Đồ án tốt nghiệp Xử lý nước thải sinh hoạt 1000 hộ dân

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật Sinh Học 2018 Chuyên ngành Xử Lý nước thải Sinh hoạt, quy mô 1000 hộ dân Tính toán chi tiết công nghệ xử lý, xây dựng thiết bị xử lý, kinh tế dành cho hệ thống. Xử lý nước thải đô thị, xử lý nước thải sinh hoạt nông thôn

Từ những ngày còn ngồi trên ghế phổ thông, với niềm yêu thích với môn Sinh Học

và ước mơ là trở thành một kỹ sư, Bách khoa và Viện Công nghệ Sinh Học và Côngnghệ Thực Phẩm đã là mục tiêu phấn đấu của em suốt những năm tháng đó Bây giờ,sau gần 5 năm là một sinh viên Bách khoa, được sống, học tập cùng những người bạncùng đam mê, những giảng viên luôn tận tâm, tận lực để đào tạo, giúp đỡ, cung cấp kiếnthức cho chúng em xây dựng nền móng cho tương lai của mình Với đồ án tốt nghiệpnày, em hy vọng đây sẽ là hành trang cuối cùng, giúp em vững bước vào đời, gặt háithành công cho mình, góp phần phát triển quê hương đất nước

Để đồ án này đạt kết quả tốt đẹp, em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, giúp đỡ củanhiều thầy cô, bạn bè Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép em được bày tỏ lòngbiết ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô, bạn bè đã giúp đỡ, tạo điều tiện trong quá trìnhhọc tập và tính toán đồ án

Trước hết em xin gửi tới các thầy cô Viện Công nghệ Sinh Học và Công nghệThực Phẩm lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc Với sự quantâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô trong thời gian học tập tại Đại họcBách Khoa, cung cấp kiến thức tích lũy qua những năm học tập, đến nay em đã có thểhoàn thành đồ án này

Em xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Thị Xuân Sâm đã tận tìnhhướng dẫn, chỉnh sửa, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đồ án vừa qua để có thểhoàn thành đồ án này trọn vẹn

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến GS Hoàng Đình Hòa đã hướng dẫn, giúp đỡ emtrong phần bản vẽ thiết kế xây dựng, Th.S Nguyễn Thanh Hương đã giúp em hoàn thànhphần tính toán kinh tế của đồ án này

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, đồ

án này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đónggóp ý kiến của các thầy cô để em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức của mình,sửa chữa, hoàn thiện bản đồ án, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI MỞ ĐẦU 7

PHẦN I: TỔNG QUAN 9

1 Đặc điểm nguồn thải và nước thải sinh hoạt 9

1.1 Các chất gây nhiễm bẩn nước thải sinh hoạt: 9

1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư 12

1.3 Chỉ tiêu các thông số của nước thải sau khi xử lý theo QCVN 14 : 2008/BTNMT 13

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số của nước thải sinh hoạt 15

2 Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay 15

2.1 Phương pháp cơ học: 16

2.2 Các phương pháp hóa học 18

2.3 Phương pháp xử lý sinh học 19

2.3.1 Nguyên lý phương pháp 19

2.3.2 Điều kiện để sử dụng phương pháp xử lý sinh học 20

2.3.3 Hệ vi sinh vật của nước thải 20

2.3.4 Động học trong quá trình xử lý sinh học 21

2.3.5 Phân hủy kị khí 25

2.3.6 Phân hủy hiếu khí 26

2.3.7 Công nghệ xử lý tiêu biểu: Bể Aerotank 27

2.4 Xử lý bùn thải và cặn lắng của quá trình 36

Phần II: LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CN 38

1 Quy trình xử lý nước thải phổ biến hiện nay 38

2 Đề xuất quy trình xử lý thích hợp 40

3 Thuyết minh quy trình 42

Phần III: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 44

1 Xác định lưu lượng nước thải chảy về hệ thống 44

2 Tính toán thông số song chắn rác và bể gom ban dầu 45

2.1 Tính toán máy vớt rác tinh tự động 46

2.2 Tính toán bể gom nước thải sau song chắn rác 47

2.3 Hiệu quả xử lý của song chắn rác 47

3 Bể điều hòa 48

3.1 Tính toán thiết kế bể điều hòa 48

3.2 Tính toán lượng cấp khí cho bể điều hòa 48

3.3 Tính chất của nước thải đi ra khỏi bể điều hòa 48

4 Bể lắng sơ cấp 49

4.1 Mô tả thiết bị: 49

4.2 Tính toán bể lắng 49

5 Bể Aerotank 51

5.1 Lựa chọn một số thông số vận hành 51

5.2 Tính toán các thông số công nghệ 51

5.3 Thông số công nghệ của bể Aerotank 56

6 Bể lắng thứ cấp: 57

6.1 Diện tích mặt bằng bể tính theo công thức: 57

6.2 Tải trọng bề mặt: 58

6.3 Xác định chiều cao bể: 58

6.4 Thời gian lưu nước trong bể lắng 58

7 Bể khử trùng 59

7.1 Tính toán hóa chất sử dụng 59

7.2 Tính toán bể tiếp xúc – kiểu bể lắng ngang 59

7.3 Thông số bể khử trùng 60

8 Bể gom bùn 60

Phần IV: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 62

1 Mương dẫn vào hệ thống 62

2 Song chắn rác 62

3 Máy vớt rác tinh 64

4 Bể thu gom nước thải ban đầu 65

5 Bể điều hòa 65

5.1 Tính toán xây dựng bể điều hòa 65

5.2 Tính toán chi tiết hệ thống cấp khí 65

5.3 Thiết bị nén khí bể điều hòa 66

5.4 Thông số bơm 68

5.5 Thông số xây dựng bể điều hòa 68

6 Bể lắng sơ cấp 69

6.1 Thông số xây dựng bể lắng 69

6.2 Thiết kế ngăn phân phối 69

6.3 Thiết kế ngăn thu nước 70

6.4 Thiết kế vùng xả cặn: 71

6.5 Tính máng chảy tràn 72

6.6 Thông số xây dựng của bể lắng sơ cấp 73

7 Bể Aerotank 73

7.1 Tính toán thông số xây dựng 73

7.2 Tính toán hệ thống sục khí 74

8 Bể lắng thứ cấp 78

8.1 Thông số xây dựng bể 78

8.2 Thiết kế ngăn phân phối nước và gạt bùn 78

9 Bể khử trùng 80

9.1 Tính toán máng trộn 80

9.2 Bình chứa clo 81

9.3 Thông số xây dựng bể 81

10 Bể gom bùn 82

11 Máy ép bùn băng tải 82

11.1 Thông số công nghệ 82

11.2 Tính toán thông số hoạt động 83

11.3 Thông số máy ép bùn 83

11.4. Bể trữ bùn sau ép 84

12 Máng dẫn trong khu xử lý và máng xả thải 84

Phần V: TÍNH TOÁN KINH TẾ 85

1 Chi phí xây dựng và đầu tư cơ bản 85

2 Chi phí vận hành hệ thống 88

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Danh mục hình có trong đồ án:

Phần I:

- Hình 1.1: Các khâu trong chuỗi phân hủy hợp chất có chứa Nitơ hữu

cơ 10

- Hình 1.2: Quá trình sinh dưỡng của vi khuẩn hiếu khí………21

- Hình 1.3: Quá trình sinh dưỡng của vi sinh vật yếm khí……….21

- Hình 1.4: Sơ đồ ảnh hưởng của sự hạn chế nồng độ cơ chất đến nồng độ tăng trưởng

riêng……… 22

- Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý bể aerotank………28

- Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy ép bùn băng tải……….38 Phần II:

- Hình 2.1: Quy trình xử lý nước thải đã thương mại hóa………

- Hình 4.4: Thông số 3 mặt của máy nén khí………

- Hình 4.10: Sơ đồ mặt bằng bể khửtrùng……… 82

- Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý của máy lọc ép băng tải………

trong nước thải sinh hoạt……… …14

cư……… 15

15

- Bảng 2.2: Thông số đầu vào của nước thải sinh hoạt………

40 Phần III: - Bảng 3.1: Thông số nước thải đầu vào……… 41

- Bảng 3.2: Chu kì gom của bể điều hòa……… 45

- Bảng 3.3: Lưu lượng nước thải chảy………45

- Bảng 3.4: Thay đổi thông số nước thải khi đi qua song chắn rác……….48

- Bảng 3.5: Thông số nước thải đi qua bể điều hòa & thông số công nghệ bể điều hòa 49

- Bảng 3.6: Thông số nước thải đi ra sau bể lắng sơ cấp……….51

- Bảng 3.7: Thông số công nghệ của bể Aerotank……… 56

- Bảng 3.8: Thông số công nghệ bể lắng thứ cấp………

59 - Bảng 3.9: Thông số công nghệ của bể khử trùng……… 60

- Bảng 3.10: Thông số bể gom bùn ban đầu……….…

61 Phần IV: - Bảng 4.1: Thông số mương dẫn nước thải……….……

62 - Bảng 4.2: Thông số xây dựng song chắn rác……….64

- Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật máy vớt rác tinh……….

……… 64

- Bảng 4.4: Thông số xây dựng bể điều hòa………

68 - Bảng 4.5: Thông số xây dựng của bể lắng sơ cấp……… 73

- Bảng 4.6: Thông số kích thước bể Aerotank……….………

73 - Bảng 4.7: Thông số hệ thống sục khí bể Aerotank………

……… 78

- Bảng 4.8: Thông số xây dựng bể lắng thứ cấp……… 79

- Bảng 4.9: Thông số làm việc của máy ép bùn băng tải……….83

Phần V: - Bảng 5.1: Thể tích bê tông sử dụng ở từng bể……….

….85

- Bảng 5.2: Thống kê giá xây dựng chi tiết hệ thống xử lý nước thải (đơn vị VNĐ)….86

- Bảng 5.3: Chi phí tiền điện cho hệthống……… 88

- Bảng 5.4: Tổng chi phí vận hành hệ thống trong 1 năm………

90

LỜI MỞ ĐẦU

Quốc gia phát triển, mục tiêu mà Việt Nam cùng rất nhiều nước khác đanghướng đến, đang phấn đầu để trở thành, một đất nước được gọi là một quốc giaphát triển, cần phải là một đất nước có nền kinh tế ổn định, người dân có trình độdân trí, cũng như mức sống cao, chỉ số thu nhập cao, các chỉ số dân sinh, xã hội, chỉ

số phát triển con người thuộc loại cao Để đạt đến được mục tiêu ấy, Việt Nam vẫnđang ngày ngày phấn đấu, cải thiện kinh tế, công nghiệp, dịch vụ, nhưng nhưnhiều quốc gia đang phát triển khác, vấn đề về môi trường hiện nay vẫn chưa đượcquan tâm đúng mức và thường xuyên bị bỏ ngỏ Rất nhiều vụ bê bối về môi trường

đã bị phát hiện, nhưng dường như chính người dân cũng chưa nhận thức hết được

về tác hại của ô nhiễm môi trường với cuộc sống của mình

Trong những vấn đề về môi trường phổ biến nhất hiện nay, thì rác thải và nướcthải là hai vấn đề khó giải quyết nhất của các nhà môi trường Hoạt động sinh hoạt

và sản xuất của người dân chắc chắn sẽ sinh rác thải và nước thải, đây là tất yếu vì

có sản xuất mới có phát triển Vì vậy đặt ra vấn đề là cần phải giải quyết triệt để rácthải và nước thải sinh ra từ quá trình sinh hoạt và sản xuất của người dân nhằm hạnchế tối đa sự ô nhiễm môi trường và tác động xấu đến cuộc sống của con người

Ô nhiễm nước thải là một vấn đề cực kì đáng quan tâm hiện nay, như tất cả mọingười đều biết, Việt Nam là một nước sản xuất nông nghiệp chủ yếu, cùng với đó

là mạng lưới kênh rạch, ao hồ, sông suối cực kì lớn, phục vụ cho nhu cầu sống cũngnhư sản xuất của người dân Nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt là tác nhânchủ yếu gây ô nhiễm những nguồn nước quan trọng này

Nước thải sinh hoạt luôn là một vấn đề quan trọng của các khu dân cư, nhất làđối với các quốc gia đang phát triển Hiện nay, đối với các thành phố, đô thị lớnnhư Hà Nội, Hải Phòng, Nha Trang, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh, … hệ thống cốngrãnh thoát nước còn trong tình trạng thô sơ, không được quy hoạch hợp lý và khôngtheo kịp được đà phát triển dân số tăng nhanh như hiện nay Việc giải quyết và xử

lý nước thải hầu như không thể thực hiện và thực hiện đúng cách Nước thải sau khi

đi qua mạng lưới cống rãnh chảy thẳng ra sông rạch, và sau cùng đổ ra biển khôngqua một giai đoạn xử lý nào Thêm nữa, hầu hết các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, làngnghề truyền thống cũng hoàn toàn không có hệ thống xử lý nước thải, do đó tình

trạng ô nhiễm của nguồn nước đang ngày càng trầm trọng, rất nhiều con sông đãtrở thành sông chết, nhiều hồ, đầm, ao ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng cực kì lớnđến cuộc sống của người dân, cũng như cảnh quan thiên nhiên đô thị Nếu tìnhtrạng trên không được chấm dứt hoặc cải thiện thì nguồn nước mặt và dọc theo bờbiển của Việt Nam sẽ không còn sử dụng được trong một tương lai không xa.

Vì vậy, một vấn đề cấp thiết đặt ra cho các đô thị lớn hiện nay là xử lý nước thảisinh hoạt của các hộ dân cư, nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường, phòng chống cácdịch bệnh, cũng như tạo cảnh quan đô thị xanh sạch đẹp, hướng đến một đất nướcxanh, sạch, đẹp

Vì vậy, với vấn đề cấp thiết trên, em thực hiện đồ án này với mục tiêu: “Tínhtoán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt mới cho địa bàn với quy mô 1000

hộ dân cư” với hy vọng tạo ra một module chuẩn, có thể ứng dụng rộng rãi ở nhiềuđịa phương, góp phần giải quyết hiện trạng ô nhiễm các nguồn nước trong các thànhphố và khu đô thị, cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường

PHẦN I: TỔNG QUAN

1 Đặc điểm nguồn thải và nước thải sinh hoạt

Nước thải được định nghĩa là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như: sinhhoạt, dịch vụ, tưới tiêu, thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi, các xí nghiệp… vàkhông có khả năng sử dụng trực tiếp cho các hoạt động của con người nữa Thôngthường nước thải được phân theo nguồn phát sinh ra chúng:

- Nước thải sinh hoạt :nước thải từ các khu dân cư,hộ gia đình ,bệnh viện

- Nước thải công nghiệp :là nước thải từ các xí nghiệp xản suất công nghiệp,thủ

công giao thông vận tải

- Nước thải tự nhiên :nước mưa,ở những thành phố hiện đại chúng được gom

theo hệ thống thoát nước riêng

- Nước thải đô thị :là chất lỏng trong hệ thống cống thoát của thành phố đó là hỗn

hợp các loại nước trên

Nước thải sinh hoạt: (hay nước thải khu dân cư) bao gồm nước sau khi sử dụng từcác hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí, Đặcđiểm của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng lớn các chất hữu cơ dễ bị phânhủy ( hidratcacbon, protein, lipid) các chất vô cơ sinh dưỡng ( P và N), cùng với vikhuẩn ( có cả vi sinh vật gây bệnh), trứng giun sán,v v Hàm lượng các chất gây ônhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượngnước sử dụng, và hệ thống tiếp nhận nước thải Để đánh giá một cách chính xác lượngchất ô nhiễm, cần phải khảo sát đặc điểm nước thải từng vùng dân cư, như ở đô thị,nông thôn, miền núi, đồng bằng,… Để công việc tính toán dễ dàng hơn, theo thống kêcủa Tổng cục thống kê, số lượng nước dùng cho 1 người trong 1 ngày là khoảng 100-150lít, kể cả chuồng trại chăn nuôi thì khoảng 250 lít/người/ngày ở vung nông thôn, còn

ở các vùng đô thị, lượng nước sử dụng trung bình của 1 người / 1 ngày là khoảng 200lít

1.1.1 Các chất hữu cơ:

Các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt được chia làm 2 loại chính: các chấthữu cơ dễ bị phân hủy và các chất khó bị phân hủy Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy baogồm: các hợp chất protein, hydratcarbon, chất béo nguồn gốc động và thực vật Trongnước thải sinh hoạt ô nhiễm có khoảng 40-60% protein, 25-50% hydratcarbon, 10%

chất béo, làm suy giảm DO, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt Các chất hữu

cơ khó phân hủy: các chất hữu cơ có vòng thơm, các hợp chất đa vòng và dị vòng, chủyếu xuất phát từ hóa chất trong quá trình sinh hoạt và sản xuất của các cơ sở sản xuất,cửa hàng nhỏ lẻ liên quan đến hóa chất, dầu mỡ

Ngoài ra trong nước thải sinh hoạt còn có các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữucơ,… chủ yếu có trong những hóa chất tổng hợp được sử dụng trong cuộc sống sinhhoạt thường ngày

1.1.2 Các chất tẩy rửa và xà phòng

Xà phòng ở trong hệ thống nước thải có thể làm thay đổi pH của nước, cùng vớikhả năng tạo váng bọt làm giảm DO, có khả năng sát khuẩn, ở một nồng độ nhất địnhthì có khả năng kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật trong nước thải

Các chất tẩy rửa tổng hợp có khả năng làm sạch cao, đồng thời không tạo ra muốikhông hòa tan như xà phòng gặp nước cứng, các chất này còn có hoạt tính bề mặt cao,hòa tan tốt trong nước, có sức căng bề mặt nhỏ Các chất tẩy rửa đi vào trong nước thải

sẽ làm tạo khối bọt lớn vừa gây cảm giác khó chịu vừa làm giảm khả năng khuếch tánkhí vào nước Bản thân các chất tẩy rửa có ít độc tính với người và động vật nhưng ởtrong nước sẽ gây ô nhiễm nước làm giảm chất lượng của nước Ngoài ra còn làm thựcphẩm trong nước phát triển Khi polyphotphat phân hủy trong nước tạo thành các iondạng photphat làm nguồn dinh dưỡng cho các loài động vật thủy sinh bậc thấp

1.1.3 Các chất vô cơ

dạng oxi hóa Các dạng này là các khâu trong chuỗi phân hủy hợp chất có chưa nito hữucơ

Hình 1.1: Các khâu trong chuỗi phân hủy hợp chất có chứa Nitơ hữu cơ

chất này ở trong nước cùng với P thúc đẩy quá trình phú dưỡng của nước, trong nướcthải sinh hoạt có nồng độ amon khoảng 10-100 mg/l

Nếu trong nước có hợp chất N chủ yếu là nitrit là nước đã bị ô nhiễm một thời

khí, nếu nitrat ở trong nước cao có thể gây ngộ độc cho người Nitrat là sản phẩm cuốicùng của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa N có trong chất thải của người

và sinh vật, trong nước tự nhiên, nồng độ nitrat ở khoảng <5mg/l Vùng bị ô nhiễm dochất thải hoặc phân bón có lượng nitrat khoảng 10 mg/l, làm cho rong tảo phát triển gâyảnh hưởng đến chất lượng nước

Photpho có trong nước thường ở dạng orthophosphate như H2PO4- , HPO42-, PO4

3-Từ các loại phân bón hoặc cơ thể động vật đặc biệt là tôm cá thối rữa, các polyphotphat

từ chất tẩy rửa như pyrometaphotphat, tripolyphosphate, Nồng độ P trong nước không

ô nhiễm nhỏ hơn 0.01mg/l, trong nước thải sinh hoạt thường ở trên 0.5 mg/l

Bao gồm 3 kim loại mang tính độc thường gặp nhất

Chì (Pb): tồn tại ở 2 dạng hóa trị là +2 và +4, trong đó +2 phổ biến và bền nhất,chì có độc tính với não, và có khả năng tích lũy lâu dài, các chất hữu cơ chứa chì độchơn nhiều lần với các chất vô cơ Nồng độ chì khoảng trên 0.1 mg/l kìm hãm quá trìnhoxi hóa vi sinh các hợp chất hữu cơ và đầu độc các sinh vật trong nước Liều chịu đựngcủa cơ thể là 3.5 µkg/kg, trong nước sinh hoạt quy định theo TCVN là 0.05mg/l

Thủy ngân: là chất độc mạnh với con người và sinh vật Nồng độ cho phép tối đacủa WHO đối với thủy ngân là 1 µg/l, TCVN-95 là 0.001 mg/l

Asen: là chất cực độc, có khả năng tích lũy và có thể gây ung thư.Asen là nguyên

tố bán dẫn, tồn tại trong nước tự nhiên ở khoảng 10 µg/l WHO quy định: nước sinhhoạt có nồng độ Asen tối đa cho phép là 0.01 mg/l, TCVN – 95 cho phép nồng độ tối đacủa Asen là 0.05mg/l trong đất đá, phụ thuộc vào điều kiện địa chất, hàm lượng Asenvào khoảng 5-10 mg/kg mẫu khô

Ion sulphat (SO 4 2- ): có nhiều trong các nguồn nước tự nhiên, nhất là trong nước

gần các mỏ quặng lưu huỳnh, mỏ thạch cao Là ion ít độc hại nhất có ở trong nước, tuyvậy khi nồng độ quá cao sẽ gây bệnh tiêu chảy, mất nước, gây mùi vị khó chịu trong đồ

ăn thức uống Nước có nồng độ sulphat cao gây rỉ sét đường ống và các công trình, gâyhại cho cây trồng nếu sử dụng làm nước tưới tiêu Người ta quy định nước cho thủy lợi

có lượng sulphat tối đa 1000 mg/l

Clorua (Cl - ): tạo ra vị mặn trong nước Nếu là muối Ca2+ và Mg2+ thì đến 1000mg/lcũng không có vị mặn, so với bình thường 250mg/l của các muối khác

Xianua (CN - ): tồn tại trong nước ở dạng ion CN-, với nồng độ thường nhỏ hơn10µg/l Xianua có độc tính cao, ở dạng tự do cao hơn dạng hợp chất, nó tấn ông vào liênkết disulfid trong mạch phân tử protein, do đón phong tỏa enzyme cytochrome-oxidasedẫn đến ngừng hô hấp

Hidrosulfua(H 2 S): dưới điều kiện thông thường ở trạng thái khí không màu rất

độc, có mùi trứng thối ở nồng độ thấp Độ hòa tan ở trong nước rất thấp, có tính chất

chung của nước sinh hoạt là dưới ngưỡng cảm nhận

Sắt (Fe): Sắt là một nguyên tố cần thiết cho sự phát triển của cơ thể, với hàm

lượng cần thiết là khoảng 10-50 mg/ngày Để hạn chế tích lũy trong cơ thể thì mức sửdụng được xác định là 0.08 mg/kg thể trọng/ngày Sắt kết tủa ở dạng hydroxit gây ố bẩnquần áo khi giặt và các dụng cụ trong gia đình với nồng độ lớn hơn 0.3 mg/l Mùi và vịcủa sắt hầu như không cả nhận được ở nồng độ này Tiêu chuẩn giới hạn cho phép củacác nước EU là 0.2 mg/l, của WHO 0.3 mg/l

Mangan (Mg): Mangan cũng là nguyên tố cần thiết cho cơ thể, lượng cấn thiết là

30-50µm/kg thể trọng Với nồng độ nhỏ hơn 0.5mg/l thì sẽ không gây hại về thần kinhhay độc tính nào khác.Nồng độ tiêu chuẩn của các nước EU là 0.03 mg/l, Mỹ 0.04 mg/l

Nhôm (Al): Nhôm có độc tính thấp với động vật, khoảng cho phép là 7 mg/kg thể

trọng/tuần Hàm lượng quy định của WHO là 0.2 mg/l

Flo: là thành phần hóa học được một số quốc gia bổ sung vào nước sinh hoạt

nhằm chống sâu răng, nhưng sẽ làm dẫn đến bệnh đốm và giòn răng ở nồng độ quá 1.5mg/l Nồng độ tối ưu của Flo để chống sâu răng là khoảng 1 mg/l Tiêu chuẩn của WHO

Thành phần nước thải sinh hoạt của một khu dân cư thông thường được tính theo

tỷ lệ % như sau:

- Nước thải từ hoạt động sinh hoạt của con người: chiếm 60-70%, bao gồm: Nướcthải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh, nước thảinhiễm bẩn các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất tẩy rửa vệ sinh, …

- Nước thải từ hoạt động sản xuất: chiếm khoảng 30 - 40%, bao gồm nước thải từ các nhà hàng, các hộ sản xuất, …

1.2.2 Lượng thải và thành phần nước thải

Lượng nước thải đô thị tính theo đầu người và phụ thuộc vào từng địa phương,từng nước Ở những đô thị lớn của các nước phát triển như Việt Nam hiện nay, trungbình lượng nước thải tính trên đầu người là khoảng 150 – 200 lít/người/ngày.

Đặc điểm của nước thải sinh hoạt bao gồm:

- Bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan

- Hàm lượng nitơ tổng cao

- Nhiều loại vi sinh vật như E coli, các Coliform, …

- Thường có màu và có mùi

Hàm lượng BOD trong nước thải đô thị cho một đầu người trong ngày sau khi đã

xử lý sơ bộ: 50-90 g/người, các chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm cácác hợp chất như protein (40 – 50%), hydratcarbon ( 40 – 50 %) và lipid ( 5 – 10%),nồng độ chất hữu cơ trong nước thải dao động từ 150 – 450 mg/l theo trọng lượng khô

Có khoảng 20 – 40% chất hữu có khó bị phân hủy sinh học Khoảng 1/3 lượng chất ônhiễm là chất ô nhiễm hòa tan, 2/3 ở dạng hạt (có thể lắng gạn hoặc không)

Tỉ lệ COD:BOD trong nước thải đô thị ở khoảng 2-2.5, như vậy cần phải lắng sơ

bộ để loại bỏ các chất ô nhiễm gạn được, đồng thời làm giảm tỉ lệ xuống dưới 2 để xử lýsinh học có hiệu xuất xử lý cao

sung hàng ngày N ở khoảng 10-15g/ người Phospho: photpho thải ra ở khoảng 4g/ngày/người, thường thì các nguồn nước thải sinh hoạt sẽ bị ô nhiễm photpho nặng

Ô nhiễm bởi các chất hoạt động bề mặt, tẩy rửa, ngoài ra còn một số các nguyên tố

vi lượng khác cũng góp phần gây ô nhiễm nước thải sinh hoạt

Bảng 1.1: Bảng giá trị thông số các chất có trong nước thải sinh hoạt

Các thông số Tỷ lệ thay đổi Phần lắng gạn được

1.3 Chỉ tiêu các thông số của nước thải sau khi xử lý theo QCVN 14 :

2008/BTNMT

1.3.1 Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm sau xử lý

Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong n ước thải sinh hoạt khithải ra nguồn nước tiếp nhận nước thải không vượt quá giá trị Cmax được tính toán nhưsau:

- Cmax là nồng độ tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong n ước thải sinhhoạt khi thải ra nguồn nước tiếp nhận, tính bằng miligam tr ên lít nước thải(mg/l);

- C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm quy định tại Bảng 1.2 phía dưới

- K là hệ số tính tới quy mô, loại hình cơ sở dịch vụ, cơ sở công cộng và chung cưquy định tại bảng 1.3

- Không áp dụng công thức tính nồng độ tối đa cho phép trong nước thải chothông số pH và tổng coliforms

1.3.2. Giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho

phép trong nước thải sinh hoạt.

Bảng 1.2: Giá trị các thông số ô nhiễm ( C )làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép

trong nước thải sinh hoạt

mlTrong đó:

- Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối

đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước được dùngcho mục đích cấp n ước sinh hoạt

- Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối

đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước không dùngcho mục đích cấp nước sinh hoạt

1.3.3 Giá trị hệ số quy mô K

Bảng 1.3 : Giá trị hệ số K ứng với loại hình cơ sở dịch vụ, cơ sở công cộng và chung cư

Loại hình cơ sở Quy mô, diện tích sử dụng của

cơ sở

Giá trị hệ số K

6 Cơ sở sản xuất, doanh

trại lực lượng vũ trang

Lưu lượng nước thải sinh hoạt sẽ thay đổi phụ thuộc theo giờ trong ngày, các ngày trong tháng, các tháng trong mùa và các mùa trong năm Với quá trình sử dụng trong 1 ngày,

sẽ có các khung giờ cao điểm như sau : 6h00-8h00 sáng, 11h00-13h00 trưa, 18h00-20h00tối.

- Với khu dân cư ≤ 1000 người: tỷ số dao động 20-400% lưu lượng

- Với khu dân cư ≤ 10000 người: tỷ số dao động 50-300% lưu lượng

- Với khu dân cư ≤ 100000 người: tỷ số dao động 80- 200% lưu lượng

Trong các thành phố lớn, thường thì lượng nước thải ở các giờ cao điểm gấpkhoảng 1.25 – 1.5 lần các giờ thường Vào mùa hè, lượng nước sử dụng tăng dẫn đếnnước thải cũng tăng lưu lượng vào nhà mùa hè, thường sẽ dao động ở khoảng 150% -200% lượng nước sử dụng vào mùa đông

Bảng 1.4: Hệ số không điều hòa phụ thuộc vào lưu lượng nước thải

Lưu lượng nước thải

0

1250

5

5

2 Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay

Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, và đều rất quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, dựa vào đặc điểm của nước thải cần xử lý, chúng ta sẽ lựa chọn vàkết hợp các phương pháp thích hợp lại để có hiệu quả xử lý tối ưu nhất

Phương pháp cơ học sử dụng tác nhân cơ học để thay đổi tính chất lý hóa củanước thải, phương pháp này chủ yếu được kết hợp và là bước xử lý nước thải sơ bộ,làm tiền đề để sử dụng các phương pháp xử lý khác

Một số thiết bị và quá trình tiêu biểu của phương pháp xử lý cơ học bao gồm:

2.1.1 Song chắn rác hoặc lưới chắn rác

Mục tiêu: Loại bỏ tất cả các tạp vật có thể gây sự cố trong quá trính vận hành hệthống XLNT như tắc ống bơm, đường ống hoặc ống dẫn Trong xử lý nước thải đô thịngười ta dùng song chắn để lọc nước và dùng máy nghiền nhỏ các vật bị giữ lại, còntrong xử lý nước thải công nghiệp người ta đặt thêm lưới chắn Song chắn rác đượcphân loại theo cách vớt rác:

- Song chắn rác vớt rác thủ công, dùng cho trạm xử lý có công suất nhỏ dưới 0,1m3/ngày

- Song chắn rác vớt rác cơ giới bằng các bằng cào dùng cho trạm có công suất lớnhơn 0,1 m3/ngày

Rác được vớt 2-3 lần trong ngày và được nghiền để đưa về bể ủ bùn hoặc xả trựctiếp phía trước thiết bị

2.1.2 Thiết bị vớt rác tự động:

Thiết bị vớt rác được trang bị nhằm vớt rác trôi nổi lơ lửng trong nước thải, ngoài

ra còn giúp làm sạch song chắn rác tự động, giảm thiếu tối đa nhân công sử dụng Máy

vớt rác tự động hoạt động theo nguyên tắc, máy được đặt trên thành mương dẫn nướcthải, nước thải đi qua băng tải của máy, rác thải có kích thước lớn hơn lỗ trên băng tải sẽ

bị giữ lại và được đưa lên bằng hoạt động của băng tải

2.1.3 Bể điều hòa

Dùng để duy trì sự ổn định của dòng thải, khắc phục những vấn đề vận hành do sựdao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ởcuối dây chuyền xử lý Hình dáng và vật liệu: phụ thuộc vào chức năng của bể, với bểchỉ điều hòa lưu lượng, có thể chọn hình dạng bất kỳ miễn là phù hợp với quy hoạch sửdụng đất của nhà máy xử lý, còn với bể điều hòa chất lượng và lưu lượng thì phải xemxét tính toán kỹ để ko có vùng nước chết

Thiết bị khuấy trộn: làm nhiệm vụ hóa trộn, năng ngừa cặn lắng, pha loãng nồng

độ các chất độc hại nếu có và loại trừ các thay đổi đột ngột về chất lượng nước thải chocác công trình xử lý phía sau Đối với nước thải có hàm lượng cặn khoảng 220 mg/l thì

0.01 đến 0.015 m3/ 1m3 dung tích bể /1 phút

Lợi ích:

- Làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của

hệ thống về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diệntích xây các bể sinh học (do được tính toán chính xác hơn) Hơn nữa các chất

ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độthích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật

- Chất lượng nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp đượccải thiện do lưu lượng nạp chất rắn ổn định

- Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước giảm xuống và hiệu suất lọc đượccải thiện, chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn

2.1.4 Bể lắng:

Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏinước thải Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại:

rắn,chất bẩn lơ lững không hòa tan

sinh, bùn hoạt tính với mục đích làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếpnhận Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chiathành các loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bểlắng tiếp tuyến (bể lắng radian)

Cặn cứng là các hạt phân tán có kích thước và vận tốc lắng không đổi trong suốtquá trình lắng, bể lắng sơ cấp thường có nhiệm vụ chính là lắng và loại bỏ cát, sỏi, đádăm, các mảnh vật chất cỡ lớn trôi theo dòng nước thải.

Các vụn hữu cơ, mảnh vật chất cỡ lớn thường khó phân hủy và xử lý triệt để băngfphương pháp sinh học hoặc hóa học, vì thế sử dụng bể lắng sơ cấp là cách đơn giản vàhiệu quả nhất để loại bỏ các mảnh vật chất cỡ lớn Trong nước thải, bản thân cát khôngđộc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong

hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn,làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này Vì vậytrong các trạm xử lý nhất thiết phải có bể lắng sơ cấp và đôi khi nếu cần thiết thì còn cóthêm bể lắng cát riêng trước bể lắng sơ cấp

Bể lắng sơ cấp thường gặp nhất là bể lắng cát ngang: bể lắng có dòng nước chuyểnđộng thẳng dọc theo chiều dài của bể Phần chứa cặn của bể đặt dưới vùng công tác, thểtích phần chứa cát phụ thuộc vào hàm lượng cát trong nước thải và thời gian giữa 2 lầnlấy cát ra khỏi bể

Như đã biết nồng độ cặn Co (g/m3) trong nước đi từ bể Aerotank sang bể lắng đợt 2thường lớn hơn 1000 mg/l, ở nồng độ này các bông cặn tiếp xúc với nhau tạo thành cácđám mây cặn, khi đám mây cặn lắng xuống, nước từ dưới đi lên qua các khe rỗng giữacác bông cặn tiếp xúc với nhau làm hạn chế tốc độ lắng nên gọi là lắng hạn chế

Tốc độ lắng của đám mây các bông cặn phụ thược vào nồng độ và tính chất củacặn Để xác định kích thước của bể lắng phải dựa vào số liệu thức nghiệm của vận tốclắng theo nồng độ bùn và tính theo phương trình cân bằng dòng bùn trong bể

Các phương pháp xử lý hóa học thường dùng trong hệ thống xử lý nước thải sinhhoạt gồm có: trung hòa, oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợp chấtđộc hại và khử trùng bằng hóa chất Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóahọc diễn ra giữa chất gây ô nhiễm và hóa chất được thêm vào nước thải

Ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trongcác hệ thống xử lý nước khép kín Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm làchi phí vận hành cao, không thích hợp cho các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt vớiquy mô lớn Bản chất của phương pháp hoá lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt

là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó đểgây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạngcặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường

2.2.1 Trung hòa

Nước thải chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5–8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo.

Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:

- Trộn lẫn nước thải acid và nước thải kiềm;

- Bổ sung các tác nhân hóa học;

- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa;

- Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước acid

2.2.2 Keo tụ – tạo bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phântán, kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet Các hạt này không nổicũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diệntích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quantrọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hútVander Waals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khikhoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển độngBrown và do tác động của sự xáo trộn Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, cáchạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, cóthể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dungdịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bềnhóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bềmặt của chúng, quá trình này akhác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn

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

2.2.3 Khử trùng nước

CFU/ml Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không phải vi trùng gây bệnh,nhưng không loại trừ khả năng tôgn tại một vài loài vi khuẩn gây bệnh nào đó Nếu thảinước thải ra nguồn cấp nước, hồ bơi, hồ nuôi cá thì khả năng gây bệnh và lan truyềnbệnh sẽ rất lớn, do đó phải có biện pháp tiệt trùng nước thải trước khi xả ra khỏi nguồntiếp nhận

Các biện pháp tiệt trùng nước thải phổ biến hiện nay

- Dùng Clo hơi qua thiết bị định lượng Clo

dịch đến 2 – 5% rồi định lượng vào bể tiếp xúc

- Dùng hypoclorit natri, nước Javen NaClO

- Dùng Ozon, Ozon được sản xuất từ không khí do máy tạo Ozon đặt trongnhà máy xử lý nước thải Ozon sản xuất ra, dẫn ngay vào bể hòa trộn và tiếp xúc

- Dùng tia cực tím do đèn thủy ngân áp lực sản xuất ra Đặt ngập đèn trongmương dẫn nước thải chảy qua

Trong kĩ thuật xử lý tiệt trùng, phương pháp được dùng phổ biến nhất là clo và cáchợp chất của clo vì giá thành rẻ, dễ kiếm, quản lý vận hành đơn giản Quá trình khửtrùng sẽ phụ thuộc vào:

- Tính chất của nước cần xử lý: số lượng vi khuẩn, hàm lượng các chất hữu

cơ và các chất khử có trong nước

- Nhiệt độ nước

- Liều lượng clo

- Thời gian khuấy trộn và tiếp xúc của clo tự do với nước: theo TCVN làphải trên 30’

- Liều lượng clo dùng để khử trùng sao cho thời gian tiếp xúc 30 phút lượngclo còn lại là 0.3 mg/l

2.3.1 Nguyên lý phương pháp

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong

hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụngchất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn Một cách tổng quát, phương pháp xử

lý sinh học có thể phân thành 2 loại:

- Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện

không có oxy

- Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều

kiện cung cấp oxy liên tục

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinhhóa Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và chất phân tánnhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạnchính như sau:

- Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật

- Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bêntrong và bên ngoài tế bào

- Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tếbào mới

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượngcác tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý Ở mỗi điềukiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá là chế

độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, PH, dinh dưỡng và các yếu tố vilượng

2.3.2 Điều kiện để sử dụng phương pháp xử lý sinh học

Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoan toàn hệ vi sinh vật có trong nướcthải, trong số các chất độc phải chú ý đến hàm lượng kim loại nặng, xếp theo thứ tự :

Sb>Ag>Cu>Hg>Co>Ni>Pb>Cr>V>Cd>Zn>FeMuối của các kim loại này ảnh hưởng nhiều đến đời sống của vi sinh vật, khiến visinh vật không thể sinh trưởng được và có thể bị chết Như vậy không thể tiến hành xử

lý sinh học, nồng độ muối của chúng thấp hơn giới hạn sẽ làm giảm tốc độ làm sạchnước

Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất cung cấp dinh dưỡng và năng lượngcho vi sinh vật, các hợp chất hidratcarbon, protein, lipit hòa tan thường là cơ chất didưỡng rất tốt cho vi sinh vật

Nước thải đưa vào xử lý phải có 2 thông số đặc trưng là COD và BOD, phụ thuộcvào tỷ số COD/BOD đặc trưng của từng loại nước thải thì ta sẽ chọn được phương pháp

xử lý sinh học phù hợp với loại nước thải đó:

- Nếu tỷ số COD/BOD < 2 thì nên sử dụng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

- Nếu tỷ số COD/BOD > 2 thì nên sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí

2.3.3 Hệ vi sinh vật của nước thải

Vi sinh vật trong xử lý nước thải là những sinh vật đơn bào kích thước rất nhỏ, cóhình cầu, hình que, sợi xoắn Trong nước chúng có thể đứng riêng lẻ, hoặc xếp thànhđôi, 4 tế bào thành 1 khối hoặc thành chuỗi hoặc cụm Sinh sản bằng các phân đôi tếbào, trong khoảng thời gian 15-30 phút với các điều kiện ngoại cảnh thích hợp

- Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm sạchnước thải

- Vi khuẩn có 2 loại: tự dưỡng và dị dưỡng

Vi khuẩn dị dưỡng:

- VK hiếu khí: cần oxi để sống, như các loài động vật bậc cao cần hô hấp, õii cungcấp cho quá trình theo phản ứng:

Hình 1.2: Quá trình sinh dưỡng của vi khuẩn hiếu khí

- VK kị khí: sống và hoạt động ở điều kiện không có oxi không khí, sử dụng oxi cótrong các hợp chất nitrat, sulphat để oxi hóa các chất hữu cơ

Hình 1.3: Quá trình sinh dưỡng của vi sinh vật yếm khí

- VK hô hấp tùy nghi: có thể sống có hoặc không có oxi tự do, luôn có mặt trongnước thải, năng lượng được giải phóng qua sinh tổng hợp tế bào mới và tỏa nhiệt.

Vi khuẩn tự dưỡng:

nguồn carbon cho quá trình sinh tổng hợp Nhóm này bao gồm vi khẩn nitrat hóa,sắt, lưu huỳnh,

2.3.4 Động học trong quá trình xử lý sinh học

Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học dựa trên khả năng phân hủy các chất hữu

cơ nhiễm bẩn của hệ vi sinh vật có ở trong nước Các vi sinh vật này là các thể dị dưỡnghoại sinh và các thể tự dưỡng hóa năng Chúng vừa phân hủy vừa oxi hóa cơ chất đến

chất N và P để sinh trưởng Sinh khối của các vi sinh vật tăng, sản sinh ra các enzymethủy phân và oxi hóa – khử làm tăng hoạt tính của quần thể sinh vật

Để đảm bảo cho quá trình xử lý sinh học diễn ra có hiệu quả thì phải tạo được cácđiều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, thời gian, tốt nhất cho hệ visinh vật Khi các điều kiện trên được đảm bảo thì quá trình xử lý diễn ra như sau:

Tăng trưởng tế bào: ở cả hai trường hợp nuôi cấy theo từng mẻ hoặc nuôi cấy

trong các bể có dòng chảy luên tục, nước thải trong các bể này phải được khuấy trộnmột cách hoàn chỉnh và liên tục Tốc độ tăng trưởng của các tế bào vi sinh có thể biểudiễn theo công thức như sau:

r1 = µXTrong đó:

vị thời gian (g/m3.s)

- µ: tốc độ tăng trưởng riêng thời gian1 =1

s

Cơ chất - giới hạn tăng trưởng: trong trường hợp nuôi cấy theo mẻ nếu cơ chất và

chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tăng trưởng chỉ có số lượng hạn chế thì các chất này sẽđược dùng đến cạn kiệt và quá trình sinh trưởng ngừng lại, Ở trường hợp nuôi cấy trong

bể có dòng cấp cơ chất và chất dinh dưỡng liên tục thì ảnh hưởng của việc giảm dần cơchất và chất dinh dưỡng có thể biểu diễn bằng phương trình:

Ks+ S

trong đó:

- µ: tốc độ tăng trưởng riêng (1/s)

- µm: tốc độ tăng trưởng riêng cực đại (1/s)

- S: nồng độ cơ chất trong nước thải ở thời điểm sự tăng trưởng bị hạn chế

tốc độ tăng trưởng bằng một nửa tốc độ cực đại

Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến tốc độ tăng trưởng riêng thể hiện trên hình:

Hình 1.4: Sơ đồ ảnh hưởng của sự hạn chế nồng độ cơ chất đến nồng độ tăng

Sự tăng trưởng của tế bào và sử dụng cơ chất: trong cả 2 trường hợp nuôi cấy

theo mẻ và nuôi cấy trong bể có dòng chảy liên tục, một phần chất nền được chuyểnthành tế bào mới, một phần được oxy hóa thành chất vô cơ và hữu cơ ổn định Bởi vì số

tế bào mới được sinh ra hấp thụ lại cơ chất và sinh sản tiếp nên có thể thiết lập quan hệgiữa tốc độ tăng trưởng và lượng chất nền được sử dụng theo phương trình sau:

r 1=−Y × rd

- r1: tốc độ tăng trưởng của tế bào (g/m3.s)

- Y: Hệ số năng suất sử dụng cơ chất cực đại (mg/mg) - tỷ số giữa khốilượng tế bào và khối lượng cơ chất được tiêu thụ trong một thời gian nhấtđịnh ở giai đoạn tăng trưởng Logarit

Ảnh hưởng của hô hấp nội bào: trong các công trình xử lý nước thải không phải

tất cả các tế bào vi sinh vật đều có tuổi như nhau và đều ở trong giai đoạn sinh trưởnglogarit mà có một số ở giai đoạn chết và sinh trưởng chậm Khi tính toán tốc độ tăng

trưởng của tế bào phải tính toán tổ hợp các hiện tượng này và để tính toán giả thiết rằng:

sự giảm khối lượng tế bào do chết và tăng trưởng chậm tỷ lệ với nồng độ vi sinh vật cótrong nước thải và gọi sự giảm khối lượng này là do phân hủy nội bào Quá trình hô hấpnội bào có thể được biểu diễn đơn giản như sau:

- r1’ : tốc độ tăng trưởng thực của vi khuẩn (1/s)

- Tốc độ tăng trưởng riêng thực sẽ là:

Sinh trưởng tế bào:

Trong nuôi cấy vi sinh vật liên tục, tốc độ sinh trưởng tính theo như sau

Rg ¿µX

Trong đó

- Rg:tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật (g/m3.giây)

- µ: tốc độ sinh trưởng riêng (1/ giây)

- Y: Hệ số sử dụng cơ chất tối đa (mg/mg): tỉ số giữa sinh khối và khốilượng cơ chất được tiêu thụ trong một thời gian nhấ t định

- Rsu: tốc độ sử dụng cơ chất

Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme xúc tác các

phản ứng hóa sinh trong tế bào vi sinh vật, tác động đến khả năng hòa tan các loại khícủa chất lỏng, cũng như khả năng lắng của chất rắn sinh học

Ảnh hưởng của nhiệt độ được tính theo công thức sau:

rT = r20.θ(T-20)

- rT : tốc độ phản ứng ở ToC

- r20: tốc độ phản ứng ở 20oC

- θ: hệ số hoạt động do nhiệt độ (thường lấy bằng 1.047)

Các công thức biểu diễn tốc độ sử dụng cơ chất ( tốc độ khử BOD): Trong môi

tả động học của quá trình xử lý nước thải bằng sinh học rút ra được công thức biểu diễntốc độ xử lý cơ chất bằng khối lượng cơ chất giảm đi ở một đơn vị thể tích bể trong mộtđơn vị thời gian (g/m3s)

rd = Y ( Ks+S ) µm XSĐặt K = µmax / Y; rd = KXS / (Ks +S)

Từ công thức đầu tiên, ta có:

ρ = r d X = KXS

Ks+S

là tốc độ sử dụng cơ chất tính cho 1 đơn vị khối lượng bùn hoạt tính trong một đơn

vị thời gian

Quá trình phân hủy các chất trong tế bào vi sinh vật tóm tắt như sau:

Hợp chất bị oxi hóa trước tiên là hidratcarbon và một số chất hữu cơ khác

Nếu là tinh bột thì sẽ hấp phụ trên bề mặt tế bào theo cơ chế cảm ứng, tế bào visinh vật sẽ tiết ra hệ enzyme thủy phân thành đường Đối với protein sẽ có enzyme

phân hủy thành acid béo và glyxerin

Vi sinh vật chủ yếu trong nước thải là vi khuẩn dị dưỡng, chúng cần có trong môitrường các chất hữu cơ có thể đồng hóa trở thành cơ chất dinh dưỡng, được biểu thị ở

P (được cung cấp từ PO43-) Tỉ lệ BOD : N : P là khoảng 100 : 5 :1 là tỉ lệ lý tưởng để vikhuẩn hiếu khí phát triển Trước khi xử lý nước thải, cần phải bổ sung N và P, đồng thờiloại bỏ các kim loại có trong nước thải, tránh gây ảnh hưởng đến vi sinh vật phát triển

2.3.5 Phân hủy kị khí

Là quá tỉnh phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong điều kiện không có oxiphân tử của không khí bởi các vi sinh vật kị khí

Chia làm 2 giai đoạn

- Giai đoạn thủy phân: dưới tác dụng của các enzyme thủy phân do vi sinh vậttiết ra, các chất hữu cơ sẽ bị thủy phân về các đơn phân đơn giản

- Giai đoạn tạo khí: sản phẩm thủy phân sẽ tiếp tục bị phân giải tạo thành sản

một số khí khác như H2, N2, H2S và muối khoáng

Các hợp chất hydrocarbon bị phân hủy sớm nhất và nhanh nhất, hầu hết chuyển

acid béo tự do được phân hủy tới 80-90%, acid béo loại este 65%, lignin khó bị phângiải nhất, và là nguyên nhân sinh mùn Sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí, thường là

Lên men sinh metan gồm 2 pha:

Pha acid: hidratcarbon rất dễ bị phân hủy và tạo thành các acid hữu cơ có phân tử

lượng thấp đặc trưng pha này là tạo thành acid, pH môi trường xuống dưới 5 và kèmtheo mùi hôi thối Cuối pha, các chất hữu cơ và chất tan có chứa nito tiếp tục bị phânhủy thành các hợp chất amon, amin, muối của acid carbonic, một lượng nhỏ hỗn hợpkhí pH của môi trường tăng lên và chuyển sang pha kiềm

Pha kiềm: tạo CH4, sản phẩm thủy phân của pha acid làm cơ chất cho lên men

metan và được tạo thành CO2 và CH4 pH của pha này chuyển hoàn toàn sang kiềm,những amin tác dụng với CO2 thành muối carbonat, tạo ra môi trường có tính đệm rấtcao, thậm chí thêm nhiều acid vào mt cũng ko làm pH thay đổi

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện kị khí là quá trình phức tạp, cóhàng trăm loại vi khuẩn tham gia, và có thể tiến hành phân hủy cơ chất ở 3 thang nhiệt

độ là 10-15, 30-40 và trên 45 độ C Thời gian lên men khá dài, với các điều kiện tối ưu

và ở nhiệt độ 45-55 độ C thời gian lên men khoảng 10-15 ngày, các thang nhiệt độ thấphơn thì có thể tới vài tháng

- Vi khuẩn tham gia chia làm 2 nhóm:

Các chất hữu cơ phức tạp (Hydratcarbon Protein,

Nhóm không sinh metan: nhóm này gồm cả vi khuẩn kị khí và kị khí tùy tiện,thường là Gram âm, không sinh bào tử, phân hủy polysacharide thành acid acetic, acidbutyric, CO2,…

Khi có mặt cenlulose: Bacillus cereus, B megaterium, Pseudomonas

aeruginosa, Ps riboflavina, Ps reptilorova, Leptespira biflexa, Alcaligenes feacalis, Proteus vulgrasis.

Khi hàm lượng tinh bột cao: Micrococcus candidus, M varians, M urea,

Bacillus cereus, B megaterium, và Pseudomonas spp

Môi trường giàu Protein: Clostridium, B cereus, B circulans, B sphaericus, B.

subtilis, Micrococcus varians, E.coli

Dầu béo thực vật kích thích các giống Bacillus, Micrococcus, Streptomyces,

Alcaligenes, Pseudomonas

Vi khuẩn sinh metan: sống kị khí nghiêm ngặt, mẫn cảm với oxi, sinh trưởng vàphát triển chậm, chia làm 4 nhóm:

Methanobacterium hình que không sinh bào tử.

Methanobacillus hình que, sinh bào tử.

Methanococcus tế bào hình cầu đứng riêng lẻ không kết chuỗi.

Methanosarsina tế bào hình cầu, kết chuỗi và khối.

Đặc điểm của quá trình sinh metan là do tác dụng của một quần thể vi khuẩn, cácloài sinh metan thường là Gram âm, không di động, đa số không sinh bào tử và kị khínghiêm ngặt, phát triển chậm và có thể dùng NH3 làm nguồn dinh dưỡng Nhóm này có

2 khoảng nhiệt độ: ưa ấm 25 – 37oC, ưa nhiệt 50 – 55oC

2.3.6 Phân hủy hiếu khí

Các bước chính của quá trình oxi hóa hiếu khí với sự tham gia của tế bào vi sinhvật:

1 Oxi hóa các chất hữu cơ

2 Tổng hợp xây dựng tế bào

3 Tự oxi hóa các chất trong tế bào

Pseudomonas: trực khuẩn Gram âm, chuyển động nhờ tiên mao mọc ở 1 đầu Trực

khuẩn có thể là hình que hoặc hơi cong, không tạo bào tử và sinh trưởng hiếu khí Nhiềuloài ưa lạnh, nhiệt độ tối thiểu từ -2 – 5oC, thích hợp 20 – 25oC Tất cả loài

Pseudomonas đều có hoạt tính amilase và protease, đồng thời lên men được nhiều loại

đường và tạo màng nhầy pH môi trường dưới 5.5 sẽ kìm hãm sinh tổng hợp protease,nồng độ muối tới 5 - 6% cũng làm sinh trưởng vi khuẩn ngừng trệ

Bacillus: trực khuẩn Gram dương, đứng riêng rẽ hoặc kết thành chuỗi hoặc sợi

đặc điểm là sinh bào tử, sống hiếu khí (hoặc kị khí tùy tiện), thường sinh enzyme

protease hoặc amilase, nhiệt độ thích hợp 35-45 độ C, ngừng phát triển ở pH<4

Trong nước thải có khoảng 20 - 40% lượng chất hữu cơ không bị phân hủy bởi vi sinh vật Số lượng vi sinh vật trong nước thải là khoảng 105 - 109 tế bào/ml, và muốn phân hủy đc chất hữu cơ thì chúng phải sản sinh được enzyme tương ứng

Lượng oxy hòa tan có trong nước để cung cấp cho vi sinh vật sinh trưởng pháttriển và cung cấp cho các phản ứng oxi hóa khử Quá trình oxy hóa được chia làm 2pha: pha carbon ( phân hủy các hợp chất hidratcarbon giống như quá trình hô hấp, giải

Các chất hữu cơ có trong nước thường được vi sinh vật sử dụng nhiều nhất là cácchất hữu cơ hòa tan trong nước thải, các chất không tan, có kích thước lớn thường đượcloại bỏ bằng phương pháp cơ học

Nhiệt độ nước thải cũng là một yếu tố rất quan trọng, nhiệt độ phải phù hợp vớiđiều kiện sinh trưởng của hệ vi sinh vật đặc trưng có trong nước thải và không làm bấthoạt hoặc ức chế mạnh các loại enzyme của vi sinh vật được tiết ra trong quá trình sinhtrưởng

2.3.7 Công nghệ xử lý tiêu biểu: Bể Aerotank

Bể Aerotank là một trong những phương pháp xử lý sinh học hiếu khí BểAerotank gồm nhiều loại như bể Aerotank truyền thống, bể Aerotank nhiều bậc…Trong

đó, bể Aerotank truyền thống sử dụng đơn giản nhất Bể Aerotank hoạt động theo quitrình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học được visinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển Qua đóthì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của nước thải giảm xuống.Không khí trong bể Aerotank được tăng cường bằng các thiết bị cấp khí: máy sục khí bềmặt, máy thổi khí…

Sơ đồ nguyên lý của bể aerotank:

h 1.5: Sơ đồ nguyên lý bể aerotank

khuấy trộn hoàn chỉnh và phân bổ đều trong toàn bộ thể tích của bể Cùng với nước thải

bể là X, và lượng cơ chất đi ra khỏi bể là S Sau thời gian lưu nước θ giờ trong bể, nước

một phân dư xả ra bể chứa cặn với lưu lượng Qxả và nồng độ XT để chờ xử lý tiếp Trong nước thải, sau một thời gian làm quen với điều kiện môi trường, các tế bào

vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng, sinh sản và phát triển Trong nước thải bao giờ cũng cócác hạt chất rắn lơ lửng khó lắng, các tế bào sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và pháttriển thành các hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước biểuthị bằng BOD Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo liên tục sẽ lơ lửngtrong nước và dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào sinh vật,nguyên sinh động vật, đây chính là bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính là tập hợp vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thànhdạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng trong nước Các bông này cómàu vàng nâu, dễ lắng, kích thước từ 3-150 µm Những bông này gồm các vi khuẩn vàcặn rắn (30-40% thành phần cấu tạo bông bùn, nếu xử lý hiếu khí bằng thổi khí vàkhuấy đảo thì ở khoảng 30%, và tăng dần theo thời gian đến 40% sau vài ngày) Những

vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vậtnguyên sinh, Bùn hoạt tính lắng xuống là bùn già, nếu được sục khí đầy đủ thì sinhtrưởng trở lại và hoạt tính phục hồi

Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp phụ các chất lơ lửng, vikhuẩn, các chất màu, mùi,… trong nước thải Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượngbùn tăng dần lên, rồi từ từ lắng xuống đáy Kết quả là nước sáng màu, giảm lượng ô

nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn Tính chất quan trọng của bùn làkhả năng tạo bông, theo lý thuyết của Mekhati thì sự tạo bông xảy ra ở giai đoạn traođổi chất có tỉ lệ chất dinh dưỡng sinh khối trở nên thấp dần tỉ lệ này thấp sẽ đặc trưngcho nguồn năng lượng thấp của hệ thống dẫn tới giảm năng lượng chuyển động Độngnăng tác dụng đối kháng với lự hấp dẫn, nếu động năng nhỏ thì tác động đối kháng cũngnhỏ và các tế bào vi khuẩn hấp dẫn với nhau Diện tích bề mặt tế bào, tạo thành vỏ nhày

và tiết ra niêm dịch là nguyên nhân keo tụ của các tế bào vi khuẩn

đo bằng khối lượng trên một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian.Sinh khối hay bùn hoạt tính chính là lượng cặn bay hơi ( sấy mẫu nước

bằng lượng cặn khô – cặn tro)

- V: thể tích bể Aerotank (m3)

- Qxả: Lưu lượng xả theo bùn ở bể lắng, (m3/ngày) hoặc (m3/h)

(g/m3; mg/l)

- Qr: Lưu lượng nước đã được xử lý đi ra khỏi bể lắng, (m3/ngày) hoặc (m3/h)

- Xr: Nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng, (m3/ngày) hoặc (m3/h)

- r1’ : tốc độ tăng trưởng thực của bùn hoạt tính trong thời gian làm thoáng ở

bể Aerotank, (m3/ngày) hoặc (m3/h)

Giải phương trình với Xo = 0; ở thời điểm ổn định dx/dt = 0, ta có

rd: tốc độ sử dụng cơ chất hoặc tốc độ giảm BOD trong bể Aerotank tính theohiệu quả làm sạch ta có:

rd = −QvV ( So−S )=−So−S

θ

Trong đó

- S: Nồng độ BOD còn lại sau xử lý (mg/l)

ρ = rd X là tốc độ sử dụng cơ chất tính cho một đơn vị khối lượng (g) bùn hoạt tínhtrong một đơn vị thời gian (ngày/giờ), kết hợp với công thức rd =

F

So θX

Tỷ số khối lượng cơ chất trên khối lượng bùn hoạt tính F/M về bản chất đồngbiến với tốc độ sử dụng cơ chất tính cho một đơn vị khối lượng bùn hoạt tínhtrong một đơn vị thời gian

Trong đó E = So−S So 100 là hiệu quả xử lý tính bằng %

Tỷ lệ lượng cặn (bùn hoạt tính) sinh ra do giảm cơ chất:

Yb= r 1 '

Y 1+ Kdθc

c Giá trị các hệ số động học của quá trình

Bảng 1.5: Giá trị đặc trưng của các hệ số động học trong quá trình xử lý nước

thải đô thị, bỏ qua ảnh hưởng của các chất đặc biệt

hoặc mg bùn hoạt tính/ mg COD

0.4 – 0.8 0.3 – 0.6

0.6 0.4

Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh

Chọn nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank:

Nồng độ bùn hoạt tính trong bể càng cao thì khả năng xử lý càng lớn, rd càng cao, giảm được thời gian xử lý và dung tích bể Aerotank, nhưng khi nồng độ bùn hoạt tính Xlớn sẽ gây khó khăn cho bể lắng đợt 2, tiêu tốn năng lượng khuấy trộn để giữ cho bùn lơlửng phân bố đều khắp bể Để bể lắng đợt 2 làm việc bình thường, nồng độ bùn hoạt tính X thường giới hạn ở 1500 – 4000 mg/l

Nồng độ bùn hoạt tính lấy theo nồng độ cơ chất So đi vào bể:

Khi So ≤ 100 mg/l, X ≤ 1500 mg/l

Khi So = 100 – 150 mg/l, X ≤ 2000 mg/l

Khi So = 150 – 200 mg/l, X ≤ 2800 mg/l

Khi So > 200 mg/l, X = 2800 – 4000 mg/l

Lượng oxy cần thiết cho quay trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

NO 3 - :

1000 f −1.42 × Px+4.57 Q(No−N )

- So: Nồng độ BOD5 đầu vào (g/m3)

- Px: phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư, = YbQ(So – S).10-3 (kg/ngày)

- 1.42: hệ số chuyển từ tế bào sang COD

- No: tổng lượng Nitơ đầu vào (g/m3)

-Lượng oxi cần trong thực tế:

so với mặt biển tại nhà máy xử lý (mg/l)

lấy Cd = 1.5 – 2 mg/l, chọn Cd = 2 mg/l

- α: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàmlượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước của bể, có giá trị từ 0.6 – 0.94

Với bể Aerotank truyền thống:

Lượng không khí cần thiết:

Q k=OCt

OU f(ngày m3 )

- OCt : lượng oxi cần thiết

- f: hệ số an toàn , từ 1.5 – 2

- OU = Ou.h: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối

- Ou: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo

bảng sau

Lựa chọn kích thước hình học của bể Aerotank:

Bể aerotank thường được làm bằng bê tông cốt thép, mặt bằng là hình chữ nhật, cóthể xây tường ngăn bên trong kiểu hành lang cho nước chuyển động đều

xây dựng 2 bể cho dễ dàng quản lý

- Khi dùng hệ thống thổi khí, chiều sâu bể lấy từ 4 – 7 m để tăng cường khảnăng hòa tan của khí Chiều cao dự trữ trên mặt nước của thành bể từ 0.3 –0.5m

- Khi dùng hệ thống phân phối khí kiểu xương cá đặt dọc thành bề, để đảmbảo tạo ra dòng xoay tuần hoàn dọc bể, tỷ số giữa chiều rộng : chiều sâu là1,5 : 1

Nếu bể có kích thước lớn thì xây tường ngăn trong bể tạo ra các hành lang có dònchảy đề theo hướng ziczax , tỷ số chiều dài / chiều rộng không nhỏ hơn 5 : 1

- Khi dùng hệ thống phân phối khí đặt ngang vuông góc với chiều dài bểhay hệ thống phân phối đều theo diện tích bể thì không cần có hành langnhưng phải đặc biệt chú ý đến cường độ khuấy trộn tại góc bể để tránhbùn lắng

- Trong bể phải có van tháo khô và hố xả bùn, nhà máy có nhiều bể hoạtđộng phải có thiết bị chia đều nước vào các bể và van cách ly từng bể

- Trong quá trình hoạt động, trên bề ặmt Aerotank thường có váng bọt,những váng bọi này ngăn cản nước tiếp xúc với không khí, do đó cần phảithiết kế hệ thống vòi phun nước trên mặt bể để làm tan bọt nổi trong bể,dàn ống phun nước đặt ở phía thành bể có gió thổi dồn bọt lại

- Trong quản lý, nếu phát hiện ở bể lắng đợt 2 có hiện tượng từng đám nổicặn lên, phải kiểm tra các chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank, bởi vì cặn nổi

lên là do vi khuẩn dạng sợi long filamentous có tỉ trọng bằng tỷ trọng của

nước, phát triển mạnh, kết thành đám thu bọt khí và nổi lên bề mặt, để

giảm thiểu tối đa lượng vi khuẩn dạng sợi lông filamentous có thể áp

dụng các biện pháp sau:

1 Kiểm tra cường độ làm thoáng để thay đổi lượng oxy hòa tan trong bể

2 Cho clo vào dòng tuần hòa với liều lượng thích hợp

3 Thay đổi điểm đưa nước thải vào bể Aerotank để thay đổi tỷ số F/M

4 Bổ sung chất dinh dưỡng N, P và vết các kim loại cần thiết cho vikhuẩn chính phát triển

pH: Giá trị pH của nước thải ảnh hưởng đến quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá

trình tạo bùn và lắng Quá trình xử lý sinh học hiếu khí hoạt động tốt với giá trị pH trong khoảng 6.5-8.5 Trong bể xử lý sinh học, do có các hoạt động phân hủy của các vi sinh vật và quá trình giải phóng CO2 nên pH của các bể luôn thay đổi Giá trị pH thay đổi theo chiều hướng tăng là do quá trình biến đổi các axit thành khí CO2.

Các khoảng giá trị pH:

- pH = 6.5 – 8.5: khoảng giá trị pH tốt cho vi sinh vật

- pH < 6.5 : Phát triển chủng vi sinh dạng nấm, ức chế quá trình phân hủy

- pH > 8.5 : Ức chế quá trình phân hủy chất hữu cơ

Điều chỉnh pH: Điều chỉnh pH bằng cách định lượng các hóa chất cho thêm vào

bể trộn, trộn đều với nước thải

Thành phần dinh dưỡng trong nước thải và tải trọng hữu cơ

Thành phần dinh dưỡng với vi sinh vật:

Hằng số tỉ lệ cần thiết cho quá trình xử lý sinh học của BOD:N:P là 100:5:1, thiếu nitơ lâu dài sẽ cản trở sự tạo tế bào mới và bùn, cản trở trở quá trình trao đổi chất còn làm cho bùn khó lắng Thiếu photpho tạo sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, làm bùn phồng lên, khó lắng

Bổ sung muối khoáng, các chất dinh dưỡng khác nếu cần Tải trọng hữu cơ ảnhhưởng trực tiếp tới quá trình xử lý sinh học hiếu khi Do đó cần có sự kiểm soát BOD,COD để giữ cho tải trọng bể ổn định và đạt hiệu suất tối ưu Sự quá tải dẫn đến:

- Giảm hiệu suất quá trình

- Tăng hàm lượng BOD, COD của nước sau xử lý

- Trương bùn

oxy tùy thuộc vào tải trọng hữu cơ (BOD, COD) và nồng độ bùn (MLSS) trong bể phảnứng Nồng độ oxy hòa tan nên được đo thường xuyên và tại nhiều vị trí khác nhau trong

bể Aerotank

Sự thiếu oxy trong bể phản ứng dẫn đến:

- Giảm hiệu suất xử lý và chất lượng nước sau xử lý

- Giảm khả năng lắng, tăng số lượng vi khuẩn dạng sợi

- Ức chế quá trình oxy hóa

Nồng độ oxy cao dẫn đến:

- Phá vỡ bông bùn

- Giảm khả năng lắng, nước sau xử lý bị đục

Kiểm soát bùn: Đối với bể hiếu khí, cần phải theo dõi chặt chẽ sự hình thành bùn

trong bể Tính quan trọng của bùn là khả năng tạo bông Bùn trong bể hiếu khí thường

có tuổi lớn, từ 3-15 ngày Hoạt tính của bùn giảm theo tuổi bùn.SV/SVI là chỉ tiêu đánhgiá khả năng lắng và chất lượng của bùn hoạt tính SV là một điều cần kiểm soát và phảitheo dõi hàng ngày Lượng bùn sẽ gia tăng hàng ngày theo quá trình xử lý, lượng bùn

dư cản trở quá trình xử lý các chất gây ô nhiễm của vi sinh vật nên cần phải thải bỏlượng bùn dư hàng ngày

Các khoảng giá trị SV/SVI:

- SV = 300-600mL/L; SVI = 80-150Ml/g: Chỉ số SV/SVI càng nhỏ, bùn lắngcàng nhanh và càng đặc

- 600 < SV < 700 mL/L là khó lắng

- SV > 700 mL/L, SVI >200mL/g là rất khó lắng

Tỉ số F/M và MLSS: Điểm nổi bật của bể hiếu khí đó là quá trình xử lý phụ thuộcvào lượng bùn hoạt tính trong hệ thống và hoạt tính của vi sinh vật Tỷ số tải trọng F/

M là tỷ số lượng thức ăn (BOD) cung cấp mỗi ngày cho khối lượng vi sinh vật trong bểhiếu khí Tỷ số F/M được sử dụng để kiểm soát lượng MLSS trong bể hiếu khí và có giátrị dao động từ 0.2 - 1.0

Các khoảng giá trị giá trị F/M

- 0.2 – 1.0 : Khoảng giá trị F/M cần duy trì

- >1.0 : Giảm tải trọng đầu vào bể hiếu khí bằng cách tăng thời giansục khí, tăng lượng bùn tuần hòa, giảm tải lượng đầu vào

- <0.2 : Giảm thời gian sục khí; Tăng lượng bùn thải bỏ

Các khoảng giá trị MLSS:

- 2500 – 3500 mg/L : Khoảng giá trị MLSS tốt, cần duy trì

- < 2500 mg/L : Giảm lượng bùn hoạt tính dư rút ra khỏi bể hiếu khí(giảm thời gian bơm bùn dư)

- > 3500 mg/L : Tăng lượng bùn hoạt tính dư rút ra khỏi bể hiếu khí(tăng thời gian bơm bùn dư)

Tạo bọt: Lớp bọt trắng nổi trong bể hiếu khí là nét đặc trưng của hệ sinh học Những bọt này thường xuyên xuất hiện nhiều ở giai đoạn khởi động và xuất hiện rất ít khi bể hoạt động ổn định

Sự thay đổi màu và số lượng bọt cho biết tình trạng của bể khi vận hành quá trình

Số lượng bọt trắng nhiều:

- Trong giai đoạn khởi động, bùn non đang trong giai đoạn thích nghi.

- Sự tăng chất tẩy rửa trong nước thải.

- Quá tải bù.

- Có chất ức chế và độc chất.

- pH cao hoặc quá thấp.

- Thiếu oxy.

- Thiếu dinh dưỡng.

- Điều kiện nhiệt độ thất thường

Bọt nâu:

- Vi khuẩn dạng sợi – Nocardia cùng với bùn trường.

- Tải lượng thấp của bể phản ứng

- Nước thải chứa dầu mỡ: thêm công đoạn loại bỏ dầu mỡ

- Bùn sinh học thường có màu vàng nâu Khi quá tải hoặc không đủ oxy thìmàu vàng nâu này sẽ trở thành màu xám hay đen Khi thiếu oxy, quá trìnhsinh học yếm khí xả ra và sinh ra mùi khó chịu của H2S, mercaptans,…

2.3.7.5 Ưu, nhược điểm của hệ thống bùn hoạt tính

Ưu điểm

- Hiệu quả xử lý cao và hiệu quả

- Loại bỏ các chất hữu cơ

- Giảm thiểu tối đa mùi hôi

- Nhu cầu oxy sinh hóa lớn (BOD) loại bỏ ô nhiễm cung cấp một dòng nướcchất lượng tốt

- Quá trình oxy hóa và nitrat hóa đạt được

- Nitrat hóa sinh học mà không cần thêm hóa chất

- Loại bỏ phốt pho sinh học

- Môi trường xử lý hiếu khí loại bỏ rất nhiều mầm bệnh chứa trong nước thảinông nghiệp

- Ổn định bùn

- Khả năng loại bỏ ~ 97% chất rắn lơ lửng

Nhược điểm

- Nhân viên vận hành cần được đào tạo kỹ càng về chuyên môn

- Chất lượng nước thải sau xử lý ảnh hưởng nếu một trong các công trìnhđơn vị trong trạm không được vận hành đúng theo yêu cầu kỹ thuật

- Không loại bỏ màu từ chất thải công nghiệp và có thể làm tăng màu sắcthông qua sự hình thành các chất trung gian màu thông qua quá trình oxyhóa

- Nhược điểm chính của xử lý hiếu khí là tổn thất năng lượng cung cấp chokhí với tốc độ đủ để duy trì nồng độ oxy hòa tan cần thiết để duy trì điềukiện hiếu khí cho sự tăng trưởng của vi sinh vật

- Sinh khối (bùn tích tụ) do tăng trưởng hiếu khí tạo ra rất nhiều sinh khối(bùn) việc xử lý bùn sẽ nhiều hơn

Bùn thải sinh học: Có mùi hôi thối song không độc hại Có thể dùng để sản xuấtphân hữu cơ bằng cách cho thêm vôi bột để khử chua; than bùn; cấy vi sinh, dùng chếphẩm EM… để khử mùi sẽ thành phân hữu cơ tổng hợp Trong đó, bùn thải chiếm70% Giá thành rẻ, chất lượng không thua kém các loại phân hữu cơ bán trên thịtrường

Bùn thải chứa rất nhiều nước, trước khi xử lý bùn cần có khâu tách nước ra khỏibùn nhằm loại bỏ một phần khối lượng của bùn, giúp tối ưu hóa năng xuất của các thiết

bọ xử lý ở khâu sau Cặn lắng ở công đoạn lắng sơ bộ còn chứa nhiều nước và cặn hữu

cơ thối rữa, vì thế cần phải xử lý để cặn ổn định (không có khả năng thối rữa) và loạibớt nước ra khỏi cặn, thường thì sẽ áp dụng các phương pháp sau:

- Bể ổn định cặn hiếu khí

- Bể ổn định cặn yếm khí

- Hồ cô đặc và ổn định yếm khí

- Sân phơi bùn hoặc làm khô cặn

- Đốt cặn trong lò thiêu

- Làm khô bằng máy lọc ép

Công nghệ xử lý tiêu biểu: Máy lọc ép băng tải:

Máy làm khô cân bằng lọc ép trên băng tải được dùng phổ biến hiện nay

Nguyên tắc làm việc: Hệ thống lọc ép cặn trên băng tải gồm máy bơm bùn từ bể

cô đặc đến thùng hòa trộn hóa chất keo tụ (nếu cần) và định lượng cặn (1), thùng nàyđặt trên đầu vào của băng tải, hệ thống băng tải và trục ép, thùng đựng và xe vậnchuyển cặn khô, bơm nước sạch để rửa băng tải, thùng thu nước lọc và bơm nước lọc

về đầu khu xử lý Đầu tiên cặn từ thùng định lượng và phân phối (1) đi vào đoạn đầucủa băng tải (2) Ở đoạn này nước được lọc qua băng tải theo nguyên tắc lọc trọng lực,

đi qua cần gạt (3) để san đều cặn trên toàn chiều rộng băng, rồi đi qua trục ép (4) và (5)

có lực ép tăng dần Hiệu suất làm khô cặn phụ thuộc vào nhiều thông số như: đặc tínhcủa cặn, cặn có trộn với hóa chất keo tụ hay không, độ rỗng của băng lọc, tốc độ dichuyển và lực nén của băng tải Nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy lọc ép băng tảiđạt được từ 15 – 25%

Chỉ tiêu thiết kế: Máy ép bùn băng tỉa có trên thị trường có chiều rộng băng từ 0.5

m – 3.5 m, phổ biến là loại máy có chiều rộng băng 1 m, 1.2m, 1.5m và 2m

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy ép bùn băng tảiTải trọng cặn trên 1 m rộng của băng tải dao động từ 90 – 680 kg/m chiều rộngbăng.h, tùy thuộc vào loại cặn và loại máy Nước lọc qua băng từ 1.6 đến 6.3 l/m băng

mức cho phép

Phần II: LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CN

1 Quy trình xử lý nước thải phổ biến hiện nay.

Quy trình xử lý được áp dụng tại công ty cổ phần công nghệ môi trường Toàn Á:Với bể xử lý chính là bể thiếu khí và bể MBBR.

Bảng 2.1: Thông số đầu vào của nước thải sinh hoạt xử lý được theo quy trình

của công ty CNMT Toàn Á

Quy trình công nghệ xử lý được áp dụng:

Hình 2.1: Quy trình xử lý nước thải đã thương mại hóa

Thuyết minh quy trình:

Nước thải đi vào hệ thống xử lý qua hệ thống mương dẫn, sau đó chảy vào bể thugom dầu mỡ, tại đây, dầu mỡ, các tạp chất nổi khác sẽ được gom lại, loại bỏ khỏi nướcthải bằng phương pháp tuyển nổi

Sau khi đã được tách dầu mỡ, nước thải sẽ được chảy sang bể điều hòa Nhiệm vụcủa bể điều hòa là đảo trộn, làm đều lưu lượng và chất lượng của nước thải bằng hệthống sục khí liên tục, vì nước thải sinh hoạt thường biến động lưu lượng và chất lượngtheo giờ sinh hoạt của con người Bể điều hòa đảm bảo lưu lượng và chất lượng nước đivào hệ thống xử lý luôn ổn định, tránh hiện tượng shock hệ thống do thay đổi lưu lượng

và chất lượng nước đột ngột