Bài Giảng - Kỹ Thuật Xử Lý Nước Thải ( Wastewater Treatment )

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất hiện có KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lý Thị Thu Hà Bộ môn Công nghệ môi trường Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Nội dung và ý nghĩa của môn học 1 N[.]

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Lý Thị Thu Hà

Bộ môn Công nghệ môi trường

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Nội dung và ý nghĩa của môn học

 1 Nội dung

 - Chương 1 Công nghệ lý học trong xử lý nước thải

 - Chương 2 Công nghệ hóa lý trong xử lý nước thải

 - Chương 3 Công nghệ hóa học trong xử lý nước thải

 - Chương 4 Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 1 Trịnh Xuân Lai, - Tập 2 – Xử lý nước thải công nghiệp, Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật

 2 Hoàng Văn Huệ, PGS.TS Trần Đức Hạ, Thoát nước - tập 2- Xử lý

nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

 3 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải,

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

 4 Ronald L.Droste, Theory and practice of water and wastewater

treatment.

 5 Nichonas P Chelemisinoff, Handbook of Water and Wastewatrer

Treatment Technologies, Butterworth-Heinemann, 2002

 6 Sun Dar Lin, Water and wastewater culculations manual, McGraw-Hill

Companies, 2007

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất hiện có

1.A Các đặc trưng chung của

1.C Lựa chọn sơ bộ 1.D Lựa chọn cuối cùng:

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất hiện có

 1.A Các đặc trưng chung của dòng thải công nghiệp

• Mức tiêu thụ và thải nước thải của quá trình sản xuất

• Đặc tính hữu cơ dễ phân huỷ, khó phân huỷ

• Các chất vô cơ, tập trung chú ý KLN

• pH

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Sự có mặt của KL nặng trong dòng thải của các ngành công nghiệp

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất hiện có

 1.B Kiểm tra kỹ các thông số

• Phân tích các thông số

• Nếu nhà máy chưa hoạt động thì có thể tham quan 2,3 cơ sở sản

xuất tương tự nhằm thu thập thông tin phục vụ cho bước lựa

chọn công nghệ sơ bộ

• Sắp xếp các chất ô nhiễm chính vào các nhóm thông số

• Thí nghiệm pilot nhằm xác định khả năng xử lý hoặc tham quan

các cơ sở xử lý tương tự

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất hiện có

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất có thể

1.C Lựa chọn sơ bộ

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Việc lựa chọn công nghệ hiệu quả nhất cần dựa trên các yếu tố sau:

Các đặc tính của nước thải

Dòng thải Liên tục hay theo mẻ, tần suất, thể tích, tốc độ

Thành phần hoá học Nồng độ, chất rắn lơ lửng và chất rắn …

Các giới hạn xử lý

Các tiêu chuẩn ngành Các tiêu chuẩn xử lý theo ngành (giấy và bột giấy, lọc

dầu…)Các quy định tại địa phương Các quy định cho các cơ sở trong cùng một KCN

Các yếu tố có thể gây cản trở

Không gian Quỹ đất cho cơ sở xử lý

Tác động môi trường Tình trạng ở gần các khu dân cư

Nhân lực Có đủ trình độ kỹ thuật để vận hành hệ thống XL khôngViệc mở rộng trong tương lai Dự đoán trước nhu cầu mở rộng cơ sở XL trong tương laiVốn và chi phí vận hành

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Các quá trình ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang

34, bảng 3.1

Chất ô nhiễm Các quá trình

Chất hữu cơ phân huỷ sinh học (BOD) Xử lý sinh học hiếu khí:

-Bùn hoạt tính, mương oxy hoá-Hồ hiếu khí

-Lọc nhỏ giọt-Đĩa sinh học quay (RBC)-Hồ ổn định

-Thiết bị phản ứng kiểu đệm

Xử lý sinh học yếm khí-Hồ yếm khí

-Lọc yếm khí-Tiếp xúc yếm khí-Thiết bị phản ứng tầng sôi

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Các quá trình ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang

34, bảng 3.1

Chất ô nhiễm Các quá trình

-Hấp phụ bằng cacbonCác hợp chất hữu cơ bay hơi -Sục khí, oxy hoá hoá học

-Hấp phụ, xử lý sinh học

Tổng chất rắn lơ lửng Có hoặc không có keo tụ/đông tụ:

-Lắng-Tuyển nổi-Lọc

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Các quá trình ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang

-Trao đổi ion-Lọc màngChất rắn vô cơ hoà tan -Trao đổi ion

-Thẩm thấu ngược-Thấm tách bằng điện

-Siêu lọcKhoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất hiện có

 1.C Lựa chọn cuối cùng

• Nghiên cứu kỹ các công nghệ đã được lựa chọn sơ bộ

• Xem xét kỹ các yếu tố lựa chọn

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

CÁC YẾU TỐ Nhận xét

1 Khả năng áp dụng Khả năng áp dụng của một quy trình có thể được đánh giá

dựa trên kinh nghiệm quá khứ, tài liệu xuất bản, tài liệu của nhà máy và nghiên cứu pilot Trong những trường hợp mới hay không bình thường chưa gặp bao giờ thì cần có nghiên cứu thí điểm

2 Lưu lượng phù hợp

3 Mức dao động của lưu lượng

nước thải dự kiến

-Công nghệ xử lý được chọn phải đáp ứng được lưu lượng

dự kiến Ví dụ, hồ ổn định sẽ không phù hợp với lưu lượng nước thải cực lớn

-Thiết bị và quy trình xử lý được chọn phải đáp ứng được mức dao động lớn trong lưu lượng Hầu hết các công nghệ chỉ làm việc tốt nhất ở một mức lưu lượng ổn định nào đó

Nếu mức dao động là quá lớn thì cần có bước điều hòa lưu lượng

4 Các đặc tính nước thải đầu

-Có những thành phần nào có thể cản trở quá trình xử lý?

Thành phần nào không chịu tác động trong quá trình xử lý?

Các yếu tố quan trọng cần xem xét khi đánh giá và lựa chọn thiết bị và quy trình xử lý

Nguồn: Kỹ thuật xử lý nước thải–Xử lý, Thải và Tái sử dụng, tái bản lần 3, Metcalf & Eddy, Inc.

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

-Kích cỡ thiết bị phản ứng phải dựa vào động học phản ứng Dữ liệu động học có thể lấy từ kinh nghiệm, tài liệu xuất bản, kết quả nghiên cứu điểnhình

8 Vận hành

11 Các yêu cầu về môi trường

-Việc vận hành thường được đánh giá thông qua chất lượng dòng ra, phù hợp với các quy định thải

- Các yếu tố môi trường như loại gió chủ đạo, hướng gió, khoảng cách đến khu dân cư có thể hạn chế hoặc ảnh hưởng đến việc sử dụng một số quá trình, đặc biệt khi có thể phát sinh mùi Tiếng ồn và giao thông có thể ảnh hưởng đến việc chọn địa điểm Môi trường nước tiếp nhận có thể

có những giới hạn đặc biệt, đòi hỏi phải loại bỏ một số thành phần đặc biệt như dinh dưỡng khỏi nước thải

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

CÁC YẾU TỐ Nhận xét

9 Xử lý các chất tồn đọng - Loại hình và số lượng các chất tồn đọng dạng rắn, lỏng

và khí cần được xác định hay ước lượng Thông thường nghiên cứu thí điểm để xác dịnh và định lượng các chất tồn đọng

10 Xử lý bùn - Có hay không yếu tố nào đó làm việc xử lý và tiêu huỷ

bùn trở nên không khả thi hoặc quá tốn kém? Việc tuần hoàn chất thải từ quá trình xử lý bùn ảnh hưởng gì đến bộ phận xử lý nước? Việc chọn lựa hệ thống xử lý bùn cần đi đôi với việc chọn lựa hệ thống xử lý nước

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

CÁC YẾU TỐ Nhận xét

12 Các yêu cầu về hoá chất

13 Các yêu cầu về năng lượng

-Nguồn và lượng hoá chất nào cần phải sẵn có trong một

khoảng thời gian dài nhằm đảm bảo vận hành hệ thống có hiệu quả? Việc bổ sung hoá chất có gì ảnh hưởng đến các đặc tính của chất tồn đọng sau xử lý và chi phí xử lý?

-Nếu mục đích là thiết kế một hệ thống xử lý có hiệu quả về kinh tế thì cần phải biết được các yêu cầu về năng lượng

và chi phí cho năng lượng trong tương lai

15 Các yêu cầu về nhân sự

-Mức độ phức tạp của việc vận hành hệ thống trong trường

hợp thông thường và trường hợp khẩn cấp? Người vận hành cần được đào tạo những gì?

-Các yêu cầu đặc biệt về vận hành và bảo dưỡng? Cần những phụ tùng thay thế nào, nguồn ở đâu và chi phí ra sao?

