dựa chủ yếu vào ôxy và visinh có ở trong đất và nước Do đó, những công trình này đòi hỏi diện tích lớn vàthời gian xử lý dài
Những công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo là: bể lọc sinh học(Biophin), bể làm thoáng sinh học Do các điều kiện nhân tạo, có sự tính toán và tác
Trang 24động của con người và máy móc mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độmạnh hơn, diện tích nhỏ hơn.
Đa phần nhà máy sản xuất được xây dựng tại các Khu Chế Xuất, KCN của cácthành phố lớn, diện tích cho hệ thống xử lý nước thải là hạn chế Do đó, công trình
xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo thường được sử dụng nhiều hơn
Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể đạt mức hoàn toàn (xử lýsinh học hoàn toàn) với BOD giảm tới 90 - 95 % và không hoàn toàn với BODgiảm tới 40 - 80 %
Giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học Bể lắng sau giaiđoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng đợt 1 Còn bể được gọi là bể lắng đợt 2 là để chắngiữ màng sinh học (sau bể Biophin) hoặc bùn hoạt tính (sau bể Aerotank) Nướcthải sau khi được xử lý sinh học luôn được qua bể khử trùng trước khi xả vào nguồnthải nhằm tiêu diệt triệt để các loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh
Mục đích của quá trình xử lý nước thải là loại bỏ cặn lơ lửng, các hợp chất hữu
cơ, các chất độc hại, vi khuẩn và vi rút gây bệnh đến nồng độ cho phép theo tiêuchuẩn xả và nguồn tiếp nhận
a) Bể tự hoại: Công trình XLNT bằng phương pháp sinh học kị khí
Bể tự hoại là công trình xử lý đồng thời làm hai chức năng: lắng nước thải vàphân hủy cặn lắng Trong mỗi bể tự hoại đều có hai phần: phần trên là nước thảilắng, phần dưới là cặn lắng Cặn lắng giữ lại ở trong bể từ 3 - 6 tháng, dưới tác độngcủa các vi sinh vật kỵ khí các chất hữu cơ được phân hủy, một phần tạo thành cáckhí (CH4, CO2, H2S…), phần khác tạo thành các chất vô cơ
Nước thải lắng trong bể tự hoại với thời gian từ 1 - 3 ngày, do vận tốc bé nênphần lớn cặn lơ lửng lắng lại Vì vậy, đạt hiệu suất lắng cao, có thể đạt từ 40 - 60 %,phụ thuộc vào nhiệt độ, chế độ quản lý và vận hành trong bể
Bể tự hoại có thể có hình chữ nhật hoặc nhiều giếng tròn liên kết Chúng đượcxây dựng bằng gạch, đá, hay bê tông cốt thép Bể có thể có một hay nhiều ngăn Để
Trang 25chất lượng nước thải sau khi qua bể tự hoại tốt hơn, thông thường bể thiết kế haiđến ba ngăn Với ngăn đầu tiên là ngăn chứa, dung tích chiếm từ 50 - 75 % dungtích toàn bể Còn ngăn thứ hai và ngăn thứ ba chiếm khoảng 25 % dung tích toànbể.
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại
a) Bể tự hoại hai ngăn; b) Bể tự hoại ba ngăn
Để dẫn nước thải vào và ra khỏi bể người ta phải nối ống bằng phụ kiện Tê vớiđường kính tối thiểu là 100 mm với một đầu ống đặt dưới lớp màng nổi, đầu kiađược nhô lên phía trên để tiện việc kiểm tra, tẩy rửa và không cho lớp cặn nổi trong
bể chảy ra đường cống Cặn trong bể tự hoại được lấy theo định kì Mỗi lần lấy phải
để lại khoảng 20 % lượng cặn đã lên men lại trong bể để làm giống men cho bùncặn tươi mới lắng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ cặn
b) Công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên
Phương pháp xử lý qua đất: Thực chất của quá trình xử lý là: khi lọc nước thải
qua đất các chất rắn lơ lửng và keo sẽ bị giữ lại ở lớp trên cùng Những chất này tạo
ra một màng gồm rất nhiều vi sinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất, màng này sẽhấp phụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Những vi sinh vật sẽ xử dụng oxycủa không khí qua các khe đất và chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất
Trang 26khoáng Các công trình xử dụng phương pháp xử lý qua đất là: Cánh đồng tưới,cánh đồng lọc
Cánh đồng tưới công cộng hoặc cánh đồng lọc: là những mảnh ruộng được san
bằng hoặc dốc không đáng kể và được ngăn bằng những bờ đất Nước thải đượcphân phối vào những mảnh ruộng đó nhờ mạng lưới tưới và sau khi lọc qua đất lạiđược qua một mạng lưới khác để tiêu đi
Hồ sinh vật: Là hồ xử lý sinh học, có nhiều tên gọi khác như: hồ oxy hóa, hồ ổn
mà thôi Vai trò xử lý chủ yếu ở đây vẫn là vi sinh vật
c) Công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí trong điều kiệnnhân tạo
Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể kể đếnnhư: bể Aerotank bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc(vi sinh vật dính bám), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúcquay…
Trang 27khác Các vi sinh vật đồng hoá các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chấtdinh dưỡng cung cấp cho sự sống Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng cácchất để sinh sản và giải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh.Như vậy các chất hữu cơ có trong nước thải được chuyển hoá thành các chất vô cơnhư H2O, CO2 không độc hại cho môi trường.
Quá trình sinh học có thể diễn tả tóm tắt như sau :
Chất hữu cơ + vi sinh vật + oxy (NH3 + H2O + năng lượng + tế bào mới)Hay có thể viết:
Chất thải + bùn hoạt tính + không khí (Sản phẩm cuối + bùn hoạt tính dư)
Bể Aerotank:
Bể Aerotank là công trình làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, với mặt bằngthông dụng là hình chữ nhật Hỗn hợp bùn và nước thải cho chảy qua suốt chiều dàibể
Nước thải sau khi xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hoà tancùng các chất lơ lửng đi vào Aerotank Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và cóthể là các hợp chất hữu cơ chưa phải là dạng hoà tan Các chất lơ lửng làm nơi vikhuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển dần thành các hạt cặn bông Các hạtnày dần to và lơ lửng trong nước Chính vì vậy, xử lí nước thải ở Aerotank được gọi
là quá trình xử lí với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật Các bông cặn nàycũng chính là bông bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là các bông cặn màu nâu sẫm, làbùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơchứa trong nước thải Thời gian lưu nước trong bể Aerotank là từ 1 - 8 h, không quá
12 h
Yêu cầu chung của các bể Aerotank là đảm bảo bề mặt tiếp xúc lớn giữa khôngkhí, nước thải và bùn
Trang 28Yêu cầu chung khi vận hành là nước thải đưa vào Aerotank cần có hàm lượng SSkhông vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l, pH =6,5 - 9, nhiệt độ không nhỏ hơn 30 oC.
Mương oxy hóa:
Mương ôxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạngvòng hình chữ O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạttính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương
Quá trình vi sinh dính bám
Phần lớn vi khuẩn có khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt vật rắn, khi có
đủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hữu cơ, muối khoáng và ôxy Chúng dính bámvào bề mặt vật rắn bằng chất Gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễdàng di chuyển trong lớp Gelatin dính bám này Đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thànhtập trung ở một khu vực, sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển, phủ kín toàn
bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp tế bào Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muốikhoáng) và ôxy có trong nước thải cần xử lý khuếch tán qua màng biofilm vào tậnlớp xenlulô
Sau một thời gian, sự phân lớp hoàn thành: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, đượcôxy khuếch tán xâm nhập, lớp giữa là lớp tùy nghi, lớp trong là lớp yếm khí không
có ôxy Bề dày của các lớp này phụ thuộc vào loại vật liệu đỡ (vật liệu lọc) Bề dàylớp hoạt tính hiếu khí thường khoảng 300 - 400 m
Bể lọc sinh học
Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các vật chất hữu cơ cótrong nước thải nhờ quá trình ôxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Trong bểthường chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám
Bể lọc sinh học thường được phân chia thành hai dạng: bể lọc sinh học nhỏ giọt
và bể lọc sinh học cao tải Tháp lọc sinh học cũng có thể được xem như là một bểlọc sinh học nhưng có chiều cao khá lớn
Trang 29Bể lọc sinh học nhỏ giọt thường dùng để xử lý sinh học hoàn toàn nước thải, giátrị BOD của nước thải sau khi làm sạch đạt tới 10 - 15 mg/l với lưu lượng nước thảikhông quá 1000 m3/ngày.
Bể lọc sinh học cao tải có những đặc điểm: tải trọng nước tới
10 - 30 m3/m2.ngày tức là gấp 10 - 30 lần ở bể lọc nhỏ giọt
Tháp lọc sinh học: những tháp lọc sinh học có thể xử dụng ở các trạm xử lý vớilưu lượng dưới 5.000 m3/ngày, với điều kiện địa hình thuận lợi và nồng độ nướcthải sau khi làm sạch BOD là 20 - 25 mg/l
Bể lọc sinh học là công trình xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạonhờ vi sinh vật hiếu khí Trong bể có bố trí các lớp vật liệu lọc, khi nước thải đi qua
bể thấm vào lớp vật liệu lọc thì các cặn bẩn sẽ bị giữ lại tạo thành màng gọi là màng
vi sinh Vi sinh này hấp phụ các chất hữu cơ và nhờ có oxy mà quá trình oxy đượcthực hiện Những màng vi sinh đã chết sẽ cùng với nước thải ra khỏi bể và được giữlại ở bể lắng đợt hai Một số bể Biophin thường gặp:
- Khả năng chịu tải: Bể Biophin nhỏ giọt, Biophin cao tải
- Khả năng làm thoáng: Biophin làm thoáng tự nhiên, làm thoáng nhân tạo
- Chế độ làm việc: Biophin làm việc liên tục, Biophin làm việc gián đoạn
- Theo mức độ xử lý: Biophin xử lý hoàn toàn và Biophin xử lý không hoàn toàn
- Theo công nghệ: Biophin một bậc hay hai bậc
Hình 1.2 Sơ đồ xử lý nước thải theo quá trình sinh trưởng dính bám hiếu khí
Trang 30Vi khuẩn trong màng vi sinh dính bám hoạt động có hiệu quả cao hơn vi khuẩntrong môi trường thể tích (hạt cặn lơ lửng) Tuy nhiên, cấu trúc của màng sinh họcrất phức tạp, không đồng đều do đó không thể xác định chính xác những thông số lýhọc và những hệ số của mô hình, mối quan hệ theo kinh nghiệm dựa trên thựcnghiệm quan sát được sử dụng cho thiết kế Kích thước công trình to lớn và đòi hỏitrình độ vận hành cao so với bể sinh học lơ lửng
Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)
Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC – Rotating Biological Contactors) được ápdụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi để xử
lý BOD và Nitrat hóa RBC bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinylchloride đặt gần sát nhau Đĩa nhúng chìm khoảng 40 % trong nước thải và quay ởtốc độ chậm Khi đĩa quay, màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ cótrong nước thải và sau đó tiếp xúc với ôxy Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa ôxy
và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí Đồng thời đĩa quay còn tạo nên lựccắt loại bỏ các màng vi sinh không còn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơlửng để đưa qua bể lắng đợt II
Khác với quần thể vi sinh vật ở bùn hoạt tính, thành phần loài và và số lượng cácloài là tương đối ổn định Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay gồm các vikhuẩn kị khí tùy tiện như: Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, … các visinh vật hiếu khí như: Bacillus (thường thì có ở lớp trên của màng) Khi lượngkhông khí cung cấp không đủ thì vi sinh vật tạo thành màng mỏng gồm các chủng
vi sinh vật yếm khí như: Desulfovibrio và một số vi khuẩu sunfua, trong điều kiệnyếm khí vi sinh vật thường tạo mùi khó chịu Nấm và vi sinh vật hiếu khí phát triển
ở màng trên, và cùng tham gia vào việc phân hủy các chất hữu cơ Sự đóng góp nấmchỉ quan trọng trong trường hợp pH nước thải thấp, hoặc các loại nước thải côngnghiệp đặc biệt, vì nấm không thể cạnh tranh với các loại vi khuẩn về thức ăn trongđiều kiện bình thường
Bể sinh học theo mẻ SBR:
Trang 31Thực chất của bể sinh học hoạt động theo mẻ (SBR - Sequence Batch Reactor) làmột dạng của bể Aerotank Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi qua songchắn, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể Bể Aerotank làmviệc theo mẻ liên tục có ưu điểm là khử được các hợp chất chứa nitơ, photpho khivận hành đúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí.
Bể sinh học làm việc theo từng mẻ kế tiếp được thực hiện theo 5 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Đưa nước thải vào bể Nước thải đã qua song chắn rác và bể lắng
cát, tách dầu mỡ, tự chảy hoặc bơm vào bể đến mức định trước
Giai đoạn 2: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khíhay làm thoáng bề mặt để cấp ôxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp Thời gianlàm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, yêu cầu về mức độ xử lý
Giai đoạn 3: Lắng trong nước Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quảthủy lực của bể đạt 100 % Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớmhơn 2 h
Giai đoạn 4: Tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn tiếpnhận
Giai đoạn 5: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gianvận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể Ởnhững công ty có dòng chảy đều có thể bố trí lịch hoạt động để rút thời gian xuốngcòn bằng 0
Bể USBF:
Công nghệ lọc dòng ngược bùn sinh học USBF (Upflow Sludge Blanket Filter) được thiết kế dựa trên mô hình động học xử lý BOD, nitrate hoá (nitrification) và khử nitrate hóa (denitrification) của Lawrence và McCarty, Inc lần đầu tiên được
giới thiệu ở Mỹ những năm 1900 sau đó được áp dụng ở châu Âu từ 1998 trở lạiđây Tuy nhiên, đối với Việt Nam, hiện nay USBF lại là công nghệ mới, đượcnghiên cứu và ứng dụng trong những năm gần đây
Trang 32Theo “Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc
dòng ngược USBF (The Upflow Sludge Blanket Filter)” của Trương Thanh Cảnh,
Trần Công Tấn, Nguyễn Quỳnh Nga, Nguyễn Khoa Việt Trường, trường đại họcKhoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, mô hình USBF rất thích hợp cho xử lý nước
85%, 90%, 94% và 75% Bùn hoạt tính thích nghi rất nhanh với đặc tính của nướcthải và điều kiện vận hành của mô hình Việc kết hợp 3 modul trong một quá trình
xử lý tạo ra ưu điểm lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử lý Với sự kết hợp này sẽđơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trìnhxây dựng và vận hành hệ thống
Bể USBF gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí (anoxic), ngăn hiếu khí (aerobic) vàngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF) Mương chảy tràn thu nước đầu vào nhằmhạn chế tác động của dòng vào đối với ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả xáo trộn giữadòng nước thải đầu vào và bùn tuần hoàn Mương chảy tràn và thu nước đầu ra, ốngthu bùn, bộ phận sục khí Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định lượng bơmnước thải đầu vào, 1 bơm bùn và 1 máy thổi khí
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể USBF
Công nghệ USBF để xử lý nước thải sinh hoạt và đô thị, là công nghệ cải tiến củaquá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp 3 quá trình Anoxic, Aeration và lọc sinhhọc dòng ngược trong một đơn vị xử lý nước thải Chính vì vậy bể USBF thể hiện
Trang 33nhiều ưu điểm, với chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo trì thấp nhưng đem lạihiệu qua xử lý cao, hạn chế mùi, lượng bùn sinh ra ít Sự kết hợp 3 module trongcùng một bể có thể tiết kiệm được mặt bằng sử dụng.
Để chọn được phương pháp xử lí sinh học hợp lí cần phải biết hàm lượng chấthữu cơ (BOD, COD) trong nước thải Các phương pháp lên men kị khí thường phùhợp khi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao Đối với nước thải hàm lượng chấthữu cơ thấp và tồn tại chủ yếu dưới dạng chất keo và hoà tan thì cho chúng tiếp xúcvới màng vi sinh vật là hợp lý
Trang 34CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH SBR CẢI TIẾN XỬ LÝ NƯỚC
THẢI SINH HOẠT
2.1 Chuẩn bị mô hình thí nghiệm
2.1.1 Vật tư, dụng cụ, máy móc
- Máy thổi khí: Model ACC-008, AC 220 V, 50 Hz, 120 W, 120 L/min
- Máy khuấy (có gắn DIMMER SWITCH để giảm tốc) : AC 100 V, 80 W, 0,8 A,50/60 Hz, 2 poles, 6000 rpm
Trang 35Hình 2.2 Dụng cụ cho mô hình
Hình 2.3 Máy móc cho mô hình
Hình 2.4 Máy móc phụ trợ cho mô hình
2.1.2 Thiết bị đo
- Máy đo pH cầm tay
- Máy đo DO cầm tay
- Máy đo TDS cầm tay
Trang 36Hình 2.5 Thiết bị đo
2.1.3 Nước thải đầu vào
Nước thải được lấy từ nguồn nước thải sinh hoạt Công ty Sarah, Khu sản xuấtBình Chuẩn, Thuận An, Bình Dương
Bảng 2.1. Thông s nố nước thải đầu vào ước thải đầu vàoc th i đ u vàoải đầu vào ầu vào
2.2 Mô hình SBR cải tiến
2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình
Công nghệ SBR cải tiến tương tự công nghệ SBR, đây là công nghệ xử lý nướcthải sử dụng bùn hoạt tính áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp có côngsuất trung bình và nhỏ, so với công nghệ Aerotank, công nghệ bể lọc sinh sọcBiophin thì công nghệ SBR được áp dụng rộng rãi do có những ưu điểm vượt trội.Công nghệ này tiết kiệm chi phí đầu tư, năng lượng, cũng như chi phí vận hànhquản lý, tuy nhiên việc tính toán cũng như vận hành phức tạp hơn Nếu như áp dụng
Trang 37hệ thống điều khiển tự động hoá toàn bộ quá trình xử lý thì mọi việc kiểm soát vàgiải quyết một cách dễ dàng.
Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR:
Quá trình phân hủy hiếu khí cơ chất đầu vào và nitrat hóa: Quá trình được thựchiện bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng, khi điều kiện cấp khí và chất nềnđược đảm bảo trong bể sẽ diễn ra các quá trình sau:
Oxy hóa các chất hữu cơ:
CxHyOz + (x + y/4 - z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O
Tổng hợp sinh khối tế bào:
n(CxHyOz) + n NH3+ n(x + y/4 - z/2-5) O2 → (C5H7NO2)n + n(x - 5) CO2 + n(y - 4)/2 H2O
Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phân hủy nội bào):
(C5H7NO2)n + 5n O2 → 5n CO2 + 2n H2O + n NH3
Quá trình nitrit hóa:
2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O (vi khuẩn nitrosomonas)
( 2NH4++ 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O)
2NO2- + O2 → 2NO3- (vi khuẩn nitrobacter)
Tổng phản ứng oxy hóa amoni:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O
2.2.2 Mô tả mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm được thực hiện giống như một quy trình xử lý nước thảihoàn chỉnh Ban đầu nước thải được chứa trong can 30 lít được sục khí bên trongsau đó được bơm sang bể xử lý vi sinh SBR cải tiến, sau đó được bơm sang bồn lọc
áp lực và cuối cùng được khử trùng bằng ozon
Trang 38Hình 2.6 Sơ đồ mô hình SBR cải tiến
Hình 2.7 Cách bố trí máy khuấy
Bùn hoạt tính dùng cho nghiên cứu mô hình SBR cải tiến được nuôi cấy tại chỗ
và được cấp vào mô hình với tỉ lệ 20 % như định hướng ban đầu
Mô hình được vận hành cùng lúc 02 công nghệ là: SBR và SBR cải tiến để choviệc so sánh hiệu suất xử lý
Thời gian cho một chu kỳ vận hành: (dựa vào các thông số vận hành thực tế SBRcủa công ty Chiline Việt Nam, áp dụng tại các công trình đang vận hành và sự đềxuất cải tiến mới SBR)
- Chu kỳ 10 h:
+ SBR1:
Trang 39Cấp nước vào trong 4 h (sục khí), tiếp tục sục khí thêm 1 h nữa, lắng 1 h, lấynước ra trong 4 h.
+ SBR2: (cải tiến)
Cấp nước vào trong 1 h (sục khí), tiếp tục sục khí 1 h, tắt máy thổi khí bật máykhuấy chìm 1,5 h; tắt máy khuấy chìm bật máy thổi khí 1 h, tắt máy thổi khí bậtmáy khuấy chìm 1,5 h; để lắng 1 h; lấy nước ra trong 3 h
Trình tự tiến hành mô hình thí nghiệm:
Nước thải được lấy từ trạm xử lý nước thải mang về sẽ được chứa trong can 30 l.Bên trong can được sục khí có tác dụng như bể điều hoà để điều hòa nồng độ Sau đó, nước thải được bơm sang bể SBR cải tiến Trong bể có 01 hệ thống sụckhí mạnh được đặt phía dưới đáy bể để cung cấp DO trong quá trình vận hành, máykhuấy được lắp đặt phía trên để xáo trộn nước thải tạo môi trường thuận lợi cho visinh thiếu khí phát triển Nước thải sau đó sẽ được bơm qua bồn lọc áp lực 02 lớpvật liệu lọc là than và cát Sau khi lọc, nước được lấy ra và được khử trùng bằngozon trong 30 phút
Mẫu nước cuối cùng sau khi xử lý được lấy đựng trong can 2 lít và gửi qua Trungtâm tư vấn công nghệ môi trường và an toàn vệ sinh lao động phân tích
2.2.3 Cách thức phân tích mẫu
Mẫu được gửi tại Trung tâm tư vấn công nghệ môi trường và an toàn vệ sinh laođộng để phân tích
Trang 40Các phân tích đều được thực hiện theo đúng tiêu chuẩn Việt Nam.
2.3 Kết quả mô hình thí nghiệm
2.3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu giai đoạn thích nghi
Ở giai đoạn thích nghi, đây là giai đoạn khởi động của mô hình, để theo dõi mức
độ thích nghi, ổn định của mô hình, xem thử nồng độ của các chỉ tiêu có thay đổinhư thế nào
Tiến hành lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu: pH, BOD5, TSS, amoni (tính theoN), nitrat (NO3-) (tính theo N), phosphate (PO43- ) (tính theo P), Coliform để đánhgiá chi tiết hơn Kết quả được thể hiện tại bảng 2.2
Bảng 2.2. K t qu phân tích ch tiêu giai đo n thích nghiết quả phân tích chỉ tiêu giai đoạn thích nghi ải đầu vào ỉ tiêu giai đoạn thích nghi ạn thích nghi
đầu vào
Giá trị đầu ra
QCVN 14:2008/
BTNMT Cột A
Hiệu suất (%)
Qua kết quả ta nhận thấy các chỉ tiêu ô nhiễm đều giảm sau khi xử lý Điều này
là cơ sở cho việc tiến hành chạy mô hình SBR cải tiến theo chu kỳ 10 h và 8 h.Tổng hợp kết quả đo chỉ tiêu pH thể hiện ở bảng 2.3