quy trình xử lý chất thải bằng phương pháp hiếu khí

Giới thiệu Công nghệ xử lý nước thải ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học Và các biện pháp sinh học cũng đã chứng minh hiệu quả xử lý triệt để, hơn hẳn những biện pháp xử lý

Ề TÀI:

QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG

PHÁP HIẾU KHÍ.

Lớp: 04SH02 Nhĩm: 7 GVHD:TS Dương Nguyên Khang.

Tháng 10/ 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

 

ĐỀ TÀI:

QUY TRÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG

PHÁP HIẾU KHÍ.

Tháng 10/ 2009

MỤC LỤC

Chương I Giới thiệu

Chương II Quy trình xử lý chất thải bằng phương pháp hiếu khí

1 Cơng trình xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên:

1.1 Cánh đồng tưới cơng cộng và bãi lọc:

1.2 Cánh đồng tưới nơng nghiệp:

1.3 Hồ sinh học:

1.3.2 Hồ kỵ khí:

1.3.2 Hồ kỵ hiếu khí: thường gặp

1.3.3 Hồ hiếu khí:

2 Công trình xử lý sinh học nhân tạo:

2.1 Bể lọc sinh học (bể biophin)(có lớp vật liệu không ngập nước)

2.2 Bể lọc sinh học có lớp VL ngập trong nước thải:

2.2.1 Động học của quá trình xử lý sinh học:

2.2.2 Nguyên lý làm việc của bể Aerotank

2.2.3 Phân loại bể Aerotank:

2.2.4 Các dạng sơ đồ bể A:

2.2.5 Tính toán bể:

Chương III Kết luận

Tài liệu tham khảo

Chương I Giới thiệu

Công nghệ xử lý nước thải ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học

Và các biện pháp sinh học cũng đã chứng minh hiệu quả xử lý triệt để, hơn hẳn những biện pháp xử lý hóa lý khác

Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học đáp ứng mục đích đưa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên của vật chất, chất thải được xử lý và phân hủy theo chu trình sinh học tự nhiên Kết quả: các chất thải được chuyển hóa hoàn toàn thành dòng thải sạch (đủ tiêu chuẩn) Con người không tác động trực tiếp các biện pháp lý hóa vào quy trình khép kín

Do đó lượng nước thải sau khi xử lý được đưa vào tự nhiên sạch hơn mà không bị biến đổi thành phần tính chất

Ứng dụng sinh học như một vòng tuần hoàn tự nhiên khép kín, xử lý chất thải hiệu quả mà không mang lại ảnh hưởng xấu hoặc biến đổi bất lợi khác cho môi trường

Chất lượng nước đầu ra sạch hơn và có tính chất như nước tự nhiên

Công nghệ sinh học là công cụ xử lý triệt để và chủ động trên thành phần và tính chất nước thải, không cần thiết có sự can thiệp trực tiếp của con người vào quá trình xử lý tự nhiên Thuận tiện trong công tác vận hành và quản lý

Tiết kiệm kinh phí trong việc xử lý nước thải Chi phí cho các biện pháp sinh học thường thấp hơn chi phí cho các biện pháp xử lý khác Bên cạnh đó chi phí quản lý cũng thấp do việc quản lý đơn giản hơn

Những chất không bị phân hủy trong nước thải công nghiệp trước hết là trong công nghiệp hóa học Người ta phân lập và tạo ra những chủng có thể phân hủy các chất đó trong điều kiện tự nhiên

Các phương pháp khử kim loại nặng trong bùn vừa xử lý được ô nhiễm vừa thu lại được các kim loại quý

Xử lý được nguồn nước thải nồng độ cao, đặc biệt là BOD, COD, SS… trong đó nước thải dễ

xử lý sinh học có nồng độ COD từ 20.000 – 30.000 mg/l (phân hủy kỵ khí)

Phân hủy hiếu khí được ứng dụng rộng rãi để ổn định chất rắn với kích thước bể xử

lý từ nhỏ đến trung bình (Q < 20.000 – 40.000 m3/ngày )

Hồ sinh học dung xử lý các loại nước thải công nghiệp, sinh hoạt và cả nước thải chăn nuôi

có hàm lượng chất hữu cơ ô nhiễm cao

Xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của VSV

có khả năng phân hoá những hợp chất hữu cơ

Các chất hữu cơ sau khi phân hoá trở thành nước, những chất vô cơ hay các khí đơn giản

Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:

- Điều kiện tự nhiên

- Điều kiện nhân tạo

Chương II Quy trình xử lý chất thải bằng

phương pháp hiếu khí.