18 Tính tin cậy -Mức độ tin cậy của hệ thống nếu xét trong một thời gian

dài? Hệ thống có dễ bị trục trặc không, có chịu được sốc định kỳ về lưu lượng không? Nếu có thì chất lượng của nước thải sau xử lý bị ảnh hưởng như thế nào?

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

CÁC YẾU TỐ Nhận xét

20 Tính tương thích

21 Quỹ đất

-Với cơ sở vật chất hiện có thì hệ thống mới có vận hành

bình thường được không? Việc mở rộng nhà máy có thể thực hiện dễ dàng không?

-Quỹ đất có cho phép xây dựng không chỉ hệ thống xử lý

đang xem xét mà còn cả mở rộng trong tương lai không? Cần một vùng đệm rộng bao nhiêu để đảm bảo mỹ quan và loại bỏ các tác động xấu?

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất

1.D Lựa chọn cuối cùng

Dây chuyền xử lý tương thích cho các ngành công nghiệp

Nguồn:Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang 193, b

Tiền xử lý Điều hòa Sơ cấp Thứ cấp Bậc 3

Xử lý sinh học Oxy hoá hoá

học

trung hoà, oxy hoá

Đông keo tụ, lắng trọng lực, tuyển nổi

Dây chuyền xử lý tương thích cho các ngành công nghiệp

Nguồn:Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang 193, b

Tiền xử lý Điều hòa Sơ cấp Thứ cấp Bậc 3

học Xử lý sinh học

trung hoà Đông keo tụ, hấp phụ Xử lý sinh học Siêu lọcThuộc, hoàn

thiện da Sàng Trung hoà Đông keo tụ, tách trọng lực

Các tiêu chuẩn lựa chọn một quy trình xử lý hiếu khí hoặc yếm khí

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang 209, bảng 9.6

THÔNG SỐ XỬ LÝ HIẾU KHÍ XỬ LÝ YẾM KHÍ

phản ứng pH 6,5 đến 8,5> 2,0 mg/L DO pH 6,5 đến 7,5Không có yêu cầu về ôxy

1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt nhất

1.D Lựa chọn cuối cùng

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Các tiêu chuẩn lựa chọn một quy trình xử lý hiếu khí hoặc yếm khí

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang 209,

bảng 9.6

THÔNG SỐ XỬ LÝ HIẾU KHÍ XỬ LÝ YẾM KHÍ

Tạo bùn 0,6-1,1 kg TSS/kg BOD được

Ưu điểm Chịu được dao động lớn hơn,

hồi phục nhanh, ít diện tích, không yêu cầu về kiềm

Cần ít năng lượng và dinh dưỡng, tạo

ít bùn, năng lượng sinh ra có thể được sử dụng

Nhược

điểm Nhiều bọt, không thu hồi được khí tạo ra, tạo nhiều bùn, tốn

năng lượng, khó tách nước khỏi bùn hơn

Nguy cơ ăn mòn cao, nhiều mùi, tốn thời gian để thích nghi với khí hậu

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

2 Phân loại các quá trình và phương pháp xử lý

2.1 Phương pháp cơ học

2.1.1 Song chắn hoặc lưới chắn

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Phân loại song chắn rác

1 Phân loại theo khe hở của song chắn rác, có 3 kích cỡ

2 Theo phương thức lấy rác: loại thủ công và loại cơ giới.

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

4 Theo hình dạng thanh

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

2 Phân loại theo phương thức lấy rác

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

3 Phân loại theo cấu tạo của SCR

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

4 Phân loại theo hình dáng của SCR

Tổn thất cột nước

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Độ tổn thất cột nước

•

  

Trong đó:

• h 1 : độ cao mực nước trước song chắn m

• h 2 : độ cao mực nước sau song chắn m

• h s độ chênh lệch mực nước trước và sau song chắn m

• V: vận tốc nước qua song chắn m/s

• v: Vận tốc nước trước song chắn m/s

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

 B: chiều rộng của buồng đặt song chắn

 b: chiều rộng khe hở giữa các thanh chắn

 w: chiều rộng của thanh chắn

 Lượng rác giữ lại

W = a.N/365.1000 (m3/ngđ)

N = BBOD5 / BOD5

Các giá trị thông dụng để thiết kế song chắn rác:

công Cào rác cơ giới

Kích thước của các thanh

- Bề rộng (mm):

Khoảng cách giữa các thanh (mm) 25 - 50 15-75

Độ nghiêng song chắn theo trục thẳng đứng

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

2.1.2 Bể điều hoà

Vai trò

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Vai trò của bể điều hòa

- Bể điều lưu làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng "shock" của hệ thống do hoạt động quá tải hoặc dưới tải về lưu

lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ.

