Mục đích: Q trình lắng chỉ có thể tách các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hịa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước nhỏ. Để tách các hạt rắn này một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tương tác hỗ trợ giữa các hạt phân tán liên kết với nhau thành tập hợp các hạt nhằm tăng vận tốc lắng của chúng. Q trình trung hịa điện tích này được gọi là q trình keo tụ, cịn q trình tạo thành các bơng cặn lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình tạo bơng.
Q trình keo tụ để khử màu, giảm hàm lƣợng các cặn lơ lửng trong nước thải. Cơ chế của quá trình :
- Giảm điện thế zeta tới giá trị mà tại đó dƣới tác dụng của lực hấp dẫn Vander Waals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp thêm, các hạt keo trung hòa điện kết cụm và tạo thành bông cặn.
- Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo. - Các bơng cặn đã hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trên quỹ đạo lắng.
Người ta thường dùng các hóa chất keo tụ như phèn nhôm [Al2(SO4)3].nH2O hay phèn sắt (FeCl3 hay [Fe2(SO4)3].nH2O), PAC (Poly Aluminium chloride),...
Khi dùng phương pháp này cần điều chỉnh pH, vì pH ảnh hưởng đến khả năng keo tụ. Các chất keo tụ khác nhau cho hiệu quả keo tụ ở pH khác nhau. Với phèn sắt ở pH = 10 cho hiệu quả cao nhất, phèn nhôm pH = 5 – 6 là tốt nhất.
Phương trình phản ứng:
Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+ 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
Để tăng hiệu quả keo tụ của quá trình và tăng vận tốc lắng cũng như độ nén của các bơng keo thì trong q trình keo tụ người ta thường bổ sung các chất trợ keo tụ (polymer).
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 19
Các yếu tố ảnh hưởng: pH, nhiệt độ, tốc độ lắng, liều lượng.
Hình 2.7 Q trình keo tụ tạo bơng trong xử lý nước. [19] 2.3 XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Phương pháp xử lý sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của VSV để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Các VSV sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản, vì thế sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ VSV gọi là q trình oxy hóa sinh hóa. Phương pháp xử lý sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí (khơng có oxy).
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí: Q trình xử lý nước thải được dựa trên sự oxy hố các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hoà tan. Nếu oxy được cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo cơng trình, thì đó là q trình sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo. Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hoà tan trong nước nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là q trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí: Q trình xử lý được dựa trên cơ sở phân huỷ các chất hữu cơ giữ lại trong cơng trình nhờ sự lên men kỵ khí. Đối với các hệ thống thốt nước qui mơ vừa và nhỏ người ta thường dùng các cơng trình kết hợp với việc tách cặn lắng với phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng. Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hồn tồn các loại nước thải chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy, phương pháp này thường được áp dụng sau khi loại bỏ các tạp chất thơ ra khỏi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 20
2.3.1 Bể Aerotank – Bể hiếu khí bùn hoạt tính
Hình 2.8 Bể Aerotank. [19]
Bể Aerotank là cơng trình là bằng bê tơng, bê tơng cốt thép, với mặt bằng thông dụng là hình chữ nhật, là cơng trình sử dụng bùn hoạt tính để xử lý các chất ơ nhiễm trong nước.
Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng oxy hóa và khống hóa các chất hữu cơ có trong nước thải.
Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, và để đảm bảo oxy dùng cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ thì phải ln ln đảm bảo việc làm thống gió. Số lượng bùn tuần hồn và số lượng khơng khí cần cấp phụ thuộc vào độ ẩm và mức độ yêu cầu xử lý nước thải. Thời gian nước lưu trong bể Aerotank không lâu quá 12 giờ (thường là mình chọn 8 giờ).
Bể được phân loại theo nhiều cách: theo ngun lý làm việc có bể thơng thường và bể có ngăn phục hồi; theo phương pháp làm thoáng là bể làm thoáng bằng khí nén, máy khuấy cơ học, hay kết hợp…
Cấu tạo của bể phải thoả mãn 3 điều kiện:
Giữ được liều lượng bùn cao trong bể.
Cho phép vi sinh phát triển liên lục ở giai đoạn “bùn trẻ”.
Đảm bảo oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của bể.
Nguyên lý hoạt động Nước thải sau khi qua bể lắng đợt 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các cất lơ lửng đi vào bể Aerotank. Khi nước thải vào bể thổi khí (Bể Aerotank), các bơng bùn hoạt tính được hình thành mà các hạt nhân của nó là các phân
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 21
tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ chất hữu cơ hịa tan, keo và khơng hòa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn và sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ khơng hồ tan và thành tế bào mới. Q trình chuyển hóa thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau.
Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải đi vào bể không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại đầu bể Aerotank để duy trì nồng độ đủ vi khuẩn trong bể. Bùn dư ở đáy bể lắng được xả ra khu xử lí bùn.
Ưu điểm:
- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90% - Loại bỏ được nitơ trong nước thải - Vận hành đơn giản, an tồn
- Thích hợp với nhiều loại nước thải
- Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà khơng phải gia tăng thể tích bể Nhược điểm:
- Thể tích cơng trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn - Chi phí xây dựng cơng trình và đầu tư thiết bị lớn
- Nhược điểm chính của xử lý hiếu khí là tổn thất năng lượng cung cấp cho khí với tốc độ đủ để duy trì nồng độ oxy hịa tan cần thiết để duy trì điều kiện hiếu khí trong nước thải được xử lý cho sự tăng trưởng hiếu khí.
Phạm vi áp dụng: Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ơ nhiễm hữu cơ như bệnh viện, khu dân cư, thủy sản,…
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 22
Hình 2.9 Bể Anoxic. [19]
Cấu tạo: Vật liệu xây dựng bê tông hoặc bê tông cốt thép.
Bể Anoxic là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Công nghệ khử nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học phổ biến nhất hiện nay là: Nitrat hóa và khử Nitrat.
Trong nước thải, có chứa hợp chất nitơ và photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải. Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thơng qua q trình Nitrat hóa và Photphoril.
Q trình Nitrat hóa xảy ra như sau:
Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẽ khử Nitrat (NO3–) và Nitrit (NO2–) theo chuỗi chuyển hóa:
NO3- → NO2- → N2O → N2↑ [2]
Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là nitơ đã được xử lý.
Q trình Photphorit hóa:
Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 23
Để q trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dịng nước tạo ra mơi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển.
Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.
Ưu điểm:
- Khử được nitơ trong nước thải dòng ra.
- Hiệu suất khử BOD tăng do các chất hữu cơ tiếp tục bị oxy hóa trong q trình khử.
- Giảm được lượng bùn dư trong bể lắng đợt hai.
- Làm tăng khả năng lắng và hạn chế độ trương của bùn hệ thống. - Làm tăng pH của nước thải sau xử lý.
2.3.3 Bể sinh học MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) [20]
MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sing học (biofilm). Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lững trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sụt khí cung cấp oxy cho nước thải hay motor khuấy.
Bể MBBR có 2 loại: MBBR hiếu khí và MBBR thiếu khí (Anoxic), đảm bảo cho q trình xử lý Nitơ trong nước thải.
Nguyên lý cấu tạo: bể MBBR tương tự bể Aerotank truyền thống và có thêm các giá thể sinh học. Mật độ giá thể tối ưu trong khoảng 25÷50% và khơng vượt q 67% thể tích bể. Các giá thể sinh học trong bể MBBR có các đặc điểm sau:
- Tính kị nước và khả năng bám dính cao. - Thời gian sử dụng lâu dài.
- Cấu trúc bề mặt lớn đảm bảo mật độ VSV bám dính cao để giảm ma sát và chạm trong q trình khuấy trộn, giảm bong tróc lớp màng sinh học.
- Vật liệu làm giá thể phải có tỉ trọng nhẹ hơn nước, ln chuyển động lơ lửng trong bể nhờ hệ thống thổi khí hoặc khuấy
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 24
Hình 2.10 Bể MBBR. [19]
Nguyên lý hoạt động: quần xã các VSV dị dưỡng (với VSV tùy tiện chiếm ưu thế) phát triển trên các bề mặt các giá thể tạo thành lớp mang sinh học. Các chất ô nhiễm và oxy hòa tan khuếch tán từ nước thải đến bề mặt màng sinh học và sản phẩm phân hủy sinh học sẽ khuếch tán ngược lại. Khi các chất ô nhiễm và oxy khuếch tán vào lớp phía trong màng sẽ được các VSV tiêu thụ càng nhiều. Sinh khối càng tăng lên và nồng độ các chất ô nhiễm của nước thải sẽ giảm đi. Lượng oxy hòa tan giảm dần trong quá trình tạo màng sinh học phía trong và tạo ra các sản phẩm phân hủy hiếu khí, thiếu khí, kị khí.