1 Công trình xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên:

1. Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc:

 Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật

 Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:1:2 = N:P:K

 Nước thải công nghiệp cũng có thể sử dụng nếu chúng ta loại bỏ các chất độc hại

 Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc

 Nguyên tắc hoạt động: việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân huỷ các chất hữu cơ nhiễm bẩn Càng sâu xuốn, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hoá các chất hữu cơ càng giảm xuống dần Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1,5m Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước thấp hơn 1,5m so với mặt đất

 Nguyên tắc xây dựng: cánh đồng tưới và bãi lọc là những mãnh đất được san phẳng hoặc tạo dốc không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô bằng các bờ đất Nước thải phân bố vào các ô bằng hệ thống mạng lưới phân phối gồm: mương chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ô Nếu khu đất chỉ dùng xử lý nước thải, hoặc chứa nước thải khi cần thiết gọi là bãi lọc

 Cánh đồng tưới, bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư về cuối hướng gió Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng có thể ở nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới không cao và đảm bảo đất có thể thấm kịp

Diện tích mỗi ô không nhỏ hơn 3 ha, đối với những cánh đồng công cộng diện tích trung bình các ô lấy từ 5 đến 8 ha, chiều dài của ô nên lấy khoảng 300 – 1500m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình Mực nước ngầm và biện pháp tưới không vựơt quá 10 – 200m

 Cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc thường xây dựng với i~0,02

Sơ đồ cánh đồng tưới:

1 Mương chính và màng phân phối 2 Máng, rãnh phân phối trong các ô

3 Mương tiêu nước 4 Ống tiêu nước 5 Đường đi

Khoảng cách vệ sinh phụ thuộc vào công suất:

+ Đối với bãi lọc:

- l=300m, Q=200-5000m3/ng.đ

- l=500m, Q=5000-50000m3/ng.đ

- l=1000m, Q>50000m3/ng.đ

+ Đối với cánh đồng tưới:

- l=200m, Q=200-50000m3/ng.đ

- l=400m, Q=5000-50000m3/ng.đ

- l=1000m, Q>50000m3/ng.đ

 Mạng lưới tưới bao gồm:

+ Mương chính

+ Mương phân phối

+ Hệ thống mạng lưới tưới trong các ô

+ Hệ thống tiêu nước (nếu nước không thấm đất) (Chiều sâu ống tiêu: 1,2-2m)

 Kích thước các ô phụ thuộc vào địa hình

+ Cánh đống tưới: STB=5-8ha

+ Đối với bãi lọc thì nhỏ hơn

+ Tuy nhiên chiều dài ô: D=300-1500; R=100-200

 Để xác định diện tích của cánh đồng tưới người ta phân biệt các loại tiêu chuẩn:

1-T/C tưới TB ngày đêm (m3/ng.đ.ha.năm)

2-T/C tưới theo vụ (lượng nước tưới trong suốt t/g một vụ)

3-T/C tưới 1 lần (lượng nước tưới 1 lần)

4-T/C tưới bón (lượng nước cho 1 loại cây trồng xuất phát từ khả năng bón của nước thải)  Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc:

Với:

+ qo: T/C tưới nước lấy theo các bảng sau

 Mỗi cánh đồng có một vùng đất dự trữ:

Với:

+

+α: hệ số kể đến việc lượng nước thải ở khu vực dự trữ luôn nhỏ hơn dự định và nó phụ thuộc vào to

t<10oC  α=0.75

t>10oC  α=0.5

 Tổng diện tích của cánh đồng

Với: F= Fdt + Ftd + K(Fdt + Ftd)

+ K(Fdt + Ftd): phần công trình phụ, bờ chắn, kênh mương + K = (0.15 – 0.25), thường K = 0.25

 Vận tốc tưới:

+ h = 1.0m  v = 0.15 – 0.85m/s

+ h # 1.0m  v = voh0.2

h: chiều sâu TB của dòng chảy (m)

vo: vận tốc khi chiều sâu dòng chảy h = 1m

 Độ dốc: I = 0.001 – 0.0005

 Lưu lượng tính toán cho mạng lưới ô:

Với:

+ m: T/C tưới cho loại cây chủ yếu

+ t: t/g tưới

 Lưu lượng nước tính toán tiêu nước

Với:

+ qo: T/C tưới (m3/ha.ng.đ)

+ T: t/g giữa các lần tưới trong ngày (h)

+ t: t/g tiêu nước (0.4- 0.5)T

 Vì nước không đồng đềi nên nhân hệ số n(=1.5)

(modun dòng chảy tiêu nước)

 Lưu lượng tính cho 1 ống:

Với:

+ b: khoảng cách giữa các ống tiêu nước

+ l: chiều dài ống tiêu

Với:

+ H: chiều sâu chân ống

+ h: chiều sâu của lớp cần tiêu nước

+ k: hệ số thấm

+ P: chiều cao lớp nước tiêu đi trong ngày

1.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp:

Từ lâu người ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp ở những vùng ngoại ô

Theo chế độ nước tưới thì người ta chia thành 2 loại:

• Thu nhận nước thải quanh năm

• Thu nước thải theo mùa

Khi thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa người ta lại dự trữ nước thải trong các đầm hồ (hồ nuôi cá, hồ sinh học, hồ điều hoà, …) hoặc xả ra cánh đồng cỏ, cánh đồng trồng cây ưa nước hay vào vùng dự trữ

Chọn loại cánh đồng nào là phụ thuộc vào đặc điểm thoát nước của vùng và loại cây trồng hiện có

Trước khi đưa vào cánh đồng, nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng sát, hoặc bể lắng Tiêu chuẩn tưới lấp thấp hơn cánh đồng công cộng và có ý kiến chuyên gia nông nghiệp

1.3 Hồ sinh học:

Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hoá,

hồ ổn định nước thải, … Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu

cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thuỷ sinh vật khác

 Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hoá từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat

và nitrat amon sinh ra từ sự phân huỷ, oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp hơn 6oC Theo quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại: hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tuỳ nghi  Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch của hồ  Ngoài việc xử lý nước thải còn có nhiệm vụ:

+ Nuôi trồng thuỷ sản

+ Nguồn nước để tưới cho cây trồng

+ Điều hoà dòng chảy

 Có các loại sau đây:

+ Hồ kỵ khí

+ Hồ kỵ hiếu khí

+ Hồ hiếu khí

1.3.2 Hồ kỵ khí:

a) Đặc điểm:

 Dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng bằng PP sinh học tự nhiên dựa trên sự phân giải của VSV kỵ khí

 Chuyên dùng xử lý nước thải CN nhiễm bẩn

 Khoảng cách vệ sinh (cách XN thực phẩm): 1.5-2 km

 Chiều sâu: h=2.4 – 3.6 m

b) Tính toán: chủ yếu theo kinh nghiệm

 SKỵ khí = (10-20%) Skỵ hiếu khí

 T/g lưu

+ Mùa hè: 1.5 ngày

+ Mùa đông: > 5 ngày

 E% BOD:

+ Mùa hè: 65 – 80%

+ Mùa đông: 45 – 65%

c) Lưu ý:

 Hồ có 2 ngăn để dự phòng (tháo bùn, …)

 Cửa cho nước thải vào phải đặt chìm

 S < 0.5 ha: 1 miệng xả

 S > 0.5 ha: bổ sung thêm

 Cửa lấy nước thiết kế giống thu nước bề mặt

1.3.2 Hồ kỵ hiếu khí: thường gặp

 Trong hồ xảy ra 2 quá trình song song

+ Oxy hoá hiếu khí

+ Phân huỷ metan cặn lắng

 Có 3 lớp:

+ Hiếu khí

+ Trung gian

+ Kỵ khí

 Nguồn oxy cấp chủ yếu là do quá trình quang hợp rong tảo

 Quá trình kỵ khí ở đáy phụ thuộc vào to

 Chiều sâu của hồ kỵ hiếu khí: 0.9 – 1.5m

TÍNH TOÁN:

1/ Chiều sâu của hồ: 0.9 – 1.5 m

2/ Tỷ lệ chiều dài và rộng:

3/ Vùng có gió:  S rộng; vùng ít gió:  hồ có nhiều ngăn

4/ Nếu đáy dễ thấm  phủ lớp đất sét S=15cm

5/ Bờ hồ có mái dốc:

+ Trong (1:1 = 1.5:1)

+ Ngoài (2:1 – 2.5:1)

6/ Nên trồng cỏ dọc hồ (cách mặt taly và đáy 30cm phải gia cố bêtông)

7/ Cấu tạo cửa vào và cửa ra:

8/ Hiệu quả xử lý:

Với:

+ La: BOD5 nước thải (mg/l)

+ Lt: BOD5 đã xử lý

+ t: t/g lưu nước thải

+ kt: Hệ số phụ thuộc vào to

Kt = k20.C (T-20)

 k20 = (0.5-1): nước thải sinh hoạt

 k20 = (0.3-2.5): nước thải CN

 C = (1.035-1.074): hồ tự nhiên

 C = (1.045): tiếp khí nhân tạo

 T: nhiệt độ hồ (oC)

9 Thời gian lưu nước:

10, Tải lượng BOD5: BOD5 = 11.2(1.054) (1.8T + 32)

1.3.3 Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất HC nhờ VSV hiếu khí Có 2 loại:

a Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua mặt nước và quang hợp của các thực vật

 Chiều sâu của hô: 30 – 50 cm

 Tải trọng BOD: 250 – 300 kg/ha.ngày

 T/g lưu nước: 3 – 12 ngày

 Tuy nhiên hoạt động như hồ kỵ hiếu khí

2 Công trình xử lý sinh học nhân tạo:

2.1 Bể lọc sinh học (bể biophin)(có lớp vật liệu không ngập nước)

 Cấu tạo: có lớp vật liệu tiếp xúc không ngập nước

- Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu có thể)

- Nước thải được phân phối đều.

- Nước thải sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở

VL lọc

- Ở bề mặt VL lọc và các khe hỡ giữa chúng các cặn bẩn được giữ tạo thành màng – Màng sinh học

- Lượng oxy cần thiết để cấp oxy hoá chất bẩn từ đáy lên

- Những màng VS đã chết sẽ cùng nước thải ra khỏi bể được giữ ở bể lắng 2

 Vật liệu lọc:

- Có diện tích bề mặt/ đơn vị diện tích lớn

- Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60 – 100mm)

- HVL = 1.5 – 2.5 m

- Nhựa đúc sẳn PVC được sử dụng rộng rãi ngày nay  HVL = 6 – 9m

 Hệ thống phân phối nước:

- Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc)

- Dàn ống cố định (lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải

- Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt VL: 0.2 – 0.3m

 Sàn đỡ và thu nước: có 2 nhiệm vụ:

- Thu đều nước có các mảnh vở của màng sinh học bị tróc

- Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng

- Sàn đỡ bằng bêtông và sàn nung

- Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.6 – 0.8m, i = 1 – 2%

 Phân loại bể lọc sinh học:

Tính toán:

1/ Hiệu quả khử BOD:

E= (%)

Với:

+ W: tải trọng BOD của bể lọc (kg/ngày)

W = Q(So – S) (S: 14 – 15 mg/l)

+ V: thể tích VL lọc:

6 < tkk< 10oC: CO = 250

tkk >10oC: CO = 300

tkk # 10oC: (CO: công suất oxy hoá (g/m3.ng.đ))

 V= V1Q

+ F: thông số tuần hoàn nước

2/ Xác định lại thể tích VL lọc theo hiệu suất Eo

4/ Diện tích bể lọc:

5/ Đường kính bể lọc:

Nếu hình chữ nhật: S = DxR

7/ Tải trọng thuỷ lực:

7/ Tải trọng thủy lực:

8/ Lượng khí cấp:

Với:

+ f: lượng BOD20 khí thải

+ 21: tỉ lệ oxy không khí

Các công thức tính tải trọng trên áp dụng tính bể lọc sinh học là đá cục, sỏi, (60 -100mm); HVL = 0.9 – 2.5m

Đối với bể lọc sinh học có lớp vật liệu là các tám nhựa gấp nếp, …HVL = 4 – 9m: tháp sinh học

1/ Tải trọng:

Với:

+ H: chiều cao vật liệu lọc:

+ P: độ rỗng lớp VL (%)

+ KT: hàng số nhiệt độ (oC)

KT= K20.1,047 T-20 = 0.2.1,047 T-20

+ η: phụ thuộc BOD5 đầu ra

2/ Tải trọng thuỷ lực tính bằng (m3 NT/m3 TTVL lọc)

qo = Co.Fa/So

Với:

+ Fa: diện tích bề mặt VL lọc trên 1 đơn vị VL lọc (m2/m3)