2)
2.5.4. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Xử lý bằng phương pháp sinh học là việc sử dụng khả năng sống và hoạt động của VSV để khống hố các chất bẩn hữu cơ trong nước thải thành các chất vơ cơ, các chất khí đơn giản và nước. Các VSV sử dụng một số hợp chất hữu cơ và một số khống chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận được các chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên khối khối lượng sinh khối tăng lên.
Phương pháp sinh học thường được sử dụng để làm sạch hồn tồn các loại nước thải cĩ chứa các chất hữu cơ hồ tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy, phương pháp này thường dùng sau khi loại các tạp chất phân tán khơ ra khỏi nước thải. ðối với các chất vơ cơ chứa trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử sunfide, muối amoni, nitrate tức là các chất chưa bị oxy hố hồn tồn. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ sinh hố các chất bẩn là khí CO2, N2, nước, ion sulfate, sinh khối, … Cho đến nay, người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật cĩ thể phân huỷ tất cả các chất hữu cơ cĩ trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo.
Giải pháp xử lý bằng biện pháp sinh hcọ cĩ thể được xem là tốt nhất trong các phương pháp xử lý với các lý do sau: Chi phí thấp Cĩ thể xử lý được độc tố Xử lý được N – NH3 Tính ổn định cao
2.5.4.1 ðiều kiện xử lý bằng phương pháp sinh học
Nước thải phải thoả mãn các điều kiện sau:
Khơng cĩ chất độc hại làm chết và ức chế hệ VSV trong nước thải. Trong số các chất độc phải chú ý đến kim loại nặng. Theo mức độ độc hại các kim loại, sắp xếp theo thứ tự là Sb > Ag > Cu > Hg > Co > Ni > Pb > Cr3+ > V > Cd > Zn > Fe
Muối các kim loại này ảnh hưởng nhiều đến các đời sơng VS, nếu quá trình nồng độ cho phép, các VSV khơng thể sinh trưởng được va cĩ thể chết.
Chất hữu cơ cĩ trong nước thải phải là chất dinh dưỡng nguồn C và năng lượng cho VSV. Các hợp chất hydratcacbon, protein, lipit hồ tan thơng thường là cơ chất dinh dưỡng, rất tốt cho VSV.
Nước thải đưa vào xử lý sinh học cĩ 2 thơng số đặc trưng là BOD và COD. Tỉ số giữa 2 thơng số này là COD/BOD < 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5 thì mới cỏ thể đứa vào xử lý sinh học (hiếu khí). Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đĩ nếu cĩ cenllulose, hemicenllulose, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý kị khí
Nước thải khi đưa đến cơng trình xử lý sinh học cần thỏa: Cĩ pH trong khoảng 6,5 – 8,5
Nhiệt độ trong khoảng từ 10 – 400C
Tổng hàm lượng muối hịa tan khơng vượt quá 15g/l
2.5.4.2 Phân loại các phương pháp sinh học
Việc phân loại các quá trình xử lý sinh học phụ thuộc vào đặc tính của từng loại bể phản ứng. Các bể phản ứng nước thải bằng phương phpá sinh học chia làm 2
nhĩm chính, theo cách thức sinh trưởng của VSV trong mơi trường sinh trưởng hay dính bám.
