Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.3 Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý
4.3.1. Cơ sở lựa chọn dây chuyền công nghệ XLNT
Chọn sơ đồ trạm xử lý nước thải phải tùy từng trường hợp cụ thể. Các phương pháp dây chuyền công nghệ và các công trình XLNT trong đó phải được lựa chọn trên các cơ sở sau:
Công suất và đặc điểm của đối tượng thoát nước;
Đặc điểm nguồn tiếp nhận nước thải và khả năng tự làm sạch của nó;
Điều kiện tự nhiên khu vực: đặc điểm khí hậu, thời tiết, địa hình, địa chất thủy văn…
Vận hành đơn giản;
Chi phí xử lý thấp;
Chi phí đầu tư thấp;
Nước thải sau xử lý phải đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải (loại A QCVN 14:2008 /BTNMT)
Bảng 4.11. Giá trị tính toán các thông số ô nhiễm là cơ sở tính toán cho giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt
TT Thông số Đơn vị QCVN 14:2008 A B 1 pH 5 – 9 5 – 9 2 BOD5 mg/l 30 50 3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 4 Amoni (tính theo N) mg/l 5 10
5 Nitrat (NO3-) (tính theo N) mg/l 30 50
6 Photphat (PO43-) (tính theo P) mg/l 6 10
7 Coliform MNP/100 ml 3.000 5.000
Nước thải ở hệ thống thoát nước khu vực công nghiệp Lai Vu chủ yếu là nước thải sinh hoạt. Do vậy, tải lượng ô nhiễm nước thải của khu vực được đánh giá tương đối trên cơ sở đặc trưng của nước thải sinh hoạt và lưu lượng nước thải khu công nghiệp phần lớn là nước thải sinh hoạt.
4.3.2. Xác định đặc trưng ô nhiễm của khu vực đến năm 2020
Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt được tính theo công thức sau:
Csh = ,mg/l
Trong đó:
- n : Lượng chất bẩn tính cho một người trong một ngày đêm,
g/người.ngày
Bảng 4.12. Lượng chất bẩn tính cho một người trong một ngày đêm Các đại lượng Khối lượng (g/người.ngày)
Chất rắn lơ lửng 60 – 65
BOD5 của nước thải đã lắng 30 – 35
BOD5 của nước thải chưa lắng 65
Nitơ của muối amôni (N-NH4) 8
Phôtphat (P2O5) 3 , 3
Nguồn: Bộ Xây dựng (2008)
- Hàm lượng chất lơ lửng = = 407 (mg/l)
- Hàm lượng BOD5 của nước thải đã lắng = = 220 (mg/l)
- Hàm lượng BOD5 của nước thải chưa lắng = = 407 ( mg/l )
- Hàm lượng Nitơ amon của nước thải = = 50 ( mg/l )
- Hàm lượng Photphat của nước thải = = 21 ( mg/l )
- Hàm lượng COD của nước thải = = 315 ( mg/l )
(Theo TCXDVN 51-2006, nCOD = 50 g/người.ngày)
Phần lớn, nước thải sinh hoạt trước khi thải vào hệ thống thoát nước đều được lưu giữ lại trong hệ thống các bể tự hoại tại các công ty thuộc khu công nghiệp thời gian lưu trung bình khoảng 3 ngày. Do vận tốc trong bể nhỏ nên phần lớn cặn lơ lửng được giữ lại, hiệu quả lắng cặn trong bể tự hoại từ 40 – 60% tùy thuộc vào nhiệt độ và chế độ quản lý. Do đó, nước thải sinh hoạt sau khi lắng lại trong hệ thống bể tự hoại thì trung bình chỉ còn lại khoảng 40% lượng cặn lơ lửng đi vào hệ thống thoát nước. Vì vậy, hàm lượng chất lơ lửng = 407 x 60% = 245 (mg/l) Sau khi tính toán, ta thu được bảng số liệu sau:
Bảng 4.13. Đặc trưng ô nhiễm nước thải đô thị khu công nghiệp Lai Vu cần xử lý cần xử lý
(Kết quả trung bình của 05 lần đo đạc)
TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
1 pH 6,5 - 7 , 5 2 COD mg/l 315 3 BOD5 mg/l 220 4 Chất lơ lửng mg/l 245 5 Tổng Nitơ mg/l 50 6 Photphat mg/l 21 7 E.Coli (MPN/100ml) 1.0x106
4.3.2.3. Xác định mức độ cần thiết xử lý nước thải
Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt, ta có bảng sau:
Bảng 4.14. Nồng độ giới hạn một số chất ô nhiễm trong nước thải đô thị
TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 pH 5 - 9
2 BOD5 mg/l 30
3 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 50
4 Amoni (tính theo N) mg/l 5
5 Nitrat (NO3-) (tính theo N) mg/l 30
6 Photphat (PO43-) (tính theo P) mg/l 6
Mức độ cần thiết xử lý nước thải thường được xác định theo:
- Hàm lượng chất lơ lửng (phục vụ tính toán công nghệ xử lý cơ học)
D = x 100%
Trong đó:
m – Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau khi xử lý cho phép xả vào nguồn nước, mg/l.
Ctc – Hàm lương chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải, mg/l.
- Hàm lượng BOD5 (phục vụ cho tính toán công trình và công nghệ xử lý
sinh học).
D = 100%
Trong đó:
Lt - Hàm lượng BOD5 của nước thải sau xử lý cho phép xả vào nguồn
nước, mg/l
Ltc - Hàm lượng BOD5 của hỗn hợp thải, mg/l.
D = 100%=86,4%
4.3.3. Phân tích một số công nghệ xử lý nước thải đã được áp dụng
Dây chuyền công nghệ xử lý là tổ hợp các công trình, trong đó, nước thải được xử lý từng bước theo thứ tự từ xử lý thô đến xử lý tinh; từ xử lý những chất không hòa tan đến xử lý những chất keo và hòa tan. Khử trùng là khâu cuối cùng.
Dây chuyền công nghệ xử lý nói chung có thể chia làm bốn khối:
Khối xử lý cơ học
Khối xử lý sinh học
Khối khử trùng
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên tắc dây chuyền công nghệ xử lý hoàn chỉnh
1- Song chắn rác 1a- Máy nghiền rác 2- Bể lắng cát
2a- Sân phơi bùn 3- Bể lắng đợt I 4- Công trình xử lý sinh
học
5- Bể lắng đợt II 6- Máng trộn 7- Bể tiếp xúc
8- Công trình xử lý cặn 9- Công trình làm khô cặn
I- Khối xử lý cơ học II- Khối xử lý sinh học
III- Khối khử trùng IV- Khối xử lý cặn
Chú dẫn:
Đường nước Đường cặn
Đường phân chia Đường dẫn bùn đem khối chôn lấp Đường dẫn hỗn hợp bùn nước
Với tính chất của nước thải khu công nghiệp Lai Vu, tỉnh Hải Dương là chứa hàm lượng các chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng khá cao. Vì vậy, phương pháp xử lý sinh học hiệu quả và kinh tế nhất là phương pháp sinh học, mà đặc biệt là xử lý sinh học hiếu khí. Xử lý sinh học hiếu khí bao gồm nhiều phương pháp khác nhau: hệ thống Aeroten, bể lọc sinh học, mương oxy hóa, bể SBR, bùn hoạt tính…
4.3.3.1. Công nghệ Aeroten truyền thống
Trong bể aeroten, các chất ô nhiễm được oxy hóa bởi bùn hoạt tính. Không khí được cấp liên tục vào bể thông qua hệ thống phân phối khí. Việc sục khí ở đây đảm bảo các yêu cầu của quá trình: làm nước được bão hòa oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Sơ đồ hoạt động của bể Aeroten được nêu trong hình dưới đây.
Hình 4.3. Sơ đồ hoạt động của bể Aeroten truyền thống
4.3.3.2. Công nghệ Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR)
SBR là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó lần lượt diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn của bể tối thiểu là 2. Sơ đồ hoạt động của hệ thống bể nêu trên hình dưới đây.
S ô ng, h ồ B ể aeroten B ể l ắ ng đợ t I B ể l ắ ng đợ t II X ả ra Tu ầ n ho à n b ù n ho ạ t t í nh X ả b ù n t ươ i X ả b ù n ho ạ t t í nh d ư N ướ c th ả i v à o
Hình 4.4. Sơ đồ hoạt động của hệ thống aeroten hoạt động theo mẻ SBR
Hệ thống SBR có thể khử được nito và photpho sinh hóa do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy vào bể.
- Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản;
- Hiệu quả xử lý cao;
- Khử được các chất dinh dưỡng nitơ, photpho;
- Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý;
- Bể làm việc không cần bể lắng thứ cấp cho nên tiết kiệm được diện tích xây dựng.
- Nhược điểm:
- Công suất xử lý nước thải nhỏ;
- Người vận hành yêu cầu phải có trình độ và theo dõi thường xuyên các
4.3.3.3. Công nghệ AAO
Công nghệ xử lý này gồm ba bậc kị khí – thiếu khí – hiếu khí. Nước thải đi vào bậc kỵ khí, tại đây xảy ra quá trình khử photpho sinh học. Nước thải sau khi qua bậc kỵ khí được dẫn đến bậc xử lý thiếu khí, tại đây xảy ra quá trình khử nitrat. Sau đó nước thải được đưa sang bậc hiếu khí để thực hiện quá trình khử các chất bẩn hữu cơ. Cuối cùng được đưa đến bể lắng thứ cấp để làm sạch nước thải. Hệ thống này được mô tả sơ lược như hình dưới đây.
Tuần hoàn hỗn hợp lỏng
Hình 4.5. Sơ đồ xử lý sinh học AAO
- Bể kỵ khí hầu như không có oxy và nitrat. Bể này chủ yếu để khử photpho.
- Bể thiếu khí cũng hầu như không có oxy nhưng có nhiều nitrit và nitrat,
đặc biệt là nitrat được cấp vào đáng kể qua đường tuần hoàn bùn lỏng từ bể hiếu khí sang. Bể thiếu khí để loại bỏ nitơ do trong môi trường không có oxy, vi sinh vật nonpoly-P sử dụng nitrat như một thành phần nhận điện tử và giải phóng ra khí nitơ.
- Bể hiếu khí được cấp oxy thông qua máy sục khí. Tại đây, các chất được
oxy hóa sinh hóa, chủ yếu amoni sẽ được chuyển thành nitrat nhờ vi sinh vật. - Quá trình nitrat hóa: khử cacbon và oxy hóa amoni thành nitrat trong bể hiếu khí. NH4+ +3/2 O 2 NO2- + 2H++ H 2 O NO2- + ½O2 NO3- C x H y O z + O 2 => CO 2 + H 2O Nướcthải sau x ử l ý Nước thảivào B ể k ỵ kh í B ể hi ế m kh í B ể hi ế u kh í B ể l ắ ng D ò ng b ù n tu ầ n ho à n B ù n ho ạ t t í nh d ư
- Quá trình khử nitrat: nitrat được chuyển thành khí nitơ trong bể kị khí.
NO 3-+ H 2 NO 2 + H 2O
- Quá trình khử P thực hiện trong bể kỵ khí và hiếu khí nhờ vi sinh vật. Trong điều kiện kỵ khí, vi sinh vật xả P vào nước thải. Trong môi trường hiếu khí hay thiếu khí, các vi khuẩn này tách P ra khỏi nước thải cùng với bùn dư của hệ thống.
Như vậy, hệ thống AAO có thể xử lý được dòng thải chứa BOD, nitơ và photpho cao.
4.3.3.4. Bể lọc sinh học
Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật
sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc. Thường nước thải được tưới từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc. Điều kiện làm việc bình thường của các loại công trình XLNT loại này là nước thải có pH từ 6,5 đến 8,5, đủ oxy, hàm lượng căn không vượt quá 150 mg/l. Nếu hàm lượng BOD5 > 200 mg/l thì cần pha loãng nước thải. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể lọc sinh học được nêu ở hình dưới.
Q – lưu lượng nước thải; R – tỷ lệ tuần hoàn (pha loãng) nước thải
Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể lọc sinh học
Bể biophin nhỏ giọt: dùng để xử lý sinh học nước thải hoàn toàn với hàm
lượng sau xử lý đạt tới 15 mg/l. Tải trọng thủy lực của bể thấp (1 – 3 m3 nước thải/m2 bề mặt bể.ngày). Tải trọng chất bẩn hữu cơ của bể là 0,1 – 0,2 kg BOD/m3 vật liệu lọc.ngày. Bể làm việc hiệu quả khi BOD5 của nước thải vào bể dưới 220 mg/l.
Bể biophin cao tải: biophin cao tải khác với bể biophin nhỏ giọt ở chỗ nó
có chiều cao công tác và tải trọng thủy lực lớn hơn (từ 10 đến 30 m3 nước thải/m2
bề mặt bể.ngày). Tải trọng chất bẩn hữu cơ theo BOD5 của bể Lv thường từ 0,2 đến 1,5 kg BOD/m3.ngày. Bể lọc sinh học cao tải hoạt động có hiệu quả khi BOD của nước thải dưới 300 mg/l.