Hình 2.11 MBBR hiếu khí và MBBR kị khí. [19]
Ưu điểm:
- Hiệu suất xử lý cao;
- Dễ vận hành, tính tự động cao, khơng địi hỏi kỹ thuật chun mơi nhiều; - Mật độ VSV trong lớp màng càng cao thì tải trọng trong bể cao;
- Khơng cần dịng tuần hồn bùn vì sinh khối trong bể ngày càng tăng. Nhược điểm:
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 25
- Giá thành thiết bị cao;
- Cần cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng tránh hiện tượng màng bị bong tróc; - Cần duy trì tốc độ xáo trộn hợp lý để đảm bảo giá thể chuyển động hoàn toàn trong bể làm khả năng khuếch tán cơ chất và oxy vào lớp màng trong.
Phạm vi áp dụng: Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ơ nhiễm hữu cơ: Nước thải sinh hoạt, nước thải y tế, thủy hải sản, sản xuất chế biến thực phẩm, nước thải công nghiệp, dệt nhuộm…
2.4 KHỬ TRÙNG
Khử trùng là một khâu quan trọng cuối cùng trong hệ thống xử lý nước thải. Sau quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc phần lớn các vi sinh vật đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh cần phải tiến hành khử trùng nước. Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý trước.
Nước thải sau khi xử bằng phương pháp sinh học còn chứa 105 - 106 vi khuẩn/ml. Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải khơng phải là vi trung gây bệnh nhưng khơng loại trừ khả năng có vi khuẩn gây bệnh. Khi xả ra nguồn nước cấp, hồ bơi,… thì sẽ lan truyền rất lớn. Vì vậy cần phải tiệt trùng nước thải sau khi thải ra ngoài.
Thời gian tiếp xúc tính cả thời gian nước thải theo mương dẫn từ bể tiếp xúc ra nguồn tiếp nhận (ra sông) là 30 phút.
Các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến nhất hiện nay: - Dùng clo hơi qua thiết bị định lượng clo.
- Dùng hypoclorit – canxi dạng bột- Ca(ClO)2 – hoàn tan trong thùng dung dịch 3-5% rồi định lượng vào bể tiếp xúc.
- Dùng hypoclorit – natri, nước javel NaClO.
- Dùng ozon, ozon được sản xuất từ khơng khí do máy tạo ozon đặt trong nhà máy xử lí nước thải. Ozon sản xuất ra, được dẫn ngay vào bể hòa tan và tiếp xúc.
- Dùng tia cực tím UV do đèn thủy ngân áp lực thấp sẵn ra. Đèn phát tia cực tím đặt ngập trong mương có nước thải chảy qua.
SVTH: Trần Thanh Thiện- 0550020236 GVHD: ThS. Trần Ngọc Bảo Luân
TS. Nguyễn Lan Hương 26
2.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN CẶN
Trong các trạm xử lý thường có khối lượng cặn lắng tương đối lớn từ song chắn rác, bể lắng đợt I, II,… Trong cặn chứa rất nhiều nước (độ ẩm từ 97 - 99%), và chứa chất hữu cơ có khả năng, do đó cặn cần phải xử lý để giảm bớt nước, các vi sinh độc hại trước khi thải cặn ra nguồn tiếp nhận.
Các phương pháp xử lý bùn cặn gồm:
Cô đặc cặn
Cơ đặc cặn là q trình làm tăng nồng độ cặn bằng cách loại bỏ một phần nước ra khỏi hỗn hợp, làm cho khối lượng phải vận chuyển và thể tích các cơng trình ở giai đoạn sau giảm đi. Để cô đặc cặn thường dùng: bể cô đặc cặn bằng lắng trọng lực, bể tuyển nổi, lọc li tâm, lọc qua băng tải.
Ổn định bùn cặn:
Là phương pháp nhằm phân hủy các chất hữu cơ có thể phân hủy thành CO2, CH4,