- Giảm được diện tích xây dựng các bể sinh học (do tính toán chính xác)

- Các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa

ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.

-  Chất lượng của nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp được cải thiện do lưu lượng nạp các chất rắn ổn định.

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

2.1.2 Bể điều hoà

Vị trí và phân loại

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

2.1.2 Bể điều hoà

 Điều hoà trên dòng thải

 Điều hoà ngoài dòng thải

- Bể điều hòa lưu lượng: nên đặt gần nơi thải nước.

- Bể điều hòa lưu lượng và nồng độ chất thải (pH, CHC) + đặt sau bể lắng cát nếu nước thải chứa lượng lớn các chất vô cơ không tan.

+ đặt sau SCR và trước bể lắng sơ cấp nếu nước thải chứa nhiều chất hữu cơ không tan (không cần bể lắng cát).

+ đặt trước bể trộn hóa chất

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

 Thời gian lưu nước?

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Xáo trộn và lượng khí yêu cầu:

 Bể lắng cát nên đặt trước bể điều hòa để hạn chế cặn nặng lắng xuống đáy,

giảm nhu cầu năng lượng khuấy;

 Cần xáo trộn và thổi khí cho toàn bộ khối tích để tránh lắng cặn; tránh

nước thải lên men kị khí và gây mùi

 Để tạo điều kiện hiếu khí, tốc độ thổi khí 10-15 lit khí/phút.m3 Nhu cầu

trộn cho NT SH có SS khoảng 200 mg/L = 4 – 8 W/m3

 Việc thổi khí có thể thay bằng khuấy trộn nếu phía sau có bể lắng I (HRT

khoảng 2 giờ) và bể sinh học.

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Bước 1: Đo lưu lượng nước thải từng giờ từ 0 giờ ngày hôm trước đến 0 giờ ngày hôm

sau (có thể thông qua việc đo lưu lượng nước sử dụng trừ đi lượng nước giữ lại trong các sản phẩm)

Bước 2: Tính toán tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ

Ví dụ lưu lượng nước thải ở 0 - 1 giờ là 10 m3/h, lưu lượng nước thải ở 1 - 2 giờ là 20

m3/h, lưu lượng nước thải ở 2 - 3 giờ là 20 m3/h , Tổng lượng nước thải thải ra môi trường ở 0 giờ là 0 m3, 1 giờ là 10 m3, 2 giờ là 30 m3

Vẽ đồ thị biểu diễn tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ và tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ

Bước 3: Xác định điểm bụng của đồ thị, vẽ đường tiếp tuyến với đồ thị tại điểm bụng,

hiệu số khoảng cách thẳng đứng chiếu từ điểm bụng của đường biểu diễn tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ đến đường biểu diễn tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ là thể tích cần thiết của bể điều hòa

Xác định thể tích bể điều hoà

PP đồ thị trên cơ sở thực nghiệm

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Giờ Q vào (m 3 ) Tích lũy (m 3 ) Trung bình (m 3 )

Thời gian V_vào (Qt) (m 3 ) V_tích luỹ (m 3 ) Q_bơm ra (m 3 ) Q_ tb Q_thay đổi (m 3 )

2.1.2 Điều hoà

• Chọn bể điều hoà khuấy trộn bằng không khí nén để điều hoà nồng độ chất thải khi nước thải có nồng độ chất lơ lửng dưới 500 mg/l với độ thuỷ

lực 10mm/s Hệ thống sục khí như sau:

• Thiết bị sục khí là các ống có lỗ khoan đường kính lỗ d=5mm cách nhau

3-6cm nằm ở mặt dưới ống, ống phải đặt tuyệt đối theo phương ngang, dọc theo tường của bể trên các giá đỡ để ở độ cao 6-10cm so với đáy

• Nếu đặt thiết bị sục khí chỉ ở 1 phía và sát thành bể thì khoảng cách từ

thiết bị tới thành đối diện lấy bằng 1 đến 1,5H

• Đuờng kính của thiết bị sục khí lấy bằng 50mm nếu cường độ sục khí nhỏ

hơn 8m 3 /h cho 1m dài và bằng 75mm nếu cường độ sục khí lớn hơn

• Chọn bể điều hoà khấy trộn cơ khí khi nước thải có nồng độ chất lơ

lửng >500 mg/l với chế độ nước vào bể bất kỳ Thể tích được tính toán

tương tự

• Phải có hố tập trung cặn và thiết bị xả cặn

Khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam