luận văn kỹ thuật môi trường Nghiên cứu thực nghiệm khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng một số vật liệu đơn giản

nghiệm khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng một số vật liệu đơn giản’’ được thực hiện với mong muốn tận dụng các phếliệu để xử lý nước thải sinh hoạt,

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Trong những năm đầu thực hiện đường lối đổi mới, vì tập trung ưu tiênphát triển kinh tế và cũng một phần do nhận thức hạn chế nên việc gắn phát triểnkinh tế với bảo vệ môi trường chưa chú trọng đúng mức Tình trạng tách rời côngtác bảo vệ môi trường với sự phát triển kinh tế - xã hội diễn ra phổ biến ở nhiềungành, nhiều cấp, dẫn đến tình trạng gây ô nhiễm môi trường diễn ra phổ biến vàngày càng nghiêm trọng

Hiện nay, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thựchiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm môi

trường vẫn là vấn đề rất đáng lo ngại Ô nhiễm nguồn nước là một trong những

thực trạng đáng ngại nhất của sự hủy hoại môi trường tự nhiên do tác động củahoạt động