B ể l ọ c sinh h ọ c
Q(1+R) Q
RQ
- Ưu điểm: Quá trình phân giải yếm khí trong lớp vật liệu lọc cho phép nước thải làm sạch BOD, nitơ và photpho cao.
- Nhược điểm:
Phải xây dựng nhiều bể lọc sinh học do lưu lượng nước thải lớn
Chi phí xây dựng cao
Tốn nhiều diện tích đất để xây dựng.
4.3.3.5. Mương oxy hóa
Có thể nói mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh. Mương oxy hóa hoạt động theo nguyên lý làm thoáng kéo dài với bùn hoạt tính lơ lửng chuyển động tuần hoàn trong mương. Quá trình thổi khí đảm bảo cho việc khử BOD và ổn định bùn nhờ hô hấp nội bào. Sơ đồ hoạt động của mương được mô tả ở hình dưới.
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của kênh oxy hóa tuần hoàn
- Ưu điểm:
- Hiệu quả xử lý BOD5, nitơ, photpho cao; - Quản lý và vận hành đơn giản;
- Ít bị ảnh hưởng khi có sự thay đổi về thành phần và lưu lượng nước thải đầu vào nên thường sử dụng để xử lý nước thải có biên độ dao động lớn về chất
lượng và lưu lượng giữa các giờ trong ngày;
- Lượng bùn dư thấp;
- Nhược điểm:
- Công trình xây dựng hở và tốn nhiều diện tích để xây dựng;
4.3.4. Lựa chọn hệ thống xử lý nước thải cho khu công nghiệp Lai Vu, tỉnh Hải Dương tỉnh Hải Dương
Dựa trên đặc trưng nước thải đã lựa chọn thiết kế, nhận thấy nước thải khu công nghiệp Lai Vu, Tỉnh Hải Dương ở đây có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng cặn lơ lửng tương đối lớn, hàm lượng các chất dinh dưỡng nitơ và photpho cao, không chứa các chất độc đối với vi sinh vật như kim loai nặng, các axit hoặc kiềm mạnh… Do đó, nước thải của khu vực này có đặc trưng tương tự nước thải sinh hoạt nên rất thích hợp cho xử lý sinh học. Sau khi phân tích ưu nhược điểm của một số công nghệ đã được áp dụng và xem xét các yếu tố như lưu lượng, nồng độ và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải, điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội thì công nghệ được lựa chọn là hệ thống AAO (Anaerobic – Anoxic – Aerobic). Bởi vì hệ thống này có thể đồng thời khử được BOD, nitơ và photpho hàm lượng cao.
Hình 4.8. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải đô thị
Nước thải đồ thị
Ngăn tiếp nhận
Song chắn rác
Bể lắng cắt ngang
Máng đo lưu lượng
Để điều hòa Bể lắng đợt 1 Bể kỵ khí Bể thiếu khí Bể hiếu khí Nước tuần hoàn Máy nghiền rác Bể mê tan Bùn cặn Bãi Chôn lấp bioga Hồn hợp lỏng Hệ thống AAo Bùn tuần hoàn Không khí Sân phơi cát Không khí Bể lắng đợt 2 Nguồn tiếp nhận Bể khử trùng Bể chứa bùn
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước thải từ hệ thống bể tự hoại của các doang nghiệp trong khung công nghiệp đã được xử lý sơ bộ từ hệ thống cống thu gom qua song chắn rác thô để loại bỏ rác có kích thước lớn rồi chảy vào ngăn tiếp nhận. Từ ngăn tiếp nhận, nước thải được bơm qua song chắn rác tinh sau đó dẫn bể lắng cát. Trong bể lắng cát, các hạt cặn có kích thước > 0,2 (chủ yếu là cặn vô cơ) sẽ bị lắng lại. Nước thải được dẫn qua máng đo lưu lượng để điều hòa dòng chảy rồi cho vào bể điều hòa để điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm. Tại bể điều hòa nước thải sẽ được làm thoáng sơ bộ bằng khí nén được cấp từ máy thổi khí. Hệ thống sục khí có tác dụng khuấy trộn, chống lắng cặn trong bể và làm thoáng sơ bộ nước thải. Nước thải sau khi qua bể điều hòa được dẫn qua bể lắng đợt I. Tại đây, phần lớn cặn trong nước thải sẽ bị tách ra khỏi dòng nước để không làm ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học trong hệ thống AAO. Nước thải được dẫn vào bể chứa trung gian trước khi được bơm qua ngăn kỵ khí trong hệ thống AAO.