Bảng 2.4 Các thiết bị xử lý sinh học thơng dụng
Bể phản ứng với tác nhân sinh trưởng lơ lửng
Bể phản ứng với tác nhân sinh trưởng bám dính
Bùn hoạt tính
Loại bỏ chất dinh dưỡng bằng pp sinh học Phân hủy hiếu khí Tiếp xúc kị khí UASB Phân hủy kị khí Hồ sinh học Kị khí cĩ đệm giãn ðĩa quay sinh học Lọc nhỏ giọt Tháp kín Thiết bị lọc kị khí
Do vi sinh vật đĩng vai trị chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và mơi trường của chúng, ta cĩ thể chia phương pháp sinh học thành 2 dạng chính là sinh học kị khí và sinh học hiếu khí
Bảng 2.5 Các cơng trình xử lý sinh học
Hiếu khí Kị khí
Nhân tạo Aerotank, SBR, Unitank Metan
Lọc sinh học UASB
ðĩa tiếp xúc sinh học quay Lọc kị khí Oxyten
Mương oxy hố
Tự nhiên Ao sinh học hiếu khí Ao sinh học kị khí Cánh đđồngtưới
Xử lý hiếu khí
Sự tham gia của VSV hiếu khí làm thống hố các chất bẩn hữu cơở dạng keo, lơ lửng trong nước thải (sau giai đoạn xử lý cơ học). Quá trình hiếu khí tạo ra bùn hoạt tính (khi sử dụng earotank) và màng sinh vật (khi sử dụng bể biophin), được giữ lại bể lắng II. Bùn hoạt tính, màng sinh vật cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
Bùn hoạt tính là tập hợp các VSV cĩ khả năng hấp thụ các chất hữu cơ chứa trong nước thải lên bề mặt của chúng và oxy hố các chất hữu cơ đĩ. Thành phần hố học của bùn hoạt tính gồm: Tro 15,58% (phần trăm chất khơ ở 1000C), axit silic 3,95%,
oxitsắt 1,58%, P2O5 2,14%, N hữu cơ 3,01%, mỡ 2,51%, axit béo 0,39%. Sự hình thành màng VSV ở bể biopin ta dùng vật liệu lọc là than xỉ, đá dăm và
cung cấp bằng tự nhiên hay nhân tạo. Vận tốc của quá trình khống hố phụ thuộc vào số lượng và chất lượng bùn hoạt tính (phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc giữa VSV và chất hữu cơ), các điều kiện cần thiết để đảm bảo quá trình xử lý sinh học là đủ chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV, N, P, K, C, vitamin, nguyên tố vi lượng, hàm lượng chất lơ lửng của nước thải < 150mg/l, Ph ~ 7, khơng cĩ các chất hoạt tính bề mặt (vì sẽ cản trở hồ tan oxy). Các cơng trình xử lý tương ứng:
• Sinh học nhân tạo:
Biophin là cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh vật hiếu khí.
Quá trình xử lý diễn khi nước thải được tưới lên bề mặt của bể và nước thấm qua lớp vật liệu lọc được đặt trong bể. Ở bề mặt và ở các khe hở của các hạt vật liệu lọc, các chất cặn được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh. Lượng ơxy cần thiết để ơxy hĩa các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải khi ta tưới, hoặc qua khe hở thành bể, qua hệ thống tiêu nước từđáy đi lên.
Bể biơphin được phân loại dựa theo nhiều đặc điểm khác nhau, nhưng trên thực tế bểđược phân làm hai loại:
Biơphin nhỏ giọt: dùng để xử lý sinh hĩa nước thải hồn tồn. ðặc điểm riêng của bể là kích thước của các hạt vật liệu lọc khơng lớn hơn 25 – 30mm, và tải trọng nước nhỏ 0,5 – 1,0 m3/m2, nên chỉ thích hợp cho trường hợp lưu lượng nhỏ từ 20 – 1000 m3/ngày đêm.
Biơphin cao tải: khác với biơphin nhỏ giọt là chiều cao của bể cơng tác và tải trọng tưới nước cao hơn, vật liệu lọc cĩ kích thước 40 – 60 mm. Nếu ở bể biơphin nhỏ giọt thống giĩ là nhờ tự nhiên thì ở bể biơphin cao tải lại là nhân tạo. Bể cĩ thể được dùng để xử lý nước thải bằng sinh học hồn tồn hoặc khơng hồn tồn.
− Aerotank là cơng trình là bằng bê tơng, bê tơng cốt thép, với mặt bằng thơng 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 cĩ khả năng ơxy hĩa và khống hĩa các chất hữu cơ cĩ trong nước thải.
ðể giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, và để đảm bảo ơxy dùng cho quá trình ơxy hĩa các chất hữu cơ thì phải luơn luơn đảm bảo việc làm thống giĩ. 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.
Bểđược phân loại theo nhiều cách: theo nguyên lý làm việc cĩ bể thơng thường và bể cĩ ngăn phục hồi; theo phương pháp làm thống là bể làm thống bằng khí nén, máy khuấy cơ học, hay kết hợp; …
Ngồi 2 cơng trình xử lý sinh học nhân tạo trên cịn cĩ các cơng trình khác: Mương ơxy hĩa, lọc sinh học tiếp xúc, …
• Sinh học tự nhiên
− Cánh đồng tưới và bãi lọc:
Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc được xây dựng ở những nơi cĩ độ dốc tự nhiên 0,02, cách xa khu dân cư về cuối hướng giĩ, và thường được xây dựng ở những nơi đất cát,
Cánh đồng tưới và bãi lọc là những ơ đất được san phẳng hoặc dốc khơng đáng kể, và được ngăn cách bằng những bờ đất. Nước thải được phân phối vào các ơ nhờ hệ thống mạng lưới tưới, bao gồm: mương chính, mương phân phối và hệ thống mạng lưới tưới trong các ơ. Kích thước của các ơ phụ thuộc vào địa hình, tính chất của đất và phương pháp canh tác.
