Ứng dụng công nghệ MBBR trong xử lý nước thải sinh hoạt đh bách khoa hà nội luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

MỤC LỤC MỞ ĐẦU1 Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ5 I.1. Giới thiệu chung:5 I.1.1. Đặc điểm vật lý:5 I.1.2. Đặc điểm hóa học:6 I.1.3. Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật:6 I.2. Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt:7 I.2.1. Hàm lượng chất rắn:7 I.2.2. Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và hóa học (COD):8 I.2.3. Ôxy hòa tan:8 I.2.4. Trị số pH:9 I.2.5. Các hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thải:9 I.2.6. Các hợp chất vô cơ khác trong nước thải:10 I.2.7. Vi sinh vật:10 I.3. Các công đoạn xử lý:11 I.3.1. Tiền xử lý:11 I.3.2. Xử lý sơ bộ:11 I.3.3. Xử lý bậc II:13 I.3.4. Khử trùng:19 Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 23 II.1. Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải:23 II.2. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR:26 II.2.1. Cơ chế:26 II.2.2. Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng lên men:27 II.2.3. Quá trình Nitrat hóa:31 Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ34 III.1.Mương dẫn nước thải:34 III.2. Song chắn rác thô:35 III.3. Bể lắng cát và tách dầu mỡ:38 III.4. Song chắn tinh:40 III.5. Bể điều hòa:41 III.6. Bể lắng đợt I:42 III.7. Bể MBBR:45 III.7.1. Thể tích làm việc của bể:46 III.7.2. Lượng bùn sinh ra do khử BOD5:47 III.7.3. Các thông số về đệm plastic:48 III.7.4. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể:49 III.7.5. Xác định lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý:49 III.7.6. Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật:52 III.7.7. Bố trí thiết bị phân phối khí:52 III.8. Bể lắng đợt 2:55 III.9. Bể tiếp xúc khử trùng:56 III.10. Bể nén bùn:57 KẾT LUẬN60 Tài liệu tham khảo:61

MỤC LỤC

Chương I: TONG QUAN VE NUGC THAI SINH HOAT DO THI

1.1 Gidi thiéu chung:

1.1.1 Dac diém vat ly:

L1.2 Đặc điểm hóa họ

L2.2 Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và hóa hoc (COD):

1.2.3 Oxy hòa tan:

L2.4 Trị số pH:

1.2.5 Cac hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thai:

1.2.6 Các hợp chất vô cơ khác trong nước thải:

Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYÉT

IIL1 Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải

II.2 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR:

IiPns 1

IL2.2 Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng lên men:

II.2.3 Quá trình Nitrat hÓa: +22 2S 3t sreErersrrsrrrseree

Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KÉ CÁC CÔNG TRÌNH VÀ THIÉT BỊ

II.1.Mương dẫn nước thải:

IIL2 Song chắn rác thô:

IIL3 Bề lắng cát và tách dầu mỡ:

IIL.4 Song chắn tinh

IIL.5 Bể điều hòa:

IIL6 Bề lắng dot I:

IIL.7 Bê MBBR:

III.7.1 Thể tích làm việc của b;

IIL7.2 Lượng bùn sinh ra do khử BOD

IIL7.4 Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bê:

III.7.5 Xác định lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý

III.7.6 Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh v;

IIL7.7 Bồ trí thiết bị phân phối khí:

IV 08004 0 33

MỞ ĐÀU

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước tạo nên một sức ép lớn đối

với môi trường Trong sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày càng gia

tăng Mức độ ô nhiễm nguôn nước mặt và nước ngầm đang ngày càng trầm trọng

Do đó việc xây dựng, vận hành các hệ thống xử lý nước thải cho các đô thị hiện nay

là hết sức cần thiết

Đề bài: Ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) trong xử

lý nước thải sinh hoạt đô thị

- Lưu lượng q = 2000 m”/ngày đêm

- Yêu cầu xử lý: QCVN 14:2008/BTNMT, cột A

TONG QUAN VE NUOC THAI SINH HOAT DO THI

L1 Giới thiệu chung:

Con người trong các hoạt động kinh tế xã hội đã sử dụng một lượng nước rất lớn Nước cấp sau khi sử dụng vào mục đích sinh hoạt, sản xuất, nước mưa chảy tràn trên các mái nhà, mặt đường, sân vườn, BỊ nhiễm ban chứa nhiều hợp chất bần gây ô nhiễm môi trường

Nước thải sinh hoạt là nước thải được bỏ đi sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là hỗn hợp phức tạp thành phần các chat, trong đó chất bản thuộc nguồn gốc hữu cơ thường tồn tại dưới dạng không hòa tan, dạng keo và đạng hòa tan dễ bị phân hủy thối rữa, chứa nhiều vi trùng gây bệnh và truyền bệnh nguy hiểm Thành phần và tính chất của chất bản phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của thiết bị, trạng thái làm việc của hệ thống mạng lưới vận chuyên, tập quán sinh hoạt của người dân, mức sống xã hội, điều kiện tự

nhiên Do tính chất hoạt động của đô thị mà chất bản của nước thải thay đổi theo thời gian và không gian

L1.1 Đặc điểm vật lý:

Theo trạng thái vật lý, các chất ban trong nước thải được chia thành:

- Các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng kích thước lớn hơn 10 mm, có thê ở dạng huyền phù, nhũ tương hoặc dạng sợi, giây, vải, cây cỏ

- Các tạp chất ban dang keo với kích thước hạt khoảng 10- 10° mm

- Các chất bản dạng tan có kích thước nhỏ hơn 10” mm, có thể ở dạng phân

tử hoặc phân ly thành ion

- Nước thải sinh hoạt thường có mùi hôi thối khó chịu do khi vận chuyên

trong cống sau 2 đến 6 giờ xuất hiện khí hydro sunfua

1.1.2 Dac diém hóa học:

Nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơ như sắt, magié, canxi, silic, nhiều chất hữu cơ sinh hoạt như phân, nước tiểu và các chất thải khác như cát, sét, dầu mỡ Nước thải vừa xả ra có tính kiềm, nhưng dần trở nên có tính axit vì thối rữa Các chất hữu cơ có thể xuất xứ từ thực vật hoặc động vật Những chất hữu cơ trong nước thải có thể chia thành các chất chứa nitơ và các chất chứa cacbon Các hợp chất chứa nitơ chủ yếu nhu uré, protéin, amin va axit amin Cac hop chất chứa cacbon như mỡ, xà phòng, hydrocacbon

1.1.3 Dac diém sinh vat, vi sinh vat:

Nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều sinh vật chủ yêu là vi sinh với số lượng từ 10° dén 10° té bào trong 1ml Nguồn chủ yếu đưa vi sinh vật vào nước thái là phân, nước tiêu và đất cát

Tế bào vi sinh vật hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi sinh có thể coi là

một phần của tổng hợp chất hữu cơ trong nước thải Phần này sống, hoạt động, tăng trưởng dé phân hủy phần hữu cơ còn lại của nước thải

Vị sinh trong nước thải thường được phân biệt theo hình dạng Vi sinh xử lý nước thải có thể chia thành 3 nhóm: Vi khuản, nắm, động vật nguyên sinh (Proto- zoa)

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng đầu tiên trong việc phân hủy chất hữu cơ,

nó là cơ thê sống đơn bào, có khả năng phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn

lơ lửng hoặc dính bám vào bề mặt vật cứng Vi khuẩn có khả năng sinh sản rất

nhanh, khi tiếp xúc với chất đinh đưỡng có trong nước thải, chúng hấp thụ nhanh thức ăn qua màng tế bào Đa số vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, nhưng thường củng có loại vi khuẩn dang lông to (filamentous) kết với nhau thành lưới nhẹ nôi lên bề mặt làm ngăn cản quá trình lắng

Vi khuẩn đạng nắm (Fungi bacteria) có kích thước lớn hơn vi khuẩn và không có vai trò trong quá trình phân hủy ban đầu của chất hữu cơ trong quá trình

xử lý nước thải Vi khuẩn đạng nâm phát triển thường kết thành lưới nối trên mặt

nước gây cản trở dòng chảy và quá trình thủy động học

Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lóp CNMT k50.QN Trang 3

Động vật nguyên sinh đặc trưng bằng một vài giai đoạn hoạt động trong quá trình sống của nó Thức ăn chính của động vật nguyên sinh là vi khuẩn, cho nên chúng là chất chỉ thị quan trọng thể hiện hiệu quả xử lý của các công trình xử lý sinh học nước thải

L2 Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt:

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải ở dạng các virut và vi khuẩn gây

bệnh như tả, ly, thương hàn, Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩn

không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải

1.2.1 Hàm lượng chất rắn:

Tổng chất ran là thành phần đặc trưng nhất của nước thái, nó bao gồm các chất rắn không tan lơ lửng (SS), chất keo và hòa tan Xác định hàm lượng chất rắn bằng cách cho bay hơi một lượng nước thải trên bếp cách thủy và sây khô ở nhiệt độ

105 °C cho tới khi trọng lượng không đổi, sau đó đem cân và so sánh với khối lượng nước ban đầu, đơn vị là mg/l

Chất rắn lơ lửng có kich thước hạt 10” mm có thể lắng được và không lắng được (dạng keo) Nó được xác định bằng cách cho nước thái thắm qua giây lọc tiêu chuẩn với kích thước lỗ khoảng 1,2 um Gạn lấy lượng cặn đọng lại trên giấy thấm đem sây ở nhiệt độ 105°C cho đến khi trọng lượng không thay đổi, đơn vị mg/l

1.2.2 Nhu cau oxy sinh hda (BOD) va hóa học (COD):

Mức độ nhiễm bân nước thải bởi chất hữu cơ có thể xác định theo lượng ôxy

cần thiết để ô ôxy hóa chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật hiểu khí và được gọi

là nhu cầu ôxy cho quá trình sinh hóa Nhu cầu ôxy sinh hóa là chỉ tiêu rất quan

trọng và tiện dùng để chỉ mức độ nhiễm bân của của nước thải bởi các chất hữu cơ

Trị sô BOD đo được cho phép tính toán lượng ôxy hòa tan cần thiết để cấp cho các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn diễn ra trong quá trình phân hủy hiếu khí các chất

hữu cơ có trong nước thải

Nhu cầu ôxy hóa học COD: Là lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa hoàn toàn chất

hữu cơ và một phân nhỏ các chất vô cơ dễ bị ôxy hóa có trong nước thải Chỉ tiêu

nhu cầu ôxy sinh hóa BOD không đủ đề phản ánh khá năng ôxy hóa các chất hữu cơ khó bị ôxy hóa và các chất vô cơ có thể bị ôxy hóa có trong nước thải Việc xác định COD có thể tiến hành bằng cách cho chất ôxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thải trong môi trường axít Trị số COD luôn lớn hơn trị số BODs và tỷ số COD : BOD

càng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ

1.2.3 Oxy hda tan:

Nông độ ôxy hòa tan trong nước thái trước và sau xử lý là chỉ tiêu rat quan trọng Trong quá trình xử lý hiếu khí luôn phải giữ nồng độ ôxy hòa tan trong nước thải từ 1,5 — 2 mg/l dé quá trình ôxy hóa diễn ra theo ý muốn và đề hỗn hợp không

phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ muối có trong nước Trong quá trình xử lý nước thải, vi sinh vật tiêu thụ ôxy hòa tan đê dong hoa các chât dinh dưỡng và chat nén BOD, N, P can thiét cho viéc duy tri sự sông, tăng trưởng và sinh sản của chúng

L2.4 Trị số pH:

Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hòa, tính axit hay tính kiềm Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh họa rất nhạy cảm với sự dao động của trị số pH Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi giá trị pH trong khoảng 6,5 dén 8,5

1.2.5 Cac hop chat ctia Nito va Photpho trong nước thải:

a.Cac hop chất của nitơ trong nước thải: Nước thái sinh hoạt luôn có một số hợp chất chứa nitơ Nitơ là chất dinh dưỡng quan trọng trong quá trình phát triển của

vi sinh vat trong các công trình xử lý sinh học Các hợp chất chứa nitơ là protein, các sản phẩm phân hủy của nó như amino aixit là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn, và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ có trong nước thải bắt nguồn từ phân và nước tiểu (urê) của người và động vật Urê bị phân hủy ngay khi có tác dụng của vi khuẩn thành amoni (NH¿`) và NH; là hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong mước thải Hai dạng hợp chất vô cơ chứa Nitơ có trong nước thải là nitrit và nitrat Nitrat

là sản phẩm ôxy hóa của amoni (NH¿”) khi tồn tại oxy, thường gọi quá trình này là

quá trình Nitrat hóa Còn nitrit (NO;) là sảm phẩm trung gian của quá trình nitrat

hóa, nitrit là hợp chất không bền vững dễ bị ôxy hóa thành nitrat (NO;) Vì amoni

sử dụng ôxy trong quá trình Nitrat hóa và các vi sinh vật trong nước, rong, tảo dùng nitrat làm thức ăn để phát triển, cho nên nêu hàm lượng nito có trong nước thải xả ra sông, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng kích thích sự phát triển nhanh của rong, tảo làm bẩn nguồn nước

b.Các hợp chất photpho trong nước thải: Photpho cũng giống như nitơ, là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sông và phát triển trong các công trình xử lý nước thai Photpho là chất dinh dưỡng đầu tiên cần thiết cho sự phát triển của thảo mộc sống đưới nước, nếu nồng độ photpho trong nước thải xả ra sông, suối quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng Photpho thường ở dạng photphat vô cơ và bắt nguôn từ chất thái là phân, nước tiêu, phân bón dùng trong nông nghiệp và từ các chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt hằng ngày

1.2.6 Cac hop chất vô cơ khác trong nước thải:

Có rất nhiều hợp chất vô cơ trong nước thải

Đề đánh giá tinh chất nhiễm bản của nước thải bởi khoáng vật người ta dùng

các chỉ tiêu về hàm lượng sulfat và clorua Trong nước thải đô thị hàm lượng sulfat

vào khoảng 100 dén 150 mg/l, còn hàm lượng clorua từ 150 đến 250 mg/l Hàm

lượng sulfat và clorua thường không hoặc ít thay đôi trước và sau xử lý và cũng không làm ảnh hưởng tới các quá trình lí hóa, sinh hóa nước thải và cặn bã

thể có một số ít vi khuân gây bệnh như thương hàn, tả, ly, vi trùng gan

* Các thông số cụ thể của đồ án: Lưu lượng Q = 1500m/ngày đêm

1 | Tổng chất rắn TS mg/l 700

2 | Ham lugng chat ran lo ling SS mg/l 200

1.3.1 Tién xt ly:

Giai doan tiền xử lý gồm các công trình và thiết bị có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải các vật có thé gây tắt nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý của giai đoạn sau, cụ thể như: Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn có trong nước thải như gỗ, nhựa, giấy, vỏ hoa quả, Loại bỏ cặn nặng như cát sỏi, kim loại, thủy tỉnh, Loại bỏ một phần dầu mỡ Các thiết bị thường dùng là: - Song chắn rac, lưới chắn rác;

- May nghién cat vun rac;

- Bé lang cat;

- Bề điều hòa lưu lượng

I.3.2 Xử lý sơ bộ:

Chủ yếu là quá trình lắng để loại bỏ bớt cặn lơ lửng Có nhiều loại bể lắng,

kết quả xử lý của công đoạn xử lý sơ bộ là loại bỏ được một phần cặn lơ lửng và các chất nổi như dầu, mỡ, bọt, đồng thời phân hủy yếm khí cặn lắng ở phần đưới của các công trình ổn định cặn

a Bê lắng cát: Bề lắng cát đặt sau song chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng và chất lượng, trước bể lắng đợt một Nhiệm vụ của bê lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tỉnh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng để bảo VỆ các thiết bị cơ khí đễ bị mài mòn Theo đặc tính của dòng chảy

có thể phân loại bể lắng cát: Bề lắng cát ngang, bể lắng cát thổi khí, bể lắng cát ly tâm

b Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng: Lưu lượng và chất lượng nước thái

từ hệ thống cống thu gom chảy về nhà máy xử lý thường xuyên đao động theo các

ngày giờ, có 2 loại bể điều hòa: Bề điều hòa lưu lượng và chất lượng nằm trực tiếp

trên đường chuyển động của dòng chảy; Bê điều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể nằm trực tiếp trên đường vận chuyền hoặc nằm ngoài đường đi của dòng chảy Tùy theo điều kiên đất đai và chất lượng nước thải, khi mạng công thu gom là mang công

mưa Ở các mạng thu gom là hệ thống công riêng và ở những nơi có chất lượng

nước thải thay đối thường áp dụng bẻ điều hòa cả lưu lượng và chất lượng

Điều chỉnh pH và bô sung chất dinh đưỡng N,P: Nước thái trước khi đi vào

các công trình xử lý sinh học phải có trị số pH nằm trong khoảng 6,5 — 8,5 và tỷ lệ các chất đinh dưỡng C:N:P trong khoảng 100:5:1

c Bề lắng đợt I: Có nhiệm vụ lắng các hạt rắn nhỏ hơn 0,2 mm, bể lắng đợt một có nhiều loại khác nhau Bùn lắng được tách ra khỏi nước ngay sau khi lắng, có

thể bằng phương pháp thủ công hay cơ giới

Quá trình lắng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: Lưu lượng nước thải, thời

gian lắng (hay thời gian lưu), khối lượng riêng và tải lượng tính theo chất rắn lơ lửng, tải lượng thủy lực, sự keo tụ các hạt rắn, vận tốc dòng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ của nước thải và kích thước bể lắng

1.3.3 Xử lý bậc II:

Là công đoạn phân hủy sinh học hiếu khí các hợp chất hữu cơ Mục đích cơ

bản của quá trình xử lý sinh học là lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để ôn định các hợp chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơ lửng không lắng được trong nước thải sinh hoạt để loại chúng ra khỏi nước Xử lý sinh học gồm các

bước:

- Chuyên hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng

hòa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bảo vi sinh

- Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô

cơ trong nước thải

- Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực 1.3.3.1 Một số công nghệ xử lý sinh học hiếu khí được sử dụng trong xử lý nước thải đô thị:

Nước thải sau bé lắng đợt 1 được trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở ngay

đầu bê Aerotank Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bắn trung bình, lưu

lượng tuần hoàn thường từ 20 — 30% lưu lượng nước thải đi vào Dung tích bể được

thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng trong bể từ 6 đến 8 giờ khi dùng hệ thống sục khí và từ 9 đến 12 giờ khi dùng thiết bị khuấy làm thoáng bề mặt Các

thông số của bê:

- Lượng khí cấp vào từ 55 — 65 m”/IkgBOD; cần khử

- Chỉ số thê tích bùn SVI từ 50 — 150 ml/g

- Nong độ bùn hoạt tính trong bể aerotenk: 1500 — 3000 mg/l

- Tuổi của bùn Ở từ 3 — 15 ngày

- Nồng độ BOD đầu vào < 400 mg/I, hiệu quả làm sạch từ 80 — 95 %

b Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR - Sequencing Batch Reactor):

Là một dạng xử lý sinh học nước thải băng bùn hoạt tính Do hoạt động gián đoạn nên sô ngăn tôi thiêu của bê là 2

- BOD của nước thải sau xử lý thường < 20 mgil

- Hàm lượng can lơ lửng 3 - 25 mg/l va N-NH3 tt 0,3 — 12 mg/l

- Bể SBR làm việc không cần bề lắng đợt 2

Bề SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh đưỡng nitơ, đễ vận hành Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng

đến hiệu quả xử lý

Nhược điểm chính của bể là công suất xử lý nhỏ, để hoạt động có hiệu quả

phải thường xuyên kiểm tra theo đõi các bước xử lý nước thải

c Dia loc sinh học:

Dia loc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo nguyên lý dính bám Đĩa lọc là các tâm nhựa, gỗ, hình tròn đường kính 2 đến 4m, dày dưới 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 đến 40mm và các khối này được bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể chứa nước thải

Tốc độ quay cua dia tir 1 dén 2 vong/phut va dam bao dong chay rồi, không

cho bùn cặn lắng lại trong bể nước thải Trong quá trình quay, phần đưới của đĩa ngập trong nước thải Quá trình hấp phụ và dính bám các chất hữu cơ dạng hòa tan, keo và vây bùn lên màng sinh vật hình thành trước đó được diễn ra Khi quay lên phía trên, vi khuẩn sẽ lây ôxy để ôxy hóa chất hữu cơ và giải phóng CO› Màng sinh vật dày 2 đến 4mm, phụ thuộc vào vận tốc quay của đĩa Bùn cặn màng sinh vật được lắng lại trong bể lắng đợt 2

d.Công nghệ MBBR — Moving Bed Biofilm Reactor:

* Giới thiệu: MBBR là quá trình kết hợp giữa hai quá trình màng sinh hoc va

quá trình bùn hoạt tính Trong đó, vi sinh vật phát triển trên bề mặt các hạt nhựa

polyetylen (đệm) lo lửng trộn lẫn với nước thải trong bể phản ứng Không khí cấp vào bê vừa để cung cấp ôxy cho vi sinh vật sử dụng vừa là động lực cho các đệm chuyển động trong bể (các đệm plastic nhẹ, có khối lượng riêng xấp xỉ khối lượng riêng của nước) Nước được xử lý từ bê phản ứng sẽ chảy qua một lưới lọc trước khi vào bể lắng bậc II, mục đích của lưới lọc là giữ lại các đệm plastic trong bể phản ứng Công nghệ MBBR có khả năng xử lý hiệu quả rất cao đối với các nước thải có mức độ ô nhiễm hữu cơ và nitơ cao

* Hoạt động: Trong quá trình xử lý nước thải, quần xã các vi sinh vật phát triển trên bề mặt các đệm plastic Hầu hết các vi sinh vật trên lớp mang 1a vi sinh vat

dị dưỡng (chúng sử sụng cacbon hữu cơ để tạo sinh khối) với ưu thê hơn là các vi khuẩn tùy tiện Các vi khuẩn tùy tiện này có thể sử dụng ôxy hòa tan trong nước, hoặc khi lượng Oxy hoa tan không du chung sé str dung nitrate, nitrite

Tại bề mặt của lớp màng sinh học đọng lại các chất lỏng phân biệt rõ ràng do

sự đi chuyên lẫn lộn trong bề phản ứng Chất dinh dưỡng và ôxy khuếch tán qua lớp chất lỏng đến bề mặt của màng sinh học Trong khi đó, các sản phẩm của sự phân hủy sinh học sẽ được khuếch tán nhanh từ màng sinh học ra ngoài môi trường chất lỏng chuyên động , quá trình như thế cứ tiếp diễn

Khi vi sinh vật phát triển và tăng lên nhiều lần, sinh khối trên các đệm cũng tăng lên, lớp màng sinh vật ngày càng dày Khi đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng cung cấp ôxy hòa tan cơ chat trong bé phản ứng đến tất cả các vi sinh vật trên màng sinh học Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của màng sinh học thì cần thiết nhất ôxy hòa tan và cơ chất khuếch tán trong suốt quá trình Khi ôxy hòa tan và cơ chất khuếch

tán qua mỗi lớp màng có sau thì các vi sinh vật ở lớp trước đó tiêu thụ càng nhiều

Lượng oxy hòa tan sẽ giảm dần trong quá trình tạo màng sinh học và sẽ tạo ra các sản phẩm của sự phân hủy hiếu khí, thiếu khí và yếm khí ở các lớp của màng sinh

vật

* Cấu tạo của đệm: Đệm có nhiều hình dạng khác nhau, thông thường các

đệm có hình trụ đứng, đường kính khoảng 10mm, cao 7mm, bên trong và bề mặt

Sinh viên: Đỗ Quốc Cường, Lóp CNMT k50.QN Trang 9

ngoài có nhiều khe để tăng diện tích bề mặt Diện tích bề mặt của các đệm plastic là

rất lớn (120 - 950 m”/m”) Đêm được làm bằng vật liệu Polyethylen để đảmm bảo độ

bên, không bị gãy vỡ trong quá trình làm việc

eam

- Sự khuếch tán của chất khí và các chất hòa tan đến vi sinh vật tốt hơn rất

nhiều, tốc độ sử dụng cơ chất tăng

- Kha nang tao sinh khối rất lớn (nồng độ bùn hoạt tính trong bể phán ứng có thé đạt 6000 mg/l)

- Giảm thể tích bê phản ứng sinh học vì bề mặt riêng của các đệm plastic rất lớn, do đó công nghệ này thích hợp cho các công trình xử lý nước thải có quy mô

nhỏ hoặc đề nâng cấp các công trình đã tồn tại mà không đủ diện tích mặt bằng

- Quá trình khử Nitơ và phốt pho rất tốt

- MBBR có thể sử dụng cho tất cả các loại bể sinh học (aerobic, anoxic, hoặc anaerobic)

- Hiệu quả xử lý cao

- Vận hành đơn giản và chỉ phí thấp

1.3.3.2 Bề lắng dot II:

Bề lắng đợt II có nhiệm vụ tách sinh khối lắng trong nước, giữ lại các màng

vi sinh ở bể MBBR và các thành phần chất không hòa tan chưa được giữ lại ở bể lắng đợt I Các màng vi sinh như các bông cặn tiếp xúc với nhau tạo thành các đám bông cặn và lắng xuống đáy trong quá trình xử lý Tốc độ lắng của đám bông cặn phụ thuộc và nồng độ và tính chất của cặn

I.3.4 Khử trùng:

Khử trùng là công đoạn tiếp sau xử lý bậc II Các phương pháp khử trùng thường dùng là: Clo, ozon, tia cực tím Mục đích của quá trình này là nhăm đảm bảo nước trước khi xả ra nguồn tiếp nhận không còn vi trùng, virut gây bệnh và lây

bệnh, khử mầu, khử mùi

Đề xuất sơ đồ công nghệ:

Nước thải

Thùng dầu, mỡ

Sân phơi

Nước thải sinh hoạt của đô thị theo mương dẫn sau khi qua song chắn rác sẽ

được tách các tạp chất có kích thước lớn trôi nổi lơ lửng trong nước như gỗ, nhựa,

giây, vỏ hoa quả Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có độ cát với độ lớn thủy lực # > 18mm/s Đây là các phần tử vô cơ có kích thước và ty trọng lớn Mặc dù không độc hại, nhưng chúng cản trở hoạt động của của các công trình xử lý nước thải như làm giảm dung tích công tác của công trình, gây khó khăn cho việc xả bùn cặn, phá hủy quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải Để đảm bảo cho các công trình xử lý sinh học nước thải hoạt động ồn định cần phải có công trình và

thiết bị lắng cát phía trước, tại đây các loại cặn thô như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tỉnh,

sẽ được tách ra khỏi dòng thải Phân nổi lên trên là bọt dầu, mỡ cũng sẽ được thiết bị gạt bọt tách ra khỏi dòng nước

Do nước thải sinh hoạt chủ yếu được sinh ra trong những thời gian sinh hoạt cao điểm của con người, vì vậy mà lưu lượng và thành phần của nước thải sinh hoạt

sẽ không giống nhau ở mọi thời điểm, do đó dòng thải sau khi qua song chắn và bể lắng cát sẽ được én định tại bể điều hòa

Tại bể MBBR, chất hữu cơ trong nước thải bị ôxy hóa bởi các vi sinh vật có trong nước thải và các vi sinh vật bám dính trên đệm sinh học lơ lửng trong nước thải Ban đầu, loại đệm này nhẹ hơn nước nên chúng sẽ lơ lửng trên mặt nước nhưng khi có mang bam vi sinh vat xuất hiện trên bé mặt, khối lượng riêng của đệm sẽ tăng lên và trở nên nặng hơn nước và sẽ chìm xuống dưới Tuy nhiên, nhờ có chuyển động thủy

lực của nước trong bê được cấp bởi hệ thống sục khí, các đệm này sẽ chuyên động

liên tục trong nước thải Các chất hữu cơ cũng bám vào các khe nhỏ của đệm Các vi sinh vật bám dính trên các đệm sẽ sử đụng chất hữu cơ để tạo thành sinh khối vi sinh vật, trong quá trình này các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được xử lý Trước khi qua bể lắng bậc 2, hỗn hợp trong bề MBBR được chảy qua một tắm lưới chắn trong

bé dé ngăn các hạt nhựa lại Dòng nước được tách sinh khối và lắng bùn tại bể lắng đợt 2 Nước trong sẽ chảy sang bể khử trùng được hoà trộn chung với dung dịch

chlorine nhằm diệt các vi khuẩn Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT

cột A và được xả ra nguồn tiếp nhận gần đó Bùn từ bé lắng sẽ được bơm qua bể nén bùn sau đó được đưa vào máy ép bùn, bùn khô sẽ được đưa đi chôn lấp hoặc tận dụng

Chương H: -

CƠ SỞ LÝ THUYẾT II.1 Quá trình lắng của các hat rắn trong nước thai:

Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực Nước thải nói chung thường là hệ đị thể đa phân tán hợp thể không bền Trong quá trình lắng, kích thước, mật độ, hình dạng của các hạt và cả tính chất vật lý của

Trong đó: - „,⁄⁄¿: Độ nhớt động lực học của nước thải và nước sạch, Pa.s;

- CG: Nong độ thể tích của các hạt lơ lửng, kg/m’;

- Py» p : Khối lượng riêng của nước thải và nước sach, kg/m’;

- ø : Phần thể tích của pha lỏng, z= = (2.3)

+

L R

- V,,V,_: Thé tich của pha lỏng và pha rắn trong nước thải, m”

Tùy thuộc vào nồng độ và khả năng tác động tương hỗ lẫn nhau giữa các hạt rắn, có thể xảy ra 3 loại lắng chính (hay còn gọi là vùng lắng) sau: lắng riêng rẽ từng hạt, lắng keo tụ và lắng vùng bao gồm lắng tập thê và lắng chen

* Cơ sở của quá trình lắng riêng rẽ từng hạt là các định luật Newton và Stockes với giá thiết hạt lắng có dạng hình cầu:

Khi lắng, hạt rắn chịu tác dụng của các lực:

W : Vận tốc tương đối của hạt ran so với chat long;

C, : Hệ sô ma sát;

2

3$: Diện tích tiệt diện ngang của hạt rắn, $ = me Theo định luật II Newton, ta có: m a =F,-F,-F, (2.7) Sau một thời gian ngắn ban đầu, gia tốc chuyển động sẽ bằng on =0) va van téc lang sẽ không đổi, thay giá trị các lực vào (2.7) và giải phương trình trên, ta

* Khi nồng độ chất rắn lơ lửng trong hệ thống cao hơn 500 mg/1 thường xảy

ra lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng nén Loại lắng này xảy ra cùng với loại

lắng riêng rẽ từng hạt và lắng keo tụ, có đặc điểm là các hạt rất gần nahu Khi hạt lắng xuống chiếm chỗ của chất lỏng và dòng chất lỏng bị thay thế đi lên sẽ cản trở làm giảm vận tốc lắng của hạt khác Do mật độ hạt răn cao nên lắng vùng thường dẫn đến lắng cá khối với bề mặt phân cách rõ rệt giữa các khối chất rắn — lỏng và nước trong

II.2 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR:

II.2.1 Cơ chế:

Khi đưa nước thải vào trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh

học, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ sẽ được hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn Sau đó chúng được chuyên hóa và phân hủy nhờ vi khuẩn Quá trình này gồm 3 giai đoạn:

- Khuếch tán, chuyển dịch và hấp phụ chất bân từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn;

- Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào vi khuẩn;

- Chuyên hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chất

hữu cơ và các nguyên tô dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuân

* Sự chuyên hóa các chât hữu cơ và các chất đinh đưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí được biểu diễn theo các phương trình sau:

- Quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ: Các vi sinh vật trong nước thải ôxy hóa các chất ô nhiễm có thể oxy hóa đề tạo ra năng lượng:

VSV

C,HO, ——— CO, + H,0 + AE

CHON, ———> CO; + HạO + AE

- Qua trình tổng hợp để xây dựng tế bào:

C,H/O; + NH; +O; + AE ——> C;H;NO; + CO; + HO

- Quá trình ôxy hóa nội bào:

WsV

C;HNO,+O; —— CO; + HạO +NH; + AE

Trong quá trình ôxy hóa sinh hóa hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, lưu huỳnh, phốt pho cũng được chuyên hóa thành nitrat (NO ”), sunphat (SO¿7), phốt

phat (PO,”), CO; và HO

Khi môi trường cạn nguồn cacbon hữu cơ, các loại vi khuân Nitrit hóa (Nitro-

somonas) và Nitrat hóa (Nitrobacter) thực hiện quá trình Nitrat hóa theo 2 giai đoạn:

HỶ' +76O; + 5CO; ——>C;H;NO; + 54NO; + 52H;O + 109H”

400NO, + 1950, + NH; + 2H,0 + 5CO,—>Cs;H7NO, + 400NO;

IL.2.2 Su phat trién ctia té bao va động học của phản ứng lên men:

Dựa trên đặc tính sinh lý và tốc độ sinh sản của vi sinh vật, quá trình phát triển của chúng được chia thành nhiều giai đoạn:

- Giai đoạn tiềm phát: vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường hoặc đang biến đổi dé thích nghi Đến cuối giai đoạn này tế bao vi sinh vật mới bắt đầu sinh trưởng, các tế bào mới tăng về kích thước nhưng chưa tăng về số lượng

- Giai đoạn lũy tiến: Vi sinh vật phát triển với tốc độ riên không đổi, sau một thời gian nhất định, tổng số lượng tế bào cũng như trọng lượng tế bào tăng lên gấp

đôi

- Giai đoạn tốc độ chậm: Tốc độ phát triển giảm dần tới mức cân bằng ở cuối pha, ở các vi sinh vật cho sản phẩm trao đổi chất thì giai đoạn này chính là giai đoạn hình thành sản phẩm như enzym, alcol, axit hữu cơ, vitamin

- Giai đoạn cân bằng: Số lượng tế bào sống được giữ ở mức không đối Tinh

chat sinh ly của tế bào vi sinh vật bắt đầu thay đôi, cu thé là cường độ trao đôi chat

Nguyên nhân suy tàn chủ yếu là do nguồn thức ăn trong môi trường đã cạn, sự tích lay sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và đôi khi tiêu diệt cả vi sinh vật Trong giai đoạn lũy tiến, sinh khối tăng theo biểu thức:

Trong do:

dX he Tôc độ tăng trưởng của sinh khôi, mg /17 ; wk an ux 2 os ke

x : Nông độ sinh khối, ømg /!;

„: Tốc độ tăng trưởng riêng, 1/z;

z: Thời gian

Phương trình Monod dựa trên giả thuyết: Tốc độ sử dụng dinh dưỡng và tốc

độ sinh trưởng bị giới hạn bởi tốc độ các phản ứng enzym, bao gồm cả sự thiếu các chất cần thiết, phương trình có dạng: w= mx 4K (2.10)

S: Nong d6 co chat, mg/I;

K,: Hằng số bán bảo hòa, khi nồng độ cơ chất ø = == (mg/l);

Lm, Tốc độ tăng trưởng riêng lớn nhất

Khi dư thừa dinh đưỡng, nghĩa là S >>K, thì hằng số tốc độ sinh trưởng là

cực đại, ;= /2„ và hệ thống chủ yếu bị giới hạn bởi sinh khối Phương trình tốc độ

tăng trưởng của sinh khối có dạng: r= = * Max *X (2.11)

Khi S << K,, hé théng bj gidi han dinh dưỡng, z =cons/ và tốc độ sinh

trưởng là bậc 0 với sinh khối, nghĩa là tốc độ sinh trưởng độc lập với sinh khối hiện