thiết kế nhà máy xử lý nước thải cụm công nghiệp phú cường giai đoạn 1 công suất 350m3 ngày

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời đại hiện nay, công nghiệp hóa – hiện đại hóa càng nhanh chóng kèm theo đó là sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, vì thế lượng nước thải

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đồ án này thiết kế nhà máy xử lý nước thải cụm công nghiệp Phú Cường giai đoạn 1 công suất 350m3/ ngày tại xã Phú Cường, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai Nước thải trong các nhà máy được thu gom và xử lý cục bộ đạt tiêu chuẩn tiếp nhận

và sau đó xả vào hệ thống thu gom của cụm công nghiệp, dẫn về nhà máy xử lý tập trung Với các thông số ô nhiễm chính là BOD5 ( 400 mg/l), COD ( 600 mg/l), TSS (500 mg/l), tổng N ( 100mg/l), tổng P (20 mg/l) yêu cầu nước thải sau xử lý phải đạt cột A QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả vào nguồn tiếp nhận, phương pháp đề xuất thiết kế trong phương án này là phương pháp hóa lý kết hợp phương pháp sinh học Nước thải qua song chắn rác giữ lại các tạp chất thô, các chất rắn có kích thước lớn sau đó được đem đi thải bỏ Tiếp theo, nước thải qua hầm tiếp nhận được bơm qua bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trước khi đưa vào các công trình phía sau Nước thải từ bể điều hòa qua cụm bể trộn và bể phản ứng để kết dính các hạt cặn bẩn thành các bông cặn có kích thước đủ lớn và được giữ lại ở

bể lắng 1 Nước thải từ lắng 1 qua bể Anoxic qua bể Aerotank Tiếp theo qua bể lắng

2 nhằm tách, lắng bùn hoạt tính Nước thải sau lắng 2 dẫn qua bể trung gian rồi qua

bể lọc loại bỏ hàm lượng cặn lơ lửng Trước khi nước được thải ra nguồn tiếp nhận, nước được dẫn qua bể khử trùng để khử mùi hôi và vi sinh vật Bùn từ bể lắng 1 và lắng 2 đưa vào bể chứa bùn, sau đó đến bể nén bùn, qua máy ép bùn và được đưa đi

xử lý Hiệu suất xử lý của công nghệ: BOD5 : 96%, COD : 95%, TSS : 98%, tổng N : 93%, tổng P : 86% Nước thải ra nguồn tiếp nhận đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A

ABSTRACT

This project designed Phu Cuong industrial wastewater treatment plant phase 1 with the capacity of 350m3 / day in Phu Cuong commune, Dinh Quan district, Dong Nai province Waste water in the factories is collected and processed locally to meet the standards of receiving and then discharged into the collection system of the industrial complex leading to the centralized treatment plant The main parameters were BOD5 (400 mg/l), COD (600 mg/l), TSS (500 mg/l), total N (100 mg/l), total P (20 mg/l) After treatment, the wastewater after treatment must reach column A QCVN 40:2011/BTNMT before discharging into the receiving source The proposed design method in this project is the chemical method combining biological method Wastewater retains coarse impurities, large solids are then disposed of Subsequently, the wastewater through the receiving tunnel is pumped through the air conditioning tank to stabilize the flow and concentration of pollutants before entering the rear structures Wastewater from the regulating tank through the pool and reactor pool to deposit the contaminated particles into large size sediment and retained in the settling tank 1 Wastewater from deposit 1 through the anoxic tank through Aerotank Follow through sedimentation tank 2 to separate, sedimentation activated The wastewater after settling 2 passes through the intermediate tank and then through the filter tank to remove suspended solids Before the water is discharged to the receiving source, water is passed through the disinfection tank to remove odors and microorganisms The sludge from the settling tank 1 and settling tank 2 are then placed in a silt reservoir, followed by a slurry tank, through a slurry press and processed The processing efficiency of the technology: BOD5: 96%, COD: 95%, TSS: 98%, total N: 93%, total P: 86% Waste water into the receiving source meets QCVN 40: 2011 / BTNMT column A

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU 1

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN 1

4 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CỤM CÔNG NGHIỆP PHÚ CƯỜNG 3

1.1 ĐỊA ĐIỂM 3

1.2 QUY MÔ 4

1.3 ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 4

1.3.1 Địa hình, địa mạo 4

1.3.2 Khí hậu, thủy văn 4

1.3.3 Điều kiện dân cư – xã hội: 5

1.3.4 Đặc trưng của nước thải 6

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CỤM CÔNG NGHIỆP VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 7

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CỤM CÔNG NGHIỆP 7

2.1.1 Nguồn gốc nước thải cụm công nghiệp 7

2.1.2 Đặc trưng của nước thải cụm công nghiệp 7

2.1.3 Tác hại của nước thải công nghiệp 11

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 12

2.2.1 Phương pháp cơ học 12

2.2.2 Phương pháp hóa lí 19

2.2.3 Phương pháp sinh học 22

2.2.4 Khử trùng nước thải 30

2.2.5 Xử lý cặn của nước thải 31

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 32 3.1 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ 32

3.2 ĐỀ XUẤT, PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ 33 3.2.1 Phương án 1 33

3.2.2 Phương án 2 36

3.2.3 So sánh hai phương án 38

3.2.4 Hiệu suất xử lý của phương án 38

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 41

4.1 XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN VÀ HỆ SỐ KHÔNG ĐIỀU HÒA 41

4.2 SONG CHẮN RÁC 41

4.3 HẦM TIẾP NHẬN 45

4.4 BỂ ĐIỀU HÒA 47

4.5 BỂ TRỘN CƠ KHÍ 51

4.6 BỂ KEO TỤ TẠO BÔNG 54

4.7 BỂ LẮNG 1 (BỂ LẮNG ĐỨNG) 59

4.8 BỂ ANOXIC 64

4.9 BỂ AEROTANK 70

4.10 BỂ LẮNG II (BỂ LẮNG ĐỨNG) 79

4.11 BỂ TRUNG GIAN 85

4.12 BỂ LỌC NHANH 86

4.13 BỂ TIẾP XÚC KHỬ TRÙNG 92

4.14 BỂ CHỨA BÙN 93

4.15 BỂ NÉN BÙN 94

4.16 MÁY ÉP BÙN BĂNG TẢI 96

4.17 BỂ CHỨA 97

CHƯƠNG 5 DỰ TOÁN KINH PHÍ 98

5.1 DỰ TOÁN KINH PHÍ XÂY DỰNG CƠ BẢN 98

5.2 DỰ TOÁN KINH PHÍ THIẾT BỊ 98

5.3 DỰ TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH 107

CHƯƠNG 6 VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 111

6.1 GIAI ĐOẠN ĐƯA HỆ THỐNG VÀO HOẠT ĐỘNG 111

6.2 SỰ CỐ VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 112

6.3 AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG VẬN HÀNH HTXLNT 116

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình CCN Phú Cường 3

Hình 2.1 Song chắn rác thu rác cơ giới 12

Hình 2.2 Bể điều hòa 14

Hình 2.3 Bể lắng cát ngang 15

Hình 2.4 Bể lắng đứng 16

Hình 2.5 Bể lắng ngang 17

Hình 2.6 Bể lắng ly tâm 18

Hình 2.7 Bể keo tụ, tạo bông 19

Hình 2.8 Mô hình xử lý nước thải bằng đất ngập nước 23

Hình 2.9 Cấu tạo bể UASB 26

Hình 2.10 Bể UASB 27

Hình 2.11 Bể Aerotank 28

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số nước thải đầu vào 32

Bảng 3.2 So sánh chỉ tiêu và quy chuẩn hiện hành 33

Bảng 3.3 So sánh 2 phương án 38

Bảng 3.4 Hiệu suất của phương án 39

Bảng 4.1 Thông số thiết kế song chắn rác 45

Bảng 4.2 Thông số thiết kế hầm tiếp nhận 47

Bảng 4.3 Thông số thiết kế bể điều hòa 51

Bảng 4.4 Giá trị G cho bể trộn nhanh 52

Bảng 4.5 Thông số thiết kế bể lắng 1 64

Bảng 4.6 Thông số thiết kế bể Anoxic 70

Bảng 4.7 Thông số đầu vào bể Aerotank 71

Bảng 4.8 Các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn 73

Bảng 4.9 : Thông số thiết kế bể Aerotank 79

Bảng 4.10 Thông số thiết kế bể lắng 2 85

Bảng 5.1 Bảng chi phí xây dựng 98

Bảng 5.2 Bảng chi phí thiết bị 99

Bảng 5.3 Bảng chi phí điện 108

Bảng 6.1 Các chỉ số cần phân tích 112

Bảng 6.2 Các sự cố thường gặp khi vận hành hệ thống 113

Bảng 6.3 Các sự cố thường gặp ở thiết bị và cách khắc phục 115

Bảng 6.4 Lịch kiểm tra hệ thống hàng tuần 118

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD (Biological Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hóa

BOD 5 (Biological Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày

DO (Dissolved Oxygen ) : Oxy hòa tan

COD (Chemical Oxygen Demand) : Nhu cầu oxy hóa học

BTNMT: Bộ Tài nguyên Môi trường

COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa học

MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid _Chất rắn lơ lửng trong bùn, mg/l

MLVSS : Mixed Liquor Volatite Suspended Solid _Chất rắn lơ lửng bay hơi trong

bùn lỏng, mg/l

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

SS: Chất rắn lơ lửng

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời đại hiện nay, công nghiệp hóa – hiện đại hóa càng nhanh chóng kèm theo đó là sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, vì thế lượng nước thải phát sinh ngày càng nhiều, thành phần tính chất nước thải có hàm lượng ô nhiễm ngày càng cao

Nước thải không được xử lý hay xử lý không đạt chuẩn thải vào môi trường gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe con người Chính vì vậy,việc xử lý tốt nước thải là cách tốt nhất và hiệu quả để giảm thiểu vấn đề ô nhiễm hiện nay

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên cùng với mục tiêu củng cố những kiến thức đã học, trang bị thêm những hiểu biết cần thiết nhất cho công việc sau này,được sự giúp

đỡ của PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm, em tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế nhà máy

xử lý nước thải cụm công nghiệp Phú Cường giai đoạn 1 công suất 350m 3 / ngày tại xã Phú Cường, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai”

Phương pháp so sánh: so sánh ưu nhược điểm của các công nghệ xử lý hiện có và

đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp

Phương pháp tính toán : sử dụng các công thức toán học để tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải

Phương pháp đồ họa : dùng phần mềm AutoCAD để mô tả kiến trúc các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Xây dựng trạm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường, giải quyết được vấn đề

ô nhiễm môi trường do nước thải cụm công nghiệp

Góp phần nâng cao ý thức về môi trường cho nhân viên cũng như ban quản lý cụm công nghiệp

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CỤM CÔNG NGHIỆP PHÖ CƯỜNG

1.1 ĐỊA ĐIỂM

Cụm Công nghiệp Phú Cường nằm trên tuyến đường Quốc lộ 20 TP Hồ Chí Minh đi Đà Lạt, cách thành phố Biên Hòa khoảng 40 km, cách Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 70 Km, cách sân bay Long Thành (dự kiến) khoảng 50 km Nằm gần

hồ Trị An, nơi đóng vai trò rất quan trọng về nguồn nước, thủy lợi, thời tiết khí hậu…của cả khu vực này

Vị trí khu vực lập quy hoạch chi tiết cụm công nghiệp Phú Cường tại xã Phú Cường, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai phạm vi giới hạn như sau:

• Phía Bắc: Giáp đất của dân trồng cây ăn quả lâu năm và giáp ranh khu đất dự

án Khu nhà ở và dịch vụ phục vụ công nhân Cụm công nghiệp đang lập hồ sơ Quy hoạch chi tiết xây dựng tỷ lệ 1/500

• Phía Đông: Giáp khu dân cư;

• Phía Tây: Giáp đường đất – Huyện Thống Nhất;

• Phía Nam: Giáp đường đất – Huyện Thống Nhất

Hình 1.1 Mô hình CCN Phú Cường

1.2 QUY MÔ

Dự án CCN Phú Cường được Công ty CP Ðồng Tiến lên kế hoạch thực hiện từ năm 2008, đến tháng 7 – 2013, công ty chính thức khởi công dự án Nằm ở khu vực giáp ranh 2 huyện Ðịnh Quán và Thống Nhất, CCN Phú Cường có tổng diện tích hơn

44 ha, trong đó gần 27 ha xây dựng nhà xưởng, kho bãi, nhà ở cho công nhân với tổng vốn đầu tư khoảng 140 tỷ đồng

Trong cụm công nghiệp Phú Cường, chủ đầu tư quy hoạch chia làm 3 cụm của từng ngành nghề cụ thể :

Cụm 1 : Cụm dành cho nghề dệt – may

Cụm 2 : Cụm dành cho ngành cơ khí, luyện kim

Cụm 3 : Cụm dành cho ngành chế biến nông sản

1.3 ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

1.3.1 Địa hình, địa mạo

Địa hình khá dốc, xét trên diện tích cục bộ thì địa hình dốc từ giữa khu đất ra phía Đông khu đất và dốc nhiều xuống phía Tây ở đoạn cuối của khu đất

Nhìn chung khu vực phía Nam gần đường đất có cao độ dốc ít hơn

1.3.2 Khí hậu, thủy văn

a Khí tượng

Xã Phú Cường – Huyện Định Quán - Tỉnh Đồng Nai thuộc vùng Đông Nam bộ, chịu ảnh hưởng trực tiếp của vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, với hai mùa mưa nắng rõ rệt

Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa chiếm 90 - 94% lượng mưa cả năm, trong lúc lượng bốc hơi 47 - 60%, độ ẩm không khí 70 - 80%, lượng mưa cao nhất vào tháng 8 và tháng 9

Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, mưa ít, bốc hơi nhanh, mực nước ngầm hạ sâu

Lượng mưa cả năm từ 1.800 - 2.100mm Nhiệt độ trung bình 24 – 270 C

b Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình năm: 26.80 C

Nhiệt độ trung bình cao nhất: 28.70 C (tháng 6)

Nhiệt độ trung bình thấp nhất: 25.20 C (tháng 12)

Chế độ nhiệt độ tương đối điều hòa Biên độ nhiệt giữa tháng nóng nhất và lạnh nhất khoảng trên 30C Tuy nhiên, biên độ nhiệt trong một ngày đêm tương đối lớn (khoảng 100C)

c Độ ẩm

Kết quả quan trắc tại trạm khí tượng Định Quán nhiều năm cho thấy chênh lệch giữa nơi khô nhất và ẩm nhất ở vùng khoảng 5%

Thời kỳ ẩm trùng với thời kỳ mưa (từ tháng V đến tháng XII), độ ẩm trung bình

từ 78% trở lên Thời kỳ khô trùng với mùa khô, ẩm độ thường ở mức thấp hơn 74% Các tháng có độ ẩm trung bình cao nhất là các tháng IX-X, các tháng có độ ẩm nhỏ nhất là II-III

d Gió và hướng gió

Hai hướng gió chủ đạo trong năm là Tây Nam và Đông Bắc

Gió Tây Nam thổi vào mùa mưa (từ tháng 6 đến tháng 10) với tần suất 70% Gió Đông Bắc thổi vào mùa khô (các tháng từ 11 đến tháng 2 năm sau) với tần suất 60% Từ tháng 2 đến tháng 6 có gió Đông Nam

Tốc độ gió trung bình năm tại đo được là 2,0 m/s

e Địa chất thủy văn, địa chất công trình

Toàn bộ hệ thống kênh rạch trong Cụm công nghiệp chịu ảnh hưởng của chế độ thủy văn sông Đồng Nai, Hồ Trị An, có vài suối nhỏ chảy qua, lưu lượng nước phụ thuộc vào hai mùa mưa nắng Trong khu vực dự án có một số con suối cạn tự nhiên thoát nước mặt cho toàn bộ khu vực dẫn nước từ trên cao theo địa hình tự nhiên đổ vào Hồ Trị An ra Sông Đồng Nai Các con suối này khô cạn không có nước vào mùa khô

1.3.3 Điều kiện dân cư – xã hội:

CCN Phú Cường nằm trong khu vực dân cư của 2 huyện Định Quán và Thống Nhất Lực lượng lao động trẻ dồi dào có thể đáp ứng đủ nhu cầu lao động của CCN Quy hoạch: Giao thông tiếp giáp QL 20 về phía đông, đường liên huyện Thống Nhất – Định Quán chạy dọc ranh về phía Nam

Cấp nước: Hiện tại sử dụng nguồn giếng khoan Khi hoàn thành, dự án Nhà máy nước sạch 12ha tại xã Gia Tân sẽ cung cấp nước cho CCN

Cấp điện: Đường điện 110KV chạy ngang sẽ cung cấp điện cho CCN

Phương tiện truyền thông: Hệ thống cáp viễn thông, đường truyền ADSL, truyền

số liệu

Tổng mức đầu tư hạ tầng CCN Phú Cường khoảng 137 tỷ đồng Dự kiến tổ chức

lễ khởi công CCN và ký kết hợp đồng với 2 doanh nghiệp trong quý 2 năm 2013

1.3.4 Đặc trưng của nước thải

Nước thải của các nhà máy từ cụm công nghiệp chưa có tính ô nhiễm cao, mang tính chất chung của nước thải sinh hoạt,đặc trưng của loại nước thải này thường có nhiều chất rắn lơ lửng, nồng độ BOD, SS,…cao, nếu không được tập trung xử lý thì

sẽ ảnh hưởng xấu đến nguồn nước bề mặt Ngoài ra, khi tích tụ lâu ngày, các chất hữu cơ này sẽ bị phân hủy gây ra mùi hôi thối Do đó, xây dựng hệ thống xử lý là biện pháp tích cực để không chế nguồn ô nhiễm

Nước thải từ cụm 1 – thông thường nước thải này chiếm đa số - khoảng 60 – 70% tổng lưu lượng chủ yếu là nước thải sinh hoạt của công nhân và nước thải từ nhà

ăn (nếu có), thành phần ô nhiễm chính là chất hữu cơ ( BOD) , nitơ

Nước thải từ cụm 2 – thông thường lượng nước thải này rất ít, chiếm khoảng 5 – 10% tổng lưu lượng: chủ yếu là nước thải sinh hoạt của công nhân, nước thải từ nhà

ăn (nếu có), trong trường hợp quản lý không tốt nội vi nhà máy, thành phần ô nhiễm chính ngoài chất hữu cơ (BOD), nitơ còn có nhiễm dầu

Nước thải từ cụm 3 – thông thường lượng nước thải này chiếm một phần – khoảng 20 – 30% tổng lưu lượng : chủ yếu là nước thải từ quá trình rửa, làm sạch nguyên liệu, thành phần ô nhiễm chính là COD, độ màu, chất rắn lơ lửng (SS) rất cao

Hiện tại, các doanh nghiệp đang đi vào hoạt động đa phần thuộc cụm 1 nên chủ yếu tập trung vào việc xử lý chất hữu cơ và nitơ bằng phương pháp vi sinh Vì vậy giai đoạn 1 được xây dựng nhầm mục đích xử lý triệt để thành phần nước thải sinh hoạt từ các doanh nghiệp hiện hữu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CỤM CÔNG NGHIỆP VÀ

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CỤM CÔNG NGHIỆP

2.1.1 Nguồn gốc nước thải cụm công nghiệp

Nước thải công nghiệp là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất như nước thải khi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công nhân viên Nước thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng như lượng phát thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hình công nghiệp, loại hình công nghệ sử dụng, tính hiện đại của công nghệ, tuổi thọ của thiết bị, trình độ quản lý của cơ sở và

ý thức cán bộ công nhân viên

Nước thải sản xuất chia làm 2 loại :

− Nước thải sản xuất bẩn là nước thải sinh ra từ quá trình sản xuất sản phẩm, xúc rửa máy móc thiết bị, từ quá trình sinh hoạt của công nhân viên, loại nước này chưa nhiều tạp chất, chất độc hại, vi khuẩn,

− Nước thải sản xuất không bẩn là loại nước sinh ra chủ yếu khi làm nguội thiết

bị, giải nhiệt trong các trạm làm lạnh, ngưng tụ hơi nước cho nên loại nước thải này thường được quy ước là nước sạch

2.1.2 Đặc trưng của nước thải cụm công nghiệp

a Thông số vật lý

 Chất rắn lơ lửng:

Chất rắn lơ lửng trong nước thải có bản chất là:

 Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù ( phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét)

 Các chất hữu cơ không tan

 Các vi sinh vật ( vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh …)

Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý

 Mùi :

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S – mùi trứng thối Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skanol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S

 Độ màu

Màu của nước thải là do các chất sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do các sản phẩm được tạo ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ Đơn vị đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt – Co)

Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng

để đánh giá trạng thái chung của nước thải

b Thông số hóa học

 Độ pH của nước

pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước

Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hòa tan trong nước

pH có ảnh hưởng đến hiệu quả của tất cả quá trình xử lý nước Độ pH có ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh kinh tế môi trường

 Nhu cầu oxy hóa học ( Chemical Oxygen Demand – COD)

Nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh) Về bản chất, đây

là thông số được sử dụng để xác định tổng hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước, bao gồm cả nguồn gốc sinh vật và phi sinh vật

COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nước từ

đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp

 Nhu cầu oxy sinh học ( Biochemical Oxygen Demand – BOD)

Thông số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy chất hữu

cơ trong điều kiện chuẩn : 200C, ủ mẫu 5 ngày đêm, trong bóng tối, giàu oxy và vi khuẩn hiếu khí Nói cách khác, BOD biểu thị hàm lượng giảm oxy hòa tan sau 5 ngày Thông số này càng lớn nếu mẫu nước chưa càng nhiều chất hữu cơ có thể làm thức ăn cho vi khuẩn, hay các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (Carbonhydrat, protein,lipit…)

BOD là thông số quan trọng:

− Là chỉ tiêu đánh duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước và nước thải

− Là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thủy vực thiên nhiên

− Là thông số bắt buộc để tính toán mức độ làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường

 Oxy hòa tan ( Dissolved Oxygen – DO)

Tất cả các sinh vật sống đều phụ thuộc vào oxy dưới dạng này hay dạng khác để duy trì các tiến trình trao đổi chất nhằm sinh ra năng lượng phục vụ cho quá trình phát triển và sinh sản của mình Oxy là yếu tố quan trọng đối với con người cũng như các thủy sinh vật khác

Oxy là chất khí hoạt động hóa học mạnh, tham gia mạnh mẽ vào các quá trình hóa sinh học trong nước :

− Oxy hóa các chất khử vô cơ : Fe2+ , Mn2+, S2-, NH3…

− Oxy hóa các chất hữu cơ trong nước làm nước bẩn trở nên sạch hơn Quá trình này gọi là quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, được thực hiên nhờ vai trò quan trọng của một số vi sinh vật hiếu khí trong nước

− Oxy là chất oxy hóa quan trọng giúp các sinh vật nước tồn tại và phát triển Hàm lương oxy hòa tan là thông số đặc trưng cho mức độ nhiễm bẩn chất hữu cơ của nước mặt

 Nitơ và các hợp chất chứa nitơ

Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất Nitơ là thành phần cấu tạo nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với lượng rất lớn Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất nitơ vô cơ như NH4+, NO2-, NO3- và có thể cuối cùng trả lại N2cho không khí

Trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần chứa nitơ: từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion nitơ vô cơ

là sản phẩm của qua trình khoáng hóa các chất kể trên :

− Các hợp chất hữu cơ đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước,

có thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự nhiên giàu protein

− Các hợp chất chưa nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả nitơ hữu cơ và nitơ vô cơ (NH4+, NO2-, NO3-)

 Phospho và các hợp chất chứa phospho

Trong các loại nước thải, phospho hiện diện chủ yếu dưới dạng các phosphate Các hợp chất phosphate được chia thành phosphate hữu cơ và phosphate vô cơ

Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật Việc xác định P tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để bảo đảm quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phospho và các hợp chất chứa phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạch của tảo và vi khuẩn lam

 Chất hoạt động bề mặt

Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong một số ngành công nghiệp

c Các thông số sinh vật

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho người Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản Một số các vi sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàn, bao gồm vi khuẩn, vi rút, giun sán

Do chất thải của con người và động vật đưa vào nước

Vi khuẩn E.coli có khả năng tồn tại cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác do đó vi khuẩn E.coli là vi khuẩn đặc trưng cho việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước

2.1.3 Tác hại của nước thải công nghiệp

a Tổn thất tới hệ sinh thái năng suất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản

Sông suối là nguồn tiếp nhận và vận chuyển các chất ô nhiễm trong nước thải từ các KCN, CCN và các cơ sở sản xuất kinh doanh Nước thải chứa chất hữu cơ vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm giảm lượng ôxy trong nước, các loài thủy sinh bị thiếu ôxy dẫn đến một số loài bị chết hàng loạt Sự xuất hiện các độc chất như dầu mỡ, kim loại nặng, các loại hóa chất trong nước sẽ tác động đến động thực vật thủy sinh và đi vào chuỗi thức ăn trong hệ thống sinh tồn của các loài sinh vật, cuối cùng sẽ ảnh hưởng tới sức khỏe con người

b Gia tăng gánh nặng bệnh tật

Tổn thất kinh tế do gia tăng gánh nặng bệnh tật Theo con số thống kê , từ năm

1976 đến 1990 ở nước ta mới chỉ có 5.497 trường hợp mắc bệnh nghề nghiệp, nhưng đến 2004 số người mắc bệnh đã tăng lên gấp 3 lần với tổng số 21.597 người

Dự báo số người mới mắc bệnh nghề nghiệp đến năm 2010 là trên 30 ngàn Tổng

số tiền chi cho trợ cấp bệnh nghề nghiệp từ 2000 - 2004 là hơn 50 tỷ đồng Ô nhiễm môi trường đã gây ảnh hưởng rõ rệt đến sức khỏe cho người dân sống khu vực lân cận các nhà máy, từ đó gây ra tổn thất kinh tế cho khám chữa bệnh và các thiệt hại thu nhập do bị bệnh

c Ô nhiễm nguồn nước, đất và những tác hại đến sức khỏe

Nước thải từ các KCN không được xử lý gây ô nhiễm nước mặt và nước ngầm,

từ đó ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước cấp và có thể thông qua chuỗi thức ăn gây ảnh hướng xấu tới sức khỏe con người Các bệnh chủ yếu liên quan đến chất lượng nước là bệnh đường ruột, các bệnh do ký sinh trùng, vi khuẩn, virus, nấm mốc , các bệnh do côn trùng trung gian và các bệnh do vi yếu tố và các chất khác trong nước (bệnh bướu cổ địa phương, bệnh về răng do thiếu hoặc thừa fluor, bệnh

do nitrat cao trong nước, bệnh do nhiễm độc bởi các độc chất hóa học có trong nước

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.2.1 Phương pháp cơ học

Xử lý cơ học nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan như rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi… ra khỏi nước thải, điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

Các công trình xử lý cơ học nước thải thông dụng như: song chắn rác, lưới lọc,

bể lắng, bể điều hòa,bể tách dầu…

a Song chắn rác

Được sử dụng để giữ lại các cặn bẩn có kích thước lớn có trong nước thải chủ yếu là rác nhằm tránh hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn hoặc làm hư hỏng bơm Khi lượng rác giữ lại đã nhiều thì dùng cào để cào rác lên rồi tập trung lại đưa đến bãi rác để xử lý

Hình 2.1 Song chắn rác thu rác cơ giới

Song chắn rác đặt trước trạm bơm trên đường tập trung nước thải chảy vào hầm bơm Song chắn rác tự động được chế tạo hoàn toàn bằng thép không gỉ, chịu được

sự ăn mòn hóa chất Bao gồm các thanh kim loại xếp song song nhau có tiết diện tròn hay hình chữ nhật, và thường có hình chữ nhật Song chắc rác thường dễ dàng trược lên xuống dọc theo 2 khe ở thành mương dẫn và đặt nghiêng so với hướng dòng chảy một góc 45 – 60o để tăng hiệu quả và tiện lợi khi làm vệ sinh

 Ưu diểm

− Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt

− Giữ lại tất cả các tập chất lớn

 Nhược điểm

− Không xử lí, chỉ giữ lại tạm thởi các tạp vật lớn

− Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian

− Phải xử lí rác thứ cấp

b Bể tách dầu

Bể tách dầu dùng để loại bỏ các chất nổi (dầu, mỡ,hạt nhựa nhẹ,…) có ra khỏi nước thải sản xuất  không gây ảnh hưởng tới công trình xử lý hóa lý,sinh học phía sau

− Tiết kiệm hóa chất keo tụ, giảm tải trọng chất bẩn và giữ ổn định cho các quá trình xử lý tiếp sau

− Lắng cát, cặn bẩn có dính dầu mỡ để loại trừ bít tắc các thiết bị

Tách dầu ra khỏi nước thải có thể thực hiện bằng hai quá trình:

− Tách dầu bằng trọng lực: các hạt dầu mỡ có tỉ trọng nhẹ hơn nước sẽ nổi lên mặt nước và gạt ra ngoài, còn các hạt cặn dính dầu nặng hơn nước sẽ lắng xuống đáy và được tháo ra ngoài

− Dùng lục nhân tạo: lực ly tâm, cyclon thủy lực, lọc qua lớp vật liệu có khả năng dính bám dầu mỡ

Nguyên tắc tách dầu bằng trọng lực dựa trên sự khác nhau giữa tỉ trọng dầu và nước

c Bể điều hòa

Nhiệm vụ của bể điều hòa:

− Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải

− Ổn định lưu lượng

− Giảm và ngăn cản các chất độc hại đi vào công trình xử lý sinh học tiếp theo

− Tiết kiệm hóa chất để khử trùng nước thải

− Trong xử lý hoá học, ổn định tải lượng sẽ dể dàng điều khiển giai đoạn chuẩn

bị và châm hoá chất , tăng cường độ tin cậy của quy trình

 Nhược điểm

− Diện tích mặt bằng hoặc chỗ xây dựng cần tương đối lớn

− Bể điều hoà hoà ở những nơi gần khu dân cư cần được che kín để hạn chế mùi

− Đòi hỏi phải khuấy trộn và bảo dưỡng

− Chi phí đầu tư tăng

Cấu tạo :

Bể có cấu tạo giống bể chứa hình chữ nhật, dọc một phía tường của bể đặt một

hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45 - 60 cm Dưới dàn ống sục khí là máng thu cát Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,2 - 0,4 dốc nghiêng về phía máng thu để cát trược theo đáy vào máng

Nguyên lý hoạt động :

Tại bể lắng cát không khí được đưa vào đáy bể, kết hợp với dòng nước chảy thẳng tạo thành quỹ đạo vòng của chất lỏng và tạo dòng ngang có tốc độ không đổi ở đáy bể Do tốc độ tổng hợp của các chuyển động đó mà các chất hữu cơ lơ lững

không lắng xuống nên trong thành phần cặn lắng chủ yếu là cát đến 90 - 95% và ít bị thối rữa

Nhƣng cần phải kiểm soát tốc độ thổi khí để đảm bảo tốc độ dòng chảy đủ chậm để hạt cát lắng đƣợc, đồng thời dễ dàng tách cặn hữu cơ bám trên hạt và đủ lớn không cho các cặn hữu cơ lắng Cát sau khi tách sẻ đƣợc chuyển đến sân phơi cát

Nước phân phối vào bể lắng thông qua vách hướng dòng đặt ở đầu bể Dòng nước chứa cặn di chuyển theo phương ngang đến cuối bể, những hạt cặn có kích thước lớn, nặng bị lắng xuống dưới tác động của trọng lực và được thu gom, xử lý Nước sạch được thu qua các máng thu nước đặt cuối bể hoặc trên bề mặt

Hình 2.5 Bể lắng ngang

Ưu điểm : dễ thiết kế, xây dựng và vận hành, có thể làn hố thu cặn ở đầu bể và

có thể làm nhiều hố thu cặn dọc theo chiều dài của bể Hiệu quả xử lí cao

Nhược điểm : giá thành cao, có nhiều hố thu cặn tạo nên những vùng xoáy làm giảm khả năng lắng của các hạt cặn, chiếm nhiều diện tích xây dựng

 Bể lắng ly tâm

Nước cần xử lý theo ống trung tâm vào giữa ngăn phân phối, rồi được phân phối vào vùng lắng Ở đây, nước chuyển động chậm dần từ tâm ra bể ngoài, sau đó cặn được lắng xuống đáy

 Chiều cao công tác nhỏ;

 Khi xả cặn vẫn làm viêc bình thường, tháo cặn liên tục dễ dàng;

 Nước trong chỉ có thể thu vào bằng hệ thống máng xung quanh bể nên thu nước không đều;

 Cấu tạo phức tạp;

 Chi phí năng lượng cao;

 Vận hành đòi hỏi kinh nghiệm, chi phí cao

2.2.2 Phương pháp hóa lí

Cơ sở của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chất này phản ứng với các tạp chất bẩn trong nước thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dưới dạng hòa tan không độc hại

Các phương pháp hóa lý thường được sử dụng là quá trình keo tụ, trung hòa kết tủa cặn , oxy hóa khử, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi…

a Keo tụ, tạo bông

 Nguyên tắc hoạt động

Khi chất keo tụ cho vào nước thải, các hạt keo bản thân trong nước bị mất tính

ổn định tương tác với nhau kết cụm lại thành các bông cặn lớn, dễ lắng

Hình 2.7 Bể keo tụ, tạo bông

 Yếu tố ảnh hưởng

Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo có kích thước rất nhỏ (10-7 - 10-8 cm) Các chất này tồn tại ở dạng phân tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng của chúng thì thêm vào nước thải một số hóa chất như

phèn nhôm, phèn sắt, polymer,… Các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn

Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: A12(SO4)3.18H2O, NaA1O2 , Al2(OH)3Cl, KA1(SO4)2.12H2O , NH4A1(SO4)2.12H2O; phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O ,FeSO4.7H2O , FeCl3 hay chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp

Quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

− Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ

− Thực hiện quá trình hấp phụ;

− Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán trong) Người ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét, silicagen…Để loại những chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá, dẫn xuất phenol và hydroxyl…

Ứng dụng của quá trình hấp phụ

− Tách các chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính;

− Có thể dùng than hoạt tính khử thuỷ ngân;

− Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân huỷ;

Ứng dụng còn hạn chế do chi phí cao

c Trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các chất và

đạt được mức độ làm sạch cao Vì vậy nó là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải Bản chất của quá trình trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này được gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước Các chất trao đổi ion có khả năng trao đổi các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit và chúng mang tính acid Các chất có khả năng trao đổi với các ion âm gọi là các anionit và chúng mang tính kiềm Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng là ionit lưỡng tính Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ

có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo

Ứng dụng của quá trình trao đổi ion:

Làm mềm nước: ứng dụng quan trọng của quá trình trao đổi ion là làm mềm nước, trong đó các ion Ca2+

và Mg2+ được tách khỏi nước và thay thế vị trí Na+ trong hạt nhựa Đối với các quá trình làm mềm nước, thiết bị trao đổi ion axit mạnh với

Na+ được sử dụng

Khử khoáng: trong quá trình khử khoáng, tất cả các ion âm và các ion dương đều

bị khử khỏi nước Nước di chuyển qua hệ thống hai giai đoạn gồm bộ trao đổi cation axit mạnh ở dạng H+ nối tiếp với bộ trao đổi anion bazơ mạnh ở dạng OH-

Khử ammonium (NH4+): quá trình trao đổi ion có thể được dùng cô đặc NH4+ có trong nước thải Trong trường hợp này, phải sử dụng chất trao đổi chất có tính lựa chọn NH4+ cao chẳng hạn như clinoptilolite Sau khi tái sinh, dung dịch đậm đặc có thể được chế biến thành phân

d Phương pháp oxy hóa và khử

Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali, oxy không khí, ozon

Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước thải Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác

Oxy hóa bằng Clo

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất.Người ta

sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải

Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng

Cl2 + H2O = HOCl + HCl

HOCl ↔ H+ + OCl

-Tổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính

Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit, clorat, dioxyt clo, clorat canxi được nhận theo phản ứng

Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O

Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là: 10 g/m3

đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn

2.2.3 Phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp xử lí sinh học nước thải là dựa vào khả năng oxy hóa các liên kết hữu cơ dạng hòa tan và không tan của vi sinh vật Chúng sử dụng các liên kết đó như là nguồn thức ăn của chúng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật

Phương pháp này được sử dụng để xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải Các phần xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộ qua các quá trình xử lý cơ học, hóa lý

Các phương pháp sinh học có thể được phân chia dựa trên các cơ sở khác nhau, nhưng chúng ta có thể chia thành hai loại chính như sau:

− Xử lý sinh học hiếu khí là biện pháp xử lý nước thải sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí Đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 – 40oC

− Xử lý sinh học yếm khí là biện pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí để loại

bỏ các chất hữu cơ có trong nước thải

Ngoài ra còn có các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên như: hồ sinh học, hệ thống xử lý bằng thực vật nước, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, đất ngập nước…

a Trong điều kiện tự nhiên

 Đất ngập nước

Các công trình xử lý nước thải trong đất là những vùng đất quy hoạch tưới nước thải định kỳ gọi là cánh đồng ngập nước (cánh đồng tưới và cánh đồng lọc) Cánh đồng ngập nước được tính toán thiết kế dựa vào khả năng giữ lại, chuyển hoá chất bẩn trong đất Khi lọc qua đất, các chất lơ lửng và keo sẽ được giữ lại ở lớp trên cùng Những chất đó tạo nên lớp màng gồm vô số vi sinh vật có khả năng hấp phụ và oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồng ngập nước phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, mực nước ngầm, tải trọng, chế độ tưới, phương pháp tưới, nhiệt độ và thành phần tính chất nước thải Đồng thời nó còn phụ thuộc vào các loại cây trồng ở trên bề mặt Trên cánh đồng tưới ngập nước có thể trồng nhiều loại cây, song chủ yếu là loại cây không thân

Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp phụ và oxy hoá mà sản phẩm tạo ra là sinh khôi của nó, CO2, các muối nitrat, nitrit, Khí CO2 và các hợp chất nitơ, phốt pho được rong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp Trong giai đoạn này sẽ giải phóng oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá các chất hữu cơ và vi khuẩn

Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn Tuy nhiên trong trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển

tự hình thức tự dưỡng sang dị dưỡng, tham gia vào quá trình oxy hoá các chất hữu

cơ Nấm nước, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự

Theo bản chất quá trình xử lý nước thải và điều kiện cung cấp oxy người ta chia

hồ sinh học ra hai nhóm chính: hồ sinh học ổn định nước thải và hồ làm thoáng nhân

tạo

Hồ sinh học ổn định nước thải: Có thời gian nước lưu lại lớn (từ 2 – 3 ngày đến hàng tháng) nên điều hoà được lưu lượng và chất lượng nước thải đầu ra Oxy cung cấp cho hồ chủ yếu là khuếch tán qua bề mặt hoặc do quang hợp của tảo Quá trình phân huỷ chất bẩn diệt khuẩn mang bản chất tự nhiên

Theo điều kiện khuấy trộn hồ sinh học làm thoáng nhân tạo: Có thể chia thành hai loại là hồ sinh học làm thoáng hiếu khí và hồ sinh học làm thoáng tuỳ tiện Trong

hồ sinh học làm thoáng hiếu khí nước thải trong hồ được xáo trộn gần như hoàn toàn Trong hồ không có hiện tượng lắng cặn Hoạt động hồ gần giồng như bể Aerotank Còn trong hồ sinh học làm thoáng tuỳ tiện còn có những vùng lắng cặn và phân huỷ chất bẩn trong điều kiện yếm khí Mức độ xáo trộn nước thải trong hồ được hạn chế

b Trong điều kiện nhân tạo

 Xử lý sinh học bằng phương pháp bám dính

Các màng sinh vật bao gồm các loại vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tuỳ tiện, động vật nguyên sinh, giun, bọ, … hình thành xung quanh hạt vật liệu lọc hoặc trên bề mặt giá thể (sinh trưởng bám dính) sẽ hấp thụ chất hữu cơ Các công trình chủ yếu là bể lọc sinh học, đĩa lọc sinh học, bể lọc sinh học có vật liệu lọc nước,

Các công trình xử lý nước thải theo nguyên lý bám dính chia làm hai loại: Loại

có vật liệu lọc tiếp xúc không ngập trong nước với chế độ tưới nước theo chu kỳ và loại có vật liệu lọc tiếp xúc ngập trong nước ngập oxy Điều kiện làm việc bình thường của các loại công trình xử lý nước thải loại này là nước thải có pH từ 6,5- 8,5;

đủ oxy, hàm lượng cặn lơ lửng không vượt quá 150mg/l

 Đĩa lọc sinh học

Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo nguyên lý bám dính Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ,… hình tròn đường kính 2 – 4m dày dưới 10mm ghép với nhau thành khôi cách nhau 30 – 40mm và các khôi này được bố trí thành dãy nôi tiếp quay đều trong bể nước thải Đĩa lọc sinh học được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt với công suất không hạn chế Tuy nhiên người

ta thường sử dụng hệ thông đĩa để cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 5000

m3/ngày

 Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước:

Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước hoạt động theo nguyên lý lọc dính bám Công trình này thường được gọi là Bioten có cấu tạo gần giông với bể lọc sinh học và Aerotank Vật liệu lọc thường được đóng thành khôi và ngập trong nước Khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải Khi nước thải qua lớp vật liệu lọc, BOD bị khử và NH4+ bị chuyển hoá thành

NO3- trong lớp màng sinh vật Nước đi từ dưới lên, chảy vào máng thu và được dẫn

UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối

từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (0,6-0,9m/h) Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha

Hình 2.9 Cấu tạo bể UASB

Nguyên lý hoạt động :

Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật kỵ khí, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng – khí, các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo

Hình 2.10 Bể UASB

Một số ưu điểm nổi bật của bể UASB sau:

− Ba quá trình: phân hủy - lắng bùn - tách khí diễn ra trong cùng một công trình

− Tiết kiệm diện tích sử dụng;

− Hiệu suất lắng cao do các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao;

− Khí CH4 có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng xanh;

− Vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không hoạt động nên bể có khả năng hoạt động theo mùa

Tại bể UASB, các vi sinh vật kỵ khí sẽ phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí biogas theo phản ứng sau: Chất hữu cơ + Vi sinh kỵ khí → CH4 + H2S + Sinh khối mới +…

Trong bể phản ứng UASB có bộ phận tách 3 pha: khí biogas, nước thải và bùn kỵ khí Khí biogas được thu gom và phát tán vào môi trường qua ống khói Bùn kỵ khí được tách ra và quay trở lại bể phản ứng, nước thải sau khi được tách bùn và khí được dẫn sang bể xử lý hiếu khí (Aerotank) Hiệu suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD đạt khoảng 60 ÷ 72%

 Bể Aerotank

Nguyên lý hoạt động :

Nước thải sau khi qua quá trình xử lý sinh học kỵ khí trong bể UASB đã giảm hàm lượng lớn các chất hữu cơ được dẫn đến bể Aerotank Tại bể Aerotank diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp từ máy thổi khí, máy sục khí bề mặt Tại đây, các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân huỷ các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở đơn giản như: CO2,

 Bể Anoxic

Bể anoxic là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học Công nghệ khử nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học phổ biến nhất hiện nay là: Nitrat hóa và khử Nitrat, diễn biến của quá trình này như sau:

 Nitrat hóa

Nitrat hoá là một quá trình tự dưỡng (năng lượng cho sự phát triển của vi khuẩn được lấy từ các hợp chất ôxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amôni Ngược với các vi sinh vật dị dưỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn các bon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo thành trên một đơn vị của quá trình trao đổi chất nhỏ hơn nhiều lần so với sinh khối tạo thành của quá trình dị dưỡng

Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amôni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại vi sinh vật , đó là vi khuẩn Nitrosomonas và Vi khuẩn Nitrobacter Ở giai đoạn đầu tiên amoni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat:

Bước 1 NH4+ + 1,5 O2 –> NO2- + 2H+ + H2O

Bước 2 NO2- + 0,5 O2 –> NO3

-Các vi khuẩn Nitrosomonas và Vi khuẩn Nitrobacter sử dụng năng lượng lấy từ các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối Có thể tổng hợp quá trình bằng phương trình sau :

NH4+ + 2 O2 –> NO3- + 2H+ + H2O (*)

Cùng với quá trình thu năng lượng, một số iôn Amôni được đồng hoá vận chuyển vào trong các mô tế bào Quá trình tổng hợp sinh khối có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O –> C5H7NO2 + 5O2

C5H7NO2 tạo thành sinh khối Toàn bộ quá trình ôxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau :

NH4+ + 1,83O2 + 1,98 HCO3- –> 0,021 C5H7NO2 + 0,98 NO3- + 1,041 H2O + 1,88 H2CO3

Lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá amôni thành nitrat cần 4,3 mg O2/ 1mg NH4+ Giá trị này gần bằng với giá trị 4,57 thường được sử dụng trong các công thức tính

toán thiết kế Giá trị 4,57 được xác định từ phản ứng (*) khi mà quá trình tổng hợp sinh khối tế bào không được xét đến

 Khử nitrit và nitrat:

Trong môi trường thiếu ôxy các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kị khí tuỳ tiện) sẽ tách ôxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để ôxy hoá chất hữu cơ Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước

Khử nitrat :

NO3- + 1,08 CH3OH + H+ –> 0,065 C5H7NO2 + 0,47 N2 + 0,76 CO2 + 2,44 H2O

+ Khử nitrit :

NO2- + 0,67 CH3OH + H+ –> 0,04 C5H7NO2 + 0,48 N2 + 0,47 CO2 + 1,7 H2O Như vậy để khử nitơ công trình xử lý nước thải cần :

− Điều kiện yếm khí ( thiếu ôxy tự do )

− Có nitrat (NO3- ) hoặc nitrit (NO2-)

− Có vi khuẩn kị khí tuỳ tiện khử nitrat;

− Có nguồn cácbon hữu cơ

− Nhiệt độ nước thải không thấp

a Khử trùng nước thải bằng Iot

Là chất khó hòa tan nên Iod được dùng ở dạng dung dịch bảo hòa Độ hòa tan của Iod phụ thuộc vào nhiệt độ của nước Khi độ pH = 7, Iot sử dụng lấy từ 0,3 - 1 mg/l, nếu sử dụng cao hơn 1,2 mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị Iod

b Khử trùng nước bằng ozon:

Tác dụng diệt trùng xảy ra mạnh khi Ozon đã hòa tan đủ liều lượng, mạnh và nhanh gấp 3100 lần so với Clo Thời gian khử trùng xảy ra trong khoảng từ 3 - 8 giây Lượng Ozon cần để khử trùng nước thải từ 0,2 - 0,5 mg/lít, tùy thuộc vào chất lượng nước, cường độ khuấy trộn và thời gian tiếp xúc (thường thời gian tiếp xúc cần

thiết 4 - 8 phút) Ưu điểm không có mùi, giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ chất hữu cơ, giảm nồng độ các chất hoạt tính bề mặt, khử màu, chất rắn, Nitơ, Phốt pho, Phênol, Cianua Nhược điểm của phương pháp này là tiêu tốn năng lượng lớn

và chi phí đầu tư ban đầu cao

c Khử trùng nước bằng tia tử ngoại:

Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước, các tia cực tím sẽ chiếu qua dòng nước và tiêu diệt vi trùng Công nghệ này chủ yếu dùng trong sinh hoạt

ép, thiết bị ly tâm cặn… Độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55% đến 75%

Để tiếp tục làm giảm thể tích cặn có thể thực hiện sấy bằng nhiệt với nhiều dạng thiết bị khác nhau: thiết bị sấy dạng khí nén, băng tải… Sau khi sấy, độ ẩm còn 25% đến 30% và cặn ở dạng hạt dễ dàng vận chuyển

Đối với các trạm xử lý nước thải công suất nhỏ, việc xử lý cặn có thể tiến hành đơn giản hơn: nén và sau đó làm ráo nước ở sân phơi cặn trên nền cát

CHƯƠNG 3

ĐỀ XUẤT – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

3.1 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ

Nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất, từ hoạt động sinh hoạt của công nhân trong các nhà máy được thu gom và xử lý cục bộ đạt tiêu chuẩn tiếp nhận sau đó xả vào hệ thống thu gom của cụm công nghiệp, dẫn về nhà máy xử lý tập trung

Tổng lưu lượng nước thải cần xử lý :

Lưu lượng trung bình ngày : 1000 m3/ngày.đêm chia thành 3 modules riêng biệt Công suất 1 module : 350 m3/ngày.đêm

Thời gian làm việc mỗi ngày : 24 giờ/ngày

Số ngày làm việc trong tuần: 7 ngày/tuần

Bảng 3.1 Thông số nước thải đầu vào

3.2 CƠ SỞ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ

Lưu lượng nước thải cần xử lý cho gian đoạn 1 là 350 m3/ngày.đêm

Nước thải sau xử lý phải đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A

Nguồn tiếp nhận là Suối Cạn và sau đó sẽ chảy về hồ Trị An Chọn Kq = 0,9