− Hồ sinh học:
Hồ sinh học là hồ chứa dùng để xử lý nước thải bằng sinh học, chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ.
Ngồi nhiệm vụ xử lý nước thải hồ sinh học cịn cĩ thể đem lại những lợi ích sau:
+ Nuơi trồng thủy sản.
+ Nguồn nước để tưới cho cây trồng
+ ðiều hịa dịng chảy nước mưa trong hệ thống thốt nước đơ thị. Các phản ứng xảy ra trong điều kiện hiếu khí: Các chất hữu cơ + O2 Vi sinh H2O + CO2 + Q + tế bào mới Tế bào mới + O2 Năng lượng (Q) CO2 + H2O + NH3 2NH4+ + 3O2 Nitrosomonas 4H+ + NO2- + 2H2O NO2- + O2 Nitrobacter NO3- ðiều kiện: pH = 5,5 – 9 DO ≥ 0,5 mgO2/l Nhiệt độ 5 ÷ 400C SS ≤ 150 mg/l BOD5≤ 500mg/l
Hình 2.5. Các cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Xử lý kị khí
Xử lý sinh học trong điều kiện kị khí (khơng cĩ oxy) với sự tham gia của VSV kị khí phân huỷ các chất hữu cơ chứa trong cặn (cặn tươi, bùn hoạt tính dư, rác đã nghiền nhỏ). Cặn tươi là cặn từ bể lắng đợt I mà thành phần hạt khác nhau từ 7 – 10mm chiếm 5 – 20%, 1 – 7mm chiếm 9 – 33%, < 1mm chiếm 50 – 88%. D9ộ ẩm của cặn tươi từ 92 – 96%, thành phần hữu cơ chiếm 65 – 70%. Bùn hoạt tính dư cĩ thành phần hạt tương đối đồng nhất, kích thứơc hạt < 1mm chiếm 98%. ðộẩm từ 96 – 99,2%, thành phần hữu cơ chiếm 70 – 75%. Cặn của nước thải cĩ chứa các chất cĩ giá trị dinh dưỡng như N, P, K, … và một số nguyên tố vi lượng sử dụng tốt cho việc làm phân bĩn. Cặn dễ bị phân huỷ thối rữa, cĩ chứa giun sán, … nên cần xử lý cặn. Xử lý cặn gồm 2 quá trình lên men kị khí gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1:
Lên men axit (lên men hydro) là qua trình phân huỷ chất hữu cơ thành các sản phẩm trung gian như axit beo, hydro, H2S, CO2, axit amin, NH3, Ph thấp.Vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn kị khí dạng nấm, vi khuẩn butilic, propionic. Thể tích cặn khơng đổi và cĩ mùi. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: 4H2 CH4 + 2H2O Cơng nghệ hiếu khí Hồ sinh học hiếu khí Lọc hiếu khí Lọc SH nhỏ giọt Sinh trưởng dính bám Sinh trửng lơ lửng Hiếu khí tiếp xúc Xử lý sinh học theo mẻ ðĩa quay sinh học Aerotan k
4(CH3OH) 3CH4 + CO2 + H2O
4(CH3)3N 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3
- Giai đoạn 2: Lên men bazơ (lên men mêtan) là 2 quá trình chuyển hố các sản phẩm của giai đoạn thành axit cacbonic, CH4, H2, CO2, pH = 7 – 8 . Vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn tạo mêtan, methanobacterrium, methanococcus, methannosarcina.
CO2 + 2H2O CH4 + 2O2
Hình 2.6. Các phương pháp xử lý sinh học kỵ khí nước thải
2.5.5 Phương pháp xử lý cặn
Trong các trạm xử lý thường cĩ khối lượng cặn lắng tương đối lớn từ song chắn rác, bể lắng đợt một, đợt hai… Trong cặn chứa rất nhiều nước (độẩm từ 97% – 99 %), và chứa nhiều chất hữu cơ cĩ khả năng, do đĩ cặn cần phải được xử lý để giảm bớt nước, các vi sinh vật độc hại trước khi thải cặn ra nguồn tiếp nhận.
Các phương pháp xử lý cặn gồm:
Cơ đặc cặn bằng trọng lực: Là phương pháp để bùn lắng tự nhiên, các cơng trình của phương pháp này là các bể lắng giống như bể lắng nước thải: bể lắng đứng, bể ly tâm…
Cơ đặc cặn bằng tuyển nổi: Lợi dụng khả năng hịa tan khơng khí vào nước khi nén hỗn hợp khí nước ở áp lực cao, sau đĩ giảm áp lực của hỗn hợp xuống áp lực
Sinh học kỵ khí Sinh trưởng dính bám Sinh trưởng lơ lửng Tiếp xúc kỵ khí UASB Tầng lơ lửng Lọc kỵ khí Xáo trộn hồn tồn Vách ngăn
của khí quyển, khí hịa tan lại tách ra khỏi nước dưới dạng các bọt nhỏ dính bám vào hạt bơng cặn, làm cho tỷ trọng hạt bơng cặn nhẹ hơn nước và nổi lên trên bề mặt. Các cơng trình sử dụng phương pháp này gọi là bể tuyển nổi cĩ hình chữ nhật hoặc hình trịn.
Ổn định cặn: Là phương pháp nhằm phân hủy các chất hữu cơ cĩ thể phân hủy bằng sinh học thành CO2, CH4 và H2O, giảm vấn đề mùi và loại trừ thối rữa của cặn, đồng thời giảm số lượng vi sinh vật gây bệnh và giảm thể tích cặn. Cĩ thể ổn định cặn hĩa chất, hay bằng phương pháp sinh học hiếu khí hay kỵ khí. Các cơng trình được sử dụng trong ổn định cặn như: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể mêtan…
Làm khơ cặn: Cĩ thể sử dụng sân phơi, thiết bị cơ học (máy lọc ép, máy ép băng tải, máy lọc chân khơng, máy lọc ly tâm…), hoặc bằng phương pháp nhiệt. Lựa chọn cách nào để làm khơ cặn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: mặt bằng, điều kiện đất đai, yếu tố thủy văn, kinh tế xã hội…
2.5.6 Phương pháp khử trùng
Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học cịn chứa rất nhiều vi khuẩn, hầu hết các vi khuẩn này đều khơng phải là các vi khuẩn gây bệnh, nhưng khơng loại trừ khả năng tồn tại của một vài vi khuẩn gây bệnh. Nếu nước thải ra nguồn tiếp nhận thì khả năng gây bệnh là rất lớn, do đĩ cần phải khử trùng nước trước khi thải. Các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến hiện nay là:
Sử dụng Clo lỏng hay Clo hơi qua thiết bị định lượng Clo dùng Hypoclorit – canxi ( Ca(ClO)2) dạng bột, hịa tan trong thùng dung dịch 3 – 5% rồi định lượng vào bể tiếp xúc.
Dùng Hypoclorit – natri, nước zavel NaClO
Dùng Ozon: Ozon được sản xuất từ khơng khí do máy tạo ozon đặt ngay trong trạm xử lý. Ozon sản xuất ra được dẫn ngay vào bể hịa tan và tiếp xúc
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ðỀ XUẤT CƠNG NGHỆ XỬ LÝ CHO KðT MỚI VINH TÂN
3.1. Cơ sở thiết kế
Nguồn thải của đơ thị bao gồm: Sinh hoạt của cư dân
Vệ sinh và dịch vụ
Căn cứ vào đặc điểm cua khu đơ thị Vinh Tân, cĩ quy mơ dân số =4.500 (phục vụ cho người dân trong khu đơ thị)
Tiêu chuẩn dùng nước: 250l/người.ngày (TCVN 4513 : 1988)
− Lưu lượng nước cấp: 1125 m3/ngày.
Lưu lượng nước sử dụng cho dịch vụ và cơng cộng tính bằng 10% lượng nước sinh hoạt
− Tổng lưu lượng cấp nước: 1237,5m3/ngày.đêm
Lưu lượng nước thải tính bằng 80% lưu lượng nước cấp
− Lưu lượng nước thải: 990m3/ngày.đêm
Vậy lưu lượng nước thải tính tốn: 1000 m3/ngày.đêm 3.2. Thơng số nước thải đầu vào
Qua các tài liệu đã thu thập được và dựa vào đặc tính ít thay đổi về tính chất của nước thải sinh hoạt, đồ án đưa ra các thơng số nền cho tính tốn các cơng trình như