CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ CÁC THIẾT BỊ XỬ LÍ [6]

IV. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ CÁC THIẾT BỊ XỬ LÍ [6]

Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước và tỷ trọng lớn trong nước thải được gọi chung là phương pháp cơ học.

Xử lý cơ học là khâu sơ bộ chuẩn bị cho xử lý sinh học tiếp theo. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học thường thực hiện trong các công trình và thiết bị như song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ… Đây là các thiết bị công trình xử lý sơ bộ tại chỗ tách các chất tán thô nhằm đảm bảo cho hệ thống thoát nước hoặc các công trình xử lý nước thải phía sau hoạt động ổn định.

Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất không tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm không đáng kể. Để tăng cường quá trình xử lý cơ học, người ta làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng nên hiệu suất xử lý của các công trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD giảm đi 10 – 15%.

Một số công trình xử lí nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:

2.1.1 Song chắn rác và lưới chắn rác a) Song chắn rác

Song chắn rác là một công trình xửlýcơhọcsơbộtrong hệthốngxử lý nước thải sản

xuất và sinh hoạt. Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải đi qua song chắn rác

hoặc thiết bị nghiền rác. Tại đây các thành phần rác có kích thước lớn như: vỏ hộp, bao nylon, đá cuội… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trong nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

Có thể phân loại song chắn rác theo các hình thức như sau:

 Theo khe hở của song chắn rác, có 3 kích cỡ: loại thô lớn (30 – 200mm), loại trung bình (16 – 30mm), loại nhỏ (dưới 16mm).

 Theo cấu tạo của song chắn rác: loại cố định và loại di động.

 Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta có thể chia làm hai loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng cơ giới.

Bảng 2.1 Thông số thiết kế điển hình của song chắn rác thô (Bảng 9.3/410[1])

Song chắn rác thô: chỉ dùng cho những trạm xử lý nhỏ có lượng rác < 0,1 m3/ngày đêm. Khi rác tích lũy ở song chắn rác, mỗi ngày vài lần người ta dùng cào kim loại để lấy rác ra và cho vào máng có lỗ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý tiếp tục.

 Ưu điểm:

 Giữ lại các loại rác thải có đường kính tương đối lớn như bịch nilong, lá cây,…

 Không tốn chi phí điện năng.

 Vận hành dễ dàng.

 Thiết kế đơn giản.

 Thích hợp với lưu lượng lớn, chắn rác lớn.

 Chi phí thấp

 Khuyết điểm

 Không giữ được các loại rác có đường kính nhỏ hơn khoảng cách giữa các thanh song chắn, các hợp chất tương đối mịn.

 Cần người vận hành.

 Rất khó khăn khi vệ sinh.

 Vận tốc dòng nước giảm khi song chắn rác nhiều rác.

Phương pháp làm sạch (Clean method)

Thông số Thủ công (Manual) Cơ khí (Mechanical)

Kích thước thanh song chắn rác

Ngang 5-15 mm 5-15 mm

Bề rộng 25-40 mm 25-40 mm

Khoảng cách khe hở giữa các

thanh song chắn rác 25-50 mm 16-75 mm

Độ dốc so với phương đứng 30-45o 0-30o

Vận tốc nước trong kênh dẫn

trước song chắn rác 0,3-0,6 m/s 0,6-1,0 m/s

Hình 2.1 Song chắn rác thô.

Song chắn rác cơ khí: chỉ dùng cho những trạm xử lý nhỏ có lượng rác > 0,1 m3/ngày đêm và hoạt động liên tục, răng cào lọt vào các khe hở giữa các thanh kim loại, cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ truyền động. Cào cơ giới có thể chuyển động từ trên xuống dưới hoặc từ dưới lên theo dòng nước.

Cấu tạo: Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng góc 45 – 600 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 850 nếu làm sạch bằng máy. Tiết diện của song chắn rác có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn rác tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy. Vận tốc nước chảy qua song chắn rác giới hạn trong khoảng từ 0,6 – 1m/s. Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75m/s – 1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song. Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn.

Bảng 2.2 Đặc điểm các loại rác ra khỏi nước thải bằng song chắn rác thô [7]

Khoảng cách khe hở giữa các thanh song chắn (mm) Độ ẩm (%) Khối lượng riêng (kg/m3) Thể tích rác (L/1000 m3)

Khoảng giá trị Giá trị điển hình

12,5 60-90 700-1100 37-74 50

25 50-80 600-1000 15-37 22

37,5 50-80 600-1000 7-15 11

50 50-80 600-1000 4-11 6

Song chắn rác tinh:Song chắn rác tinh có khoảng cách giữa các thanh từ 5 ÷ 25 mm. Dùng để ngăn các chất lơ lửng, các loại rác mịn nhỏ.

 Ưu điểm

 Giữ được các loại rác có đường kính nhỏ, các hợp chất tương đối mịn.

 Hiệu quả mang lại cao hơn, nếu sử dụng song chắn rác tinh thì (có thể) loại bỏ bể lắng đợt 1 ở công trình sau.  Không cần người vận hành.  Dễ dàng khi vệ sinh.  Vận tốc dòng chả ổn định.  Loại bỏ được SS nhỏ: 1-10 mm.  Khuyết điểm

 Tốn chi phí điện năng.

 Dễ bị bít nghẹt.

Bảng đặc điểm và khối lượng của các loại rác ra khỏi nước thải bằng song chắn rác tinh:

Bảng 2.3 Đặc điểm và khối lượng của các loại rác ra khỏi nước thải bằng song chắn rác tinh. (Bảng 1.3/4/[2]) Loại song chắn rác Khe hở giữa các song thanh chắn (mm) Độ ẩm (%) Khối lượng riêng (kg/m3) Thể tích rác (L/1000 m3) Khoảng giá trị Giá trị điển hình Song chắn rác tinh 12,5 80-90 900 - 1100 44 - 110 75 Song chắn rác quay 6,25 80-90 900 - 1100 30 - 60 45 b) Lưới chắn rác:

Để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị, thường sử dụng lưới lọc có kích thước lỗ từ 0,5 – 1mm. Thường với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải thường lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường ống dẫn nước vào. Các vật thải được cào ra khỏi mặt lưới bằng hệ thống cào.

Hình 2.2 Lưới chắn rác.

2.1.2 Bể lắng

Công nghệ lắng gồm mốt số bể như: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bê lắng vách nghiêng, bể lắng tiếp xúc, lắng ly tâm…

 Bể lắng cát ngang

Bể có hình chữ nhật, có thể làm bằng các vật liệu khác nhau như: bê tông, bê tông cốt thép, gạch hoặc bằng đất tùy thuộc vào kích thước, yêu cầu của quá trình lắng và điều kiện kinh tế.

Trong bể lắng ngang, dựa vào dòng chảy người ta chia thành 4 vùng:

+ Vùng hoạt động: là vùng quan trọng nhất của bể lắng + Vùng bùn (vùng lắng đọng): là vùng bùn lắng tập trung + Vùng trung gian: tại nay nước thải và bùn lẫn lộn với nhau + Vùng an toàn: tại đây nước thải và bùn lẫn lộn nhau

Hình 2.3 Bể lắng ngang.

 Ưu điểm:

+ Lắng tốt đối với bùn keo tụ.

+ Hiệu quả cao đối với lưu lượng lớn.

 Khuyết điểm:

+ Thời gian lắng lâu.

+ Đòi hỏi khả năng vận hành cao.

 Bể lắng đứng

Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ có đáy chóp.Nước thải được đưa vào ống phân phối ở tâm bể với vận tốc không quá 30 mm/s. Nước thải chuyển động theo phương đứng từ dưới lên trên tới vách tràn với vận tốc 0,5 – 0,6 m/s. Thời gian lưu lại trong bể từ 1 – 2h và được xả ra ngoài bằng áp lực thủy tĩnh. Chiều cao vùng lắng từ 2,7 – 3,8m. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thấp hơn lắng ngang 10 - 20%.

Hình 2.4 Bể láng đứng.

 Ưu điểm:

+ Lắng ở điều kiện tự nhiên. + Dễ vận hành.

+ Hiệu quả cao đối với cặn bùn sinh học.

 Khuyết điểm:

+ Hiệu quả lắng kém khi lưu lượng cao.

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC2.2.1 Bể keo tụ - tạo bông 2.2.1 Bể keo tụ - tạo bông

Keo tụ và tạo bông là một quy trình trong xử lý nước thải, quy trình này sử dụng hóa chất để tách các chất ô nhiễm trong nước thành bùn và sau đó lắng xuống. Trong một số trường hợp trong nước có chứa nhiều: TSS; các hạt keo; CHC, ... Thì cần đến quá trình xử lý keo tụ tạo bông. Quá trình keo tụ tạo bông là công nghệ loại bỏ các chất ô nhiễm nhờ quá trình làm giảm điện tích Zeta trên bề mặt keo trong nước. Chất keo tụ thường là PAC được dùng rộng rãi vì hiều suất cao và dễ lưu trữ và sử dụng.

Hình 2.5 Bể keo tụ - tạo bông.

 Ưu điểm:

+ Nguyên liệu rẻ tiền, dễ tìm + Dễ vận hành

+ Hiệu quả xử lý cao với kim loại nặng, độ màu, SS,…

 Khuyết điểm: + Tạo ra bùn thải kim loại

+ Tốn kinh phí cho việc vận chuyển, xử lý bùn

2.2.2 Khử trùng

Sau khi xử lý sinh học, phần lớn các vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt. Khi xử lý trong các công trình sinh học nhân tạo (Aerophin hay Aerotank) số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1-2%. Nhưng để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng.

Có các phương pháp khử trùng sau:

 Dùng hợp chất clo: clorua vôi, clorua nước.

 Dùng ozon.

 Dùng tia cực tím.

Trước đây, việc dùng clo hoặc các hợp chất của clo được sử dụng rất phổ biến trong xử lí nước thải vì đem lại hiệu quả cao, giá thành rẻ. Tuy nhiên, lượng clo dư trong nước (0,5mg/l) để đảm bảo an toàn và ổn định cho quá trình khử trùng sẽ gây ảnh hưởng đến các sinh vật có ích khác. Do vậy gần đây việc khử trùng bằng clo và các hợp chất của clo dần được thay thế bằng ozon và tia cực tím.

Hình 2.6 Bể khử trùng.

 Ưu điểm:

+ Xây dựng đơn giản + Khử trùng tốt

 Khuyết điểm: + Thời gian lưu lâu

+Sinh ra nhiều chất mới, khó kiểm soát

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ SINH HỌC

Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn của vi sinh vật. Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hóa hoặc khử các hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí: quá trình xử lý nước thải được dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hòa tan. Nếu oxy được cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo. Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khi trong điều kiện tự nhiên.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí: quá trình xử lý được dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kỵ khí. Đối với các hệ thống thoát nước quy mô vừa và nhỏ, người ta thường dùng các công trình kết hợp với việc tách cặn lắng với phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng.

2.3.1 Bể Aerotank

Aerotank được phân loại theo nhiều cách: chế độ thủy động lực dòng chảy vào, chế độ làm việc của bùn hoạt tính, cấu tạo bể Aerotank.

Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Lúc này, cơ chất và chất dinh dưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít, theo thời gian quá trình thích nghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh. Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đoạn này rất cao. Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này có khi gấp 3 lần giai đoạn 2. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ tăng dần.

Giai đoạn 2:vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực enzym đạt tối đa và kéo dàitrong thời gian tiếp theo. Tốc độ phân hủy hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi trong một thời gian khá dài.

Giai đoạn 3:tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra. Sau cùng nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc.

Hình 2.7 Bể Aerotank.

 Ưu điểm: + Giảm thiểu mùi hôi. + Được sử dụng rộng rãi.

+ Loại bỏ được các chất hữu cơ.

 Nhược điểm: + Kỹ năng vận hành cao

+ Tổn thất năng lượng cung cấp cho khí với tốc độ đủ để duy trì nồng độ DO để duy trì điều kiện hiếu khí trong bể.

2.3.2 Màng lọc MBR

MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio Reactor (bể lọc sinh học bằng màng) có thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng. Công nghệ MBR có 2 hệ thống là màng đặt ngập trong bể phản ứng (iMBR) và màng đặt ngoài (sMBR). Ứng với nó là hai dạng điều khiển thuỷ lực: bơm và nén khí. Cấu hình và dạng chuyển động của chất lỏng trong bể phản ứng nào được sử dụng thông thường phụ thuộc vào quá trình tách sinh khối.

Kiểu đặt ngập màng MBR vào trong bể MBR hoạt động bằng cách hút hoặc dùng áp lực. Tuy nhiên nếu các mốc ứng dụng trong và ngoài nước thì ta có thể nhận thấy MBR kiểu đặt ngập màng trong nước được sử dụng chủ yếu trong nước, chủ yếu áp dụng kỹ thuật xử lý nitơ và hạn chế ô nhiễm màng (Membrane Fouling).

Kiểu đặt ngoài: màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn lại bể phản ứng ở áp suất cao... Nước rỉ rác đi vào bể, chạy qua dòng tuần hoàn với 5 bước lọc, các chất cần tách sẽ được giữ lại, nước thải sau xử lý sẽ được xả ra ngoài. Được biết, hiệu suất của việc lọc nitơ và ammonia theo phương pháp này lên đến 85%.

Hình 2.8 Màng MBR.

Màng được định ngha như một lớp film phân tách mỏng của hai hoặc nhiều thành phần của dòng chất lỏng, trong đồ án này sẽ giới thiệu đến phương pháp lọc màng bằng các modun sợi lọc được cấu tạo từ vật liệu polyvinylidene fluoride (PVDF), bể màng MBR được tách riêng ngoài bể sinh học Aerotank.

MBR là kỹ thuật xử lý nước thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống bể sinh học hiếu khí, MBR là quá trình cãi tiến của phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, mà trong đó bể màng MBR đóng vai trò như một bể lắng bậc 2.

 Tiền xử lý: có tác dụng như lưới lọc, song chắn rác.

 Xử lý bậc 1: khử chất hữu cơ, N, P.

 Xử lý bậc 2: phân tách hai pha lỏng và pha rắn khi qua màng.

Hệ thống lọc màng MBR gồm khung màng, các tấm màng. Tùy theo lưu lượng nước thải cần xử lý mà bể màng cùng với hệ thống các tấm màng được thiết kế với diện tích