Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp hồ sinh học

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH TỔNG QUAN I Phân Loại Hồ kị khí Hồ kị hiếu khí (hồ tùy tiện) Hồ hiếu khí 10 II Quá trình sinh học diễn hồ sinh học 14 (Theo “ Xử lý nước thải đô thị” - PGS.TS Trần Đức Hạ) 16 Trong hồ sinh học, loại tảo vi khuẩn tự dưỡng, phân hủy hiếu khí CHC đóng vai trò đối thủ kình địch loài vi khuẩn gây bệnh Ngoài với thời gian nước lưu hồ lớn (trên ngày đêm), phần lớn loài vi khuẩn gây bệnh lại bị tiêu diệt tia cực tím ánh sáng mặt trời .16 III Vai trò, vị trí và điều kiện xử lý hồ sinh học công nghệ xử lý nước thải 17 Vai trò 17 Vị trí 18 Các điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO .21 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hồ sinh học Hình 2: Hồ sinh học kị khí Hình 3: Phân hủy chất hữu hồ sinh học kỵ khí .7 Hình 4: Các trình xử lý BOD hồ sinh học kỵ hiếu khí .8 Hình 5: Hồ sinh học hiếu khí 10 TỔNG QUAN Hồ sinh học (còn gọi là hồ sinh học ổn định nước thải hoặc hồ sinh vật) hồ lớn, không sâu, thường hình chữ nhật có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo thường người đào, dòng nước thải vào Trong hồ sinh học diễn trình oxy hóa sinh hóa chất hữu nhờ loài vi khuẩn, tảo loại thủy sinh vật khác Như vậy, trình diễn hồ sinh học chu trình tự nhiên, liên tục tượng sống Các yếu tố tự nhiên nhiệt độ cao giàu ánh sáng mặt trời thúc đẩy phát triển nhanh loại vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn vi tảo) để xử lý chất hữu nước thải, đặc trưng BOD, theo hai cách hiếu khí kỵ khí Các hồ sử dụng rộng rãi châu Âu Nam Mỹ, loại công trình xử lý nước thải phù hợp với nước phát triển vùng khí hậu nóng Hình 1: Hồ sinh học Quá trình xử lý nước thải thường diễn hai nhiều hồ Sự xếp thay kích thước độ sâu hồ thúc đẩy trình hiếu khí hồ kỵ khí hồ Trong trình xử lý kế tiếp, hồ có chức riêng chúng thiết kế phù hợp với mục đích phần tử ô nhiễm cần tách khỏi nước thải Dòng nước thải khỏi hồ giàu dinh dưỡng nồng độ tảo lớn số lượng vi sinh vật gây bệnh sinh vật nguồn gốc từ chất thải sinh hoạt khác giảm đáng kể [Mara cộng sự, 1992; Mara Pearson, 1987; U.S EPA, 1977a]  Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh từ rêu tảo trình quang hợp oxy hóa từ không khí để oxy hóa chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO 2, photphat nitrat amon sinh từ phân hủy, oxy hóa chất hữu vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không thấp 60C Hồ sinh học dùng xử lý nước thải sinh học chủ yếu dựa vào trình làm hồ  Nhiệm vụ: Nhiệm vụ chính của hồ sinh học là ổn định nước thải, khử triệt để hợp chất hữu cơ, dinh dưỡng, vi trùng, vi khuẩn gây bệnh xuống ngưỡng tiêu chuẩn trước xả vào nguồn nước mặt Ngoài ra, hồ sinh học có nhiệm vụ: - Nuôi trồng thuỷ sản - Nguồn nước để tưới cho trồng - Điều hoà dòng chảy  Ưu điểm của hệ thống hồ sinh học: dễ xây dựng, giá thành thấp, tính đệm lớn hiệu xử lý cao - Dễ xây dựng: Đào đất công việc chủ yếu (các hoạt động xây dựng khác hạn chế) Sau đào, công việc xây dựng hồ hoàn thiện hố đào, xây dựng cống nước thải vào khỏi hồ, kè bờ bảo vệ hồ cần thiết, lót chống thấm hồ Ngoài tận dụng ao hồ tự nhiên phù hợp để làm hồ sinh học - Chi phí thấp: Do cấu tạo đơn giản, hồ ổn định nước thải loại công trình rẻ so với công trình xử lý nước thải khác Hồ không cần có thiết bị điện đắt tiền không sử dụng nhiều điện Các công nhân trình độ thấp, giám sát chặt chẽ, vận hành tu hồ ổn định nước thải Giá đất yêu cầu sử dụng đất yếu tố trở ngại kỹ thuật hồ sinh học ổn định nước thải - Tính đệm: Hồ sinh học ổn định nước thải chịu hàm lượng kim loại nặng cao (đến khoảng 30 mg/l) Hồ hấp phụ tưởng sốc hữu tải thủy lực dòng nước thải vào [Mara & Pearson, 1986] - Hiệu cao: Các hệ thống hồ thiết kế có hiệu suất xử lý theo BOD 90%, theo nitơ từ 70-90% theo phôtpho 30-50% Đặc biệt, hồ sinh học ổn định nước thải có khả xử lý loại sinh vật tiết gây bệnh cao Thực tế, hồ sinh học thiết kế diệt 10 số vi khuẩn gây bệnh đạt tới ngưỡng quy định Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) nước tưới [Mara cộng sự, 1992; WHO, 2006; WHO, 1992]  Nhược điểm của hệ thống hồ sinh học: Hiệu xử lý chất lơ lửng hồ sinh học thấp công trình xử lý nước thải khác xuất tảo dòng nước thải khỏi hồ Mặc dù không đến mức báo động, hàm lượng chất lơ lửng nước thải khỏi hồ cao so với công trình xử lý thứ cấp truyền thống Thời gian lưu thủy lực lâu đôi với thể tích hồ lớn để xử lý nước thải yếu tố hạn chế trình yêu cầu diện tích chi phí đất sử dụng cao  Phân loại hồ sinh học Theo trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật loại: - Hồ kị khí - Hồ kị hiếu khí - Hồ hiếu khí I Phân Loại Hồ kị khí 1.1 Khái niệm Là loại ao sâu, có điều kiện hiếu khí Các VSV kị khí sống không cần oxy không khí.Chúng sử dụng hợp chất nitrat, sulfat… để oxy hóa chất hữu cơ, loại rượu khí CH4, H2S, CO2,… và nước Hình 2: Hồ sinh học kị khí 1.2 Đặc điểm - Để lắng phân hủy cặn lắng vùng đáy - Loại ao hồ tiếp nhận loại nước thải (kể nước thải công nghiệp ) có độ nhiễm bẩn lớn, tải trọng BOD cao không cần vai trò quang hợp tảo - Nước thải lưu hồ kị khí sinh mùi hôi thối khó chịu Vì không nên bố trí hồ gần khu dân cư xí nghiệp chế biến thực phẩm - Chiều sâu bể nằm khoảng h=2.4 – 3.6m [Lâm Vĩnh Sơn, chương Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải] (h= 2-5m [TS Lều Thọ Bách, Hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp] Để trì điều kiện kị khí gữi ấm nước hồ ngày đông giá lạnh, chiều sâu hồ lớn (từ 2-6m) - Diện tích mặt thoáng không cần lớn Thời gian lưu nước dài, cần tính toán cho mùa hè cần lưu nước từ 1.5 đến ngày, mùa đông ngày, với thời tiết của khu vực miền đồng và nam bộ BOD hồ vào mùa hè khử tới 65-80%, mùa đông khử tới 45-65% - Cấu tạo hồ nên có ngăn, ngăn làm việc ngăn dự phòng vét bùn cặn + Cửa dẫn nước vào ao hồ nên đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng hồ Cửa xả nước khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt, có ngăn bùn không cho với nước + Ở thành phố có vùng ngoại ô rộng nhiều đầm phá trũng cải tạo thành đầm hồ kị khí để xử lý nước thải Trên giới có thành phố xử lý nước thải hồ có bề mặt tới 5km2 + Các hồ kị khí xây dựng nhiều bậc Chiều sâu bậc sau lớn bậc trước Hồ bậc thường có diện tích 0,5-7ha, nhiều bậc diện tích bậc 2,25ha Nước thải dẫn vào hồ đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng hồ Cửa xả nước khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt có ngăn bùn không cho với nước Hồ có ý nghĩa giống bể tự hoại hở Các loại cặn nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn Và trình lên men kỵ khí nhờ loại vi khuẩn tạo axit, vi khuẩn tạo aceton vi khuẩn tạo mêtan thực điều kiện nhiệt độ 15°C (xem hình 1.1) Loại ao hồ tiếp nhận nhiều loại nước thải (kể nước thải công nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn, tải BOD cao không cần vai trò quang hợp tảo 1.3 Thiết kế Nước thải dẫn vào hồ đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng hồ Cửa xả nước khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt có ngăn bùn không cho với nước Hồ có ý nghĩa giống bể tự hoại hở Các loại cặn nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn Và trình lên men kỵ khí nhờ loại vi khuẩn tạo axit, vi khuẩn tạo aceton vi khuẩn tạo mêtan thực điều kiện nhiệt độ 15°C (xem hình 1.1) Loại ao hồ tiếp nhận loại nước thải (kể nước thải công nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn, tải BOD cao không cần vai trò quang hợp tảo Việc tính toán thiết kế hồ chủ yếu theo kinh nghiệm: - Diện tích: Skỵ khí = (10-20%) Skỵ hịếu khí - Chiều sâu: h = 2.4-3.6 - Thời gian lưu nước: + Mùa hè: 1.5 ngày + Mùa đông: > ngày - Hiệu suất xử lý BOD (E% BOD) + Mùa hè: 65-80% + Mùa đông: 45-65% Hình 3: Phân hủy chất hữu hồ sinh học kỵ khí Hồ kị hiếu khí (hồ tùy tiện) 2.1 Khái niệm Là loại ao hồ phổ biến thực tế, kết hợp trình song song: phân hủy hiếu khí chất hữu hòa tan nước phân hủy kị khí (sản phẩm chủ yếu CH4) cặn lắng vùng đáy 2.2 Đặc điểm Hồ tùy tiện xét theo chiều sâu có vùng: lớp vùng hiếu khí (VSV hếu khí hoạt động) vùng vùng kị khí tùy tiện(VSV tùy tiện hoạt động), vùng đáy sâu vùng kị khí (vi khuẩn lên men Metan hoạt động) Nguồn oxy cần thiết cho trình oxy hóa chất hữu nước khuếch tán qua mặt nước sóng gió nhờ tảo quang hợp tác dụng ánh sang mặt trời Nồng độ oxy hòa tan ban ngày nhiều ban đêm Vùng hiếu khí chủ yếu lớp nước mặt có độ sâu 1m Vùng kị khí đáy hồ Các chất hữu bị phân hủy kị khí sinh khí CH4, H2S, H2, N2, CO2…chủ yếu CH4 Quá trình phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Ở nhiệt độ cao trình lên men xảy nhanh Phân hủy kị khí sinh khí có mùi hôi gây cháy nổ gây ô nhiễm bầu khí ,có thể gây chết người ngửi phải hỗn hợp thoát từ bể kị khí với nồng độ cao Trong hồ thường hình thành tầng phân cách nhiệt: tầng nước phía có nhiệt độ cao tầng Tầng có tảo phát triển, tiêu thụ CO làm pH nước mang tính kiềm có lên tới 9,8 Tảo phát triển mạnh thành lớp dày chết tự phân làm cho nước thiếu oxy hòa tan, ảnh hưởng đến VSV hiếu khí, VSV kị khí tùy tiện hoạt động mạnh Trong trường hợp nên khuấy đảo nước hồ để tránh hồ bị tải chất hữu Hình 4: Các trình xử lý BOD hồ sinh học kỵ hiếu khí 2.3 Thiết kế Nếu nước có nồng độ kim loại nặng cao cần dùng biện pháp hấp phụ, trao đổi ion,…Quần thể vi tảo hồ mẫn cảm với độ độc KLN - Xây dựng hồ nên chọn chiều sâu khoảng h=1-1,5m, - Tỉ lệ chiều dài chiều rộng D:R = (1:1 - 1:2) Tuy nhiên, bờ thường có độ dốc: đáy D:R = (1:1 – 1,5:1) bờ (mặt) D:R = (2:1 – 2,5:) - Diện tích hồ: Những nơi nhiều gió, diện tích hồ nên thiết kế rộng, nơi gió xây hồ nhiều ngăn - Đáy hồ cần phải lèn chặt để chống thấm, nếu đáy dễ thấm phủ lớp đất sét dày 15cm Bờ hồ nên gia cố chắn tránh xói lở - Nên trồng cỏ dọc bờ hồ, cách mặt taly đáy 30 cm phải gia cố bê tông - Hiệu quả xử lý: E= Lt = La + k t t Với + La: BOD5 nước thải (mg/l) + Lt: BOD5 xử lý + t: t/g lưu nước thải + kt: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ kt=k20C(t-20) + Đối với nước thải sinh hoạt: 0,5[...]... vật thể nào tạo ra bóng râm trên mặt hồ và gây xáo trộn quá trình quang hợp của tảo) ra khỏi hồ sinh học tùy tiện và hồ sinh học xử lý triệt để Tuy nhiên, cần giữ lại các chất trên trong hồ sinh học kỵ khí vì chúng giúp duy trì môi trường yến khí của hồ và giảm đến mức tối thiểu mùi hôi [U.S EPA, august 1977a] Sửa chữa các hư hại ở bờ hồ, hàng rào, cửa… Với ao hồ hiếu khí và tùy tiện cần loại bùn và... địch của các loài vi khu n gây bệnh Ngoài ra với thời gian nước lưu trong hồ lớn (trên 5 ngày đêm), phần lớn các loài vi khu n gây bệnh còn lại sẽ bị tiêu diệt bởi các tia cực tím của ánh sáng mặt trời 16 III Vai trò, vị trí và điều kiện xử lý của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải 1 Vai trò Hồ sinh học có tác dụng khử triệt để các CHC, dinh dưỡng, vi trùng, vi khu n gây bệnh xuống.. .Hồ sâu từ 1- 2m thời gian lưu nước thường từ 5 đến 20 ngày Hiệu quả xử lý BOD thường là 30 – 60% Các loại vi khu n và trứng giun sáng được tiêu diệt hầu hết nhờ tảo, vi khu n hiếu khí và tia cực tím từ ánh sáng mặt trời Do nồng độ BOD của dòng nước thải vào hồ thấp (dưới 70 mg/l) nên hồ thường là bậc cuối cùng của hồ sinh học ổn định Hồ sinh học hiếu khí có 2 dạng: -Hồ làm thoáng tự... thải công nghiệp Hiếu khí Tên thông dụng Hồ facultative 17 Kị khí Hồ xử lý kị khí Điều kiện kị khí trong Xử lý nước thải đô thị, toàn hồ, thường có nước thải công nghiệp thêm hồ hiếu khí hoặc facultative để xử lý tiếp nước thải sau giai đoạn kị khí này Kị khí kết hợp với kị khí hiếu khí Hệ thống hồ xử lý Kết hợp giữa các loại hồ đã nêu trên Thường có thêm giai đoạn hoàn lưu nước từ hồ hiếu khí sang hồ. .. Xử lý triệt để nước thải đô thị với hiệu suất khử vi sinh vật gây bệnh cao Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 2 Vị trí Hồ được thiết kế để xử lý các dòng thải từ các công trình xử lý thứ cấp: nước sau aeroten, sau lọc sinh học 3 Các điều kiện của nước thải đưa vào xử lý sinh học Các loại nước thải: nước thải sinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp ( thực phẩm, chế... sục khí không hiệu quả bằng các ao hồ tự nhiên Chính vì thế, các ao hồ tự nhiên còn có tên là các ao hồ ổn định Bể lắng 2 có thể làm bằng đất, sâu 1-2m, nền đất nên hoặc đáy lát đá hoặc tấm betong Không nên để lưu nước trong bể lắng quá 2 ngày để tránh rong tảo phát triển 13 II Quá trình sinh học diễn ra trong hồ sinh học Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo, với quy mô nhỏ sẽ diễn ra... tính hồi lưu từ lắng 2 Vì vậy nồng độ bùn trong hồ rất nhỏ Có thể coi phản ứng xảy ra là phản ứng bậc 1 trong điều kiện khu y trộn hoàn chỉnh Tuổi của bùn Өc tính bằng thời gian lưu nước trong hồ t =V/Q Thời gian lưu gần đúng dựa trên áp dụng môđen của Monod cho hồ khu y trộn hoàn toàn 3 Cơ sở tính toán hồ sinh học hiếu khí  Khả năng khử BOD5 tính theo công thức : S/S0 =1/(1+ KT×t) Trong đó: - S0 và... triển của vi khu n gây bệnh (Mara, 2005) Nước xáo trộn tốt, vì do gió thổi trên tầng mặt tạo nên sự phân bố đồng nhất BOD, oxy hòa tan, vi khu n và tảo Đó là các yếu tố chính làm tăng mức độ ổn định chất thải trong hồ (Mara và Pearson, 1987) Hệ thống hồ sinh học có thể loại bỏ được 80% Nitơ (Mara và các người khác, 1992) Phốt pho được loại bỏ khỏi nước trong hồ ổn định bằng cách hấp thụ vào sinh khối... trong các sông hồ tự nhiên với vai trò chủ yếu là các loại vi khu n và tảo Khi vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn lắng xuống đáy Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khu n hấp phụ và ôxy hóa mà sản phẩm tạo ra là sinh khối của nó, CO2, các muối nitrát, nitrít Sự phân hủy chất hữu cơ được thực hiện nhờ sinh vật mà chủ yếu là vi khu n, một phần nhỏ nhờ Protozoa Vi khu n sẽ tạo... vào nguồn nước mặt Ứng dụng của các loại hồ sinh học: Phân loại Các đặc điểm Các ứng dụng a) Hồ xử lý chậm Được thiết kế sao cho điều kiện hiếu khí đạt được suốt chiều sâu của ao, hồ Xử lý chất hữu cơ hòa tan và nước thải đã qua xử lý sơ cấp b) Hồ cao tốc Được thiết kế để đạt sản lượng cao Loại các chất dinh dưỡng, chất hữu cơ hòa tan c) Hồ xử lý cấp ba Giống như hồ xử lý chậm nhưng lưu lượng nạp chất