tính toán thiết kế hồ sinh vật

- Hồ sinh học trong xử lý nước thải dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên.. To: phụ thuộc vào khí hậu của vùng 2.Nguyên tắc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

- -TIỂU LUẬN XỬ LÍ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

Đề tài: Hồ sinh học

GVHD: Nguyễn Trung Kiên

Sinh viên thực hiện: Nhóm 11

• Trần Thị Minh Tâm 16127103

• Phạm Thị Tuyết Nhung 16127082

• Nguyễn Thị Thanh Thúy 16127122

• Phạm Thị Thu Lan 16127048

• Huỳnh Vũ Sơn 16127101

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ

I.Giới thiệu

Hình: Nhà máy xử lí nước thải tập trung Đà Lạt

1.Khái niệm

Hồ sinh học (Waste Stabilization Ponds) là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên

hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,…

HỒ SINH HỌC

- Hồ sinh học trong xử lý nước thải dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên —Các hoạt động diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinh phức tạp giữa nấm

và tảo, giúp ổn định dòng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnh Những quá trình này cũng tương tự như quá trình tự làm sạch ở sông hồ tự nhiên.Các

hồ sinh học có thể là hồ đơn hoặc thường kết hợp nhiều phương pháp xử lý khác

- Đây là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng

phương pháp sinh học

- Không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ, quản lý đơn giản, hiệu quả cao

Các yếu tố ảnh hưởng chính:

O2: Phụ thuộc vào chiều sâu hồ, điều kiện khí hậu, dòng chảy

To: phụ thuộc vào khí hậu của vùng

2.Nguyên tắc hoạt động

Vi sinh vật sử dụng oxy từ rêu tảo trong hóa trình quang hợp cũng như oxy

từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ và rong tảo trong hồ lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ của vi

sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ pH và nhiệt độ tối ưu, nhiệt

độ không được thấp hơn 6oC

II.Vị trí , chức năng của hồ sinh học

1.Chức năng hồ sinh học

Hồ sinh học dùng để xử lí những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên

Ngoài chức năng xử lý nước thải, hồ sinh học còn có thể sử dụng cho mục đích:

- Nuôi trồng thủy sản

- Là nơi tích trữ nguồn nước tưới tiêu cho cây trồng

- Điều hòa dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước đô thị hoặc các khu công nghiệp, khu dân cư

- Giúp tạo cảnh quan

Ở nước ta hiện nay hồ sinh học chiếm vị trí đặc biệt quan trọng trong các biện pháp

xử lý nước thải vì có nhiều thuận lợi:

- Không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư

- Bảo trì, vận hành đơn giản, không đòi hỏi có người quản lý thường xuyên Hầu hết các đô thị, các khu dân cư có nhiều ao, hồ hay khu ruộng trũng có thể sử dụng mà không cần cải tạo, xây dựng nhiều

- Có các điều kiện kết hợp mục đích xử lý nước thải với việc nuôi trồng thủy sản và điều hòa nước mưa

2.Vị trí của hồ sinh học trong công nghệ xử lí nước thải

Hiện nay hồ sinh học thường được sử dụng để xử lý thứ cấp trong xử lý nước thải

Ba loại hồ sinh học chính thường được bố trí thành các chuỗi hồ nối tiếp hoặc song song theo cách có một hồ tùy tiện sơ cấp sẽ kế tiếp một hoặc một số hồ xử lý triệt để; một hồ kỵ khí theo sau là một hoặc một số hồ xử lý triệt để; hoặc một hồ kỵ khí tiếp theo là hồ tùy tiện thứ cấp và một hay nhiều hồ xử lý triệt để Mỗi loại chuỗi

hồ đều có tính một ưu việt khác nhau, phụ thuộc vào chức năng cũng như yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra (Mara & Pearson, 1987)

Hình: Bố trí hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải 2.1 Vị trí hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư

 Ghi chú

1 Song chắn rác;

2 Bể lắng cát;

3 Bể lắng 2 vỏ;

4 Mương oxy hoá;

5 Bể lắng đợt 2;

6 Hồ sinh học;

7 Sân phơi bùn;

8 Nguồn tiếp nhận

1’ Máy nghiền rác (hoặc thùng chứa rác);

2’ Sân phơi cát

2.2 Vị trí hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải cho khu nghỉ mát

Hình: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cho khu nghỉ mát

 Ghi chú

1 Công trình xử lý cơ học;

2 Công trình xử lý sinh học (Phương án I – Tháp sinh học + hồ sinh học thổi khí; Phương án II – Mương oxy hoá; Phương án III – bể lcụ tiếp xúc quay – RBC);

3 Bể lắng đợt 2;

4 Công trình xử lý bổ sung;

5 Nguồn tiếp nhận

III.Các loại hồ sinh học

Có nhiều cách thức để phân loại hồ Phương pháp đơn giản để phân loại dựa trên từng loại chuyển hóa có thể xảy ra và cơ chế tiếp nhận cơ chất khác nhau Hồ sinh học có thể phân thành 2 loại hồ chính

1.Hồ làm thoáng

a. Hồ tự nhiên

Hồ được hình thành do quá trình kiến tạo bề mặt trái đất theo thời gian,

do sự vận động của lớp chất lỏng trong lớp vỏ trái đất, quá trình hoạt động của núi lửa, hoạt động phun trào ham thạch, sụt lún….Hình thành nên đại dương, sông ngòi và các hồ tự nhiên

b. Hồ nhân tạo

Được hình thành do những tác động của con người nhằm các mục đích khác nhau như đắp chán dòng chảy, ngăn lũ, trữ nước cho nhà máy phát điện, điều tiết dòng chảy cho tưới tiêu chống hạn hán, tạo những hồ sinh thái

ở khu vực thượng nguồn Hồ còn do quá trình đào đắp đất, khai thác đá, khoáng sản tạo thành.Các hố sâu rộng theo thời gian được lắp đầy nước do mưa tạo thành hồ làm môi trường sống cho các động thực vật thủy sinh

Hồ sinh học nhân tạo

2.Hồ ổn định nước thải

Có 3 dạng: hồ kỵ khí, hồ tùy tiện, hồ hiếu khí

a. Hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí xử lí nước thải bột mì

Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng và phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí

Đặc điểm

– Chuyên xử lý những loại nước thải CN nhiễm bẩn, nước thải chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao

– Trong hồ, các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giái phóng khí CH4 và CO2

– Hồ kỵ khí làm giảm hàm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo

ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí

Cấu tạo

– Chiều sâu hồ từ 2,4 – 3,6m

– Hồ thường được thiết kế với 2 ngăn (dự phòng)

– Thời gian lưu nước về mùa hè là >1,5 ngày còn về mùa đông > 5 ngày

– S kỵ khí = 10-20% S hiếu khí

Hiệu quả của hồ kỵ khí được mô tả như sau:

- Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hòa tan thành dạng vật chất lắng đọng như bùn đáy

- Hòa tan các dạng vật chất hữu cơ khác

- Phá vỡ quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ

- Chứa vật chất không hòa tan và không phân hủy như bùn đáy

- Chứa vật chất không hấp thụ và ở dạng vô định hình như bùn đáy

- Cho phép xử lý một phần dòng chảy đi qua

b. Hồ tùy tiện

Có 2 loại hồ tùy tiện

– Hồ tùy tiện nguyên thủy, tiếp nhận nguồn thải nguyên chất chưa qua xử lý – Hồ tùy tiện thứ cấp, tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dòng thải từ hồ

kỵ khí)

Đặc điểm

Trong hồ tùy tiện thường xảy ra 2 quá trình song song:

– Oxy hóa hiếu khí

– Phân hủy metan cặn lắngKhi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:

– Tăng cường xử lý dòng thải vào từ xử lý kỵ khí thông qua việc phân chia, phân hủy và tiêu hóa các vật chất hữu cơ

– Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ còn lại ở gần bề mặt hồ

– Làm giảm số lượng vi sinh vật có khả năng gây bệnh

Cấu tạo

Hồ có cấu tạo 3 lớp: lớp hiếu khí, lớp trung gian và lớp kỵ khí

Chiều sâu hồ tùy tiện 0,9-1,5 m Ở vùng có gió, S hồ lớn còn ở vùng ít gió hồ được thiết kế có nhiều ngăn

c. Hồ hiếu khí

Hoạt động dựa trên quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí.Hiện nay người ta phân hồ sinh học hiếu khí thành hai loại:

– Hồ làm thoáng tự nhiên: Ô xy cung cấp cho quá trình ô xy hóa chủ yếu do sự khuyếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật nước (rong, tảo,…) Để đảm bảo cho ánh sáng có thể xuyên qua, thì chiều sâu của hồ phải nhỏ, tốt nhất là từ 0,3 – 0,5 m Sức chứa tiêu chuẩn lấy theo chỉ tiêu BOD vào khoảng 250 – 300

kg/ha/ngày Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 3 – 12 ngày.Tuy nhiên do độ sâu cần nhỏ, thời gian lưu nước lâu nên diện tích của hồ đòi hỏi phải đủ lớn Vì thế nó chỉ hợp lý về kinh tế khi kết hợp với việc nuôi trồng thủy sản với chăn nuôi và hồ chứa nước cho công nghiệp

– Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Loại này nguồn ô xy cung cấp cho quá trình sinh hóa là bằng các thiết vị như bơm khí nén hay máy khuấy cơ học Do được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể

từ 2 – 4,5 m, sức chứa tiêu chuẩn theo chỉ tiêu BOD khoảng 400 kg/ha/ngày Thời gian lưu nước trong hồ chỉ cần từ 1 – 3 ngày

Cấu tạo của hồ:Các loại hồ sinh học hiếu khí có thể làm một hoặc nhiều bậc, chiều sâu của các bậc sau sâu hơn các bậc phía trước Thiết bị đưa nước vào hồ phải có cấu tạo thích hợp để phân phối, điều hòa nước trên toàn bộ diện tích hồ Thông thường, hồ một bậc thường được thiết kế với diện tích 0,5 – 0,7 ha; hồ nhiều bậc thì mỗi bậc 2,25 ha; tùy theo công suất mà có thể xây dựng làm nhiều hồ

Một số điểm cần lưu ý khi áp dụng:

Xử lý nước thải bằng hồ sinh học nói chung, đặc biệt là hồ sinh học hiếu khí có những ưu điểm nên nó là một trong số những loại hình công trình xử

lý nước thải được sử dụng rộng rãi và đem áp dụng ở tỉnh ta khá thích hợp,

có thể kết hợp làm hồ thả bèo, nuôi cá Điều đó đem lại hiệu quả kinh tế và tăng cường xử lý nước thải Nếu thả bèo trên mặt hồ sẽ tăng thêm nguồn ô

xy cho quá trình quang hợp, đồng thời rễ bèo có nhiều sinh vật sẽ thúc đẩy quá trình ô xy hóa Tuy nhiên, cần lưu ý là không nên thả bèo kín mặt hồ để đảm bảo cho ánh sáng xuyên qua

Nước thải trước khi đưa vào hồ tuy đã được xử lý sơ bộ, nhưng hàm lượng các chất bẩn vẫn còn cao, muốn kết hợp nuôi trồng thủy sản thì chỉ nên nuôi ở các bậc hồ thứ cấp (2, 3) hay những hồ đã được pha loãng bằng nguồn nước khác có chất lượng tốt hơn

Việc lựa chọn loại cá hay thủy sản khác nuôi trong các bậc của hồ cần phải có sự hướng dẫn của các chuyên gia nuôi trồng thủy sản

- Hồ hiếu khí được thiết kế với tác dụng ngăn không cho tảo phát triển Điều này được thực hiện thông qua 2 điều kiện

• Sự trộn lẫn hiệu quả >>> tất cả sinh khối ở tình trạng lơ lửng,

>>>cung cấp độ đục cần thiết để làm giảm sự xâm nhập của ánh sáng vào trong cột nước >>> thời gian lưu bùn cân bằng với thời gian lưu nước

• Thời gian lưu nước được kiểm soát ít hơn thời gian lưu bùn làm giảm

sự phát triển của tảo Bởi vì tảo đã bị ngăn chặn không cho phát triển, oxy được cung cấp với nghĩa thụ động

Hồ này có thể được thiết kế với nhiều mục tiêu khác nhau, bao gồm:

• Chuyển hóa các vật liệu hữu cơ đã bị vi khuẩn làm cho thối rữa thông qua việc chuyển đổi thành sinh khối;

• Sự ổn định của vật chất hữu cơ (bao gồm cả sinh khối tổng hợp) thông qua sự phân hủy hiếu khí, và sự chuyển hóa của sinh khối tổng hợp do lắng đọng tự nhiên

Hồ hiếu khí tại Summerston, Scotland và Harewood whin, England

Song chắn rác

Bể lắng cát

Bể lắng 2 vỏ

Mương oxy hóa

Bể lắng đợt 2

Hồ sinh vật

Máy nghiền rác

Sân phới cát Nước thải

Nguồn tiếp nhận

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

I.Tính toán thiết kế hồ sinh học hiếu khí:

Các số liệu đầu vào để tính toán:

- Lưu lượng trung bình của nước thải trong ngày đêm: Q = 4800 m3/ ngđ;

- Hàm lượng chất lơ lửng: 220 mg/l;

- Hàm lượng NOS sau xử lí ở mương oxi hóa:

- Nhiệt độ của nước thải 250C

- Hàm lượng BOD: 210 mg/l

- COD: 315 mg/l

- Ph: 7.0

Số liệu đầu ra cần đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn loại A:

- Hàm lượng chất lơ lửng <=30 mg/l

- Hàm lượng NOS 15÷20 mg/l

Chọn phương án xử lí nước thải đô thị theo sơ đồ sau:

Cột A

1.tính toán hàm lượng chất bẩn còn lại sau khi qua các công trình trước hồ sinh học

Công trình Hiệu suất xử lí SS Hiệu suất xử lí

BOD20

Hàm lượng còn lại

BOD:199,5mg/l

BOD:189,53mg/l

BOD:113,72mg/l

BOD:113,72mg/l

BOD:28,43mg/l

2.tính toán hồ sinh học hiếu khí

 Số liệu đầu vào:

• Lưu lượng tính toán của nước thải: 4800m3/ngđ

• Hàm lượng chất lơ lửng:50,69mg/l

• Hàm lượng BOD sau xử lí:28,43mg/l

• Nhiệt độ của nước thải 250C

Chọn hồ sinh vật hiếu khí một bậc với làm thoáng tự nhiên để tính toán thiết kế Phương pháp tính toán dựa theo TCXD-51-84( Phụ lục E, mục 6)

Thời gian nước lưu lại trong hồ được tính theo công thức sau đây:

T=

Trong đó: t = thời gian nước lưu lại ở hồ, ngày đêm;

α: hệ số sử dụng thể tích hồ, lấy như sau: Khi tỷ lệ giữa chiều rộng B và chiều dài

L (B:L) từ 1:1 đến 1:3 thì α= 0,35; Khi B:L giảm đến 1:30 thì α= 0,8;

k = hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ: K= 0,1×1,047(T-20)

Tính toán hồ sinh vật bậc I

Giả sử rằng hiệu quả xử lí nước thải ở hồ sinh vật bậc I đạt 30% Như vậy, hàm lượng BOD của nước thải ra khỏi hồ bậc I sẽ là 28,43 x 70% = 19,901 mg/l

Thời gian nước lưu lại ở hồ bậc I được tính theo công thức:

T1= ngày đêm

Trong đó: α = hệ số sử dụng thể tích hồ, chọn tỷ lệ B:L = 1:1 đến 1:3, α= 0,35;

K1= hằng số nhiệt độ Ứng với nhiệt độ nước thải ở bậc I là 250C, ta có: K1= 0,1×1,047(25-20)= 0,1258;

La= hàm lượng BOD của nước thải dẫn vào hồ I, La= 28,43 mg/l

Lt= hàm lượng BOD từ hồ bậc I vào hồ bậc II, Lt = 14,21 mg/l

Thể tích hồ bậc I được tính theo công thức:

W1 = Qtb.ngđ×t1 = 4800 × 3,5 = 16800 m3

Diện tích mặt thoáng của hồ sinh vật bậc I được tính theo công thức:

F1= m2

Trong đó: Cp= lượng oxi hòa tan tương ứng với nhiệt độ của nước trong hồ, lấy theo Bảng 5.3 Ứng với t0 = 230C ( lấy nhỏ hơn nhiệt độ của nước thải) Cp= 8,58 mg/l;

C0= hàm lượng oxi hào tan trong nước ra khỏi hồ, lấy 5 ÷ 6 mg/l, lấy 5 mg/l

La= hàm lượng BOD ban đầu của nước thải vào hồ, La= 28,43mg/l

Lt= hàm lượng BOD cảu nước thải sau xử lí, Lt=19,901 mg/l

Tr= độ hòa tan tự nhiên của không khí vào nước ứng với độ thiếu hụt oxy bằng 1, lấy bằng 4÷6 g/m3.ngđ, chọn Tr= 4,5 g/m3.ngđ;

A = hệ số đặc trưng tính chất bề mặt của hồ:

Khi bờ hồ khúc khuỷu, a= 0,5 ÷ 0,6;

Khi bờ hồ bình thường, a= 0,8 ÷0,9, lấy a=0,9

Kích thước hồ sinh học bậc I trên mặt bằng được chọn (1:2) như sau:

L1×B1= 109 m x 221 m = 24089 m2

Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc I:

H1= m

Tính toán hồ sinh học bậc II

ở hồ bậc II, thời gian nước lưu lại được tính như sau:

t2= = 1,3 ngày đêm

Trong đó: α2= hệ số sử dụng thể tích hồ, α2= 0,8 ứng với tỉ lệ B:L đến 1:30;

K2= hằng số nhiệt độ Ứng với nhiệt độ của nước thải ở hồ bậc II là 230C, ta có:

K2= 0,1×1,047(23-20)= 0,1148

Lt= hàm lượng NOS20 từ hồ bậc II, Lt= 19,901 mg/l

Lr= hàm lượng NOS20 cần đạt sau xử lí, Lr=15 mg/l

Bảng 5.3

Lượng oxi hòa tan trong nước ở áp suất khí quyển ứng với các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ (0C) Hàm lượng oxy hòa tan (mg/L)

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

9,09 8,90 8,73 8,58 8,42 8,28 8,11 7,95 7,81 7,67 7,52

Thể tích hồ bậc II được tính theo công thức:

W2 = Qtr.ngđ×t2 = 4800 × 1,3 = 6240 m3

Diện tích mặt thoáng của hồ sinh vật bậc II được tính theo công thức:

F2= = 13921,2 m2

Kích thước hồ sinh vật bậc II trên mặt bằng được chon như sau:

L2×B2 = 170 × 82 = 13940 m2

Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc II:

H2= = 0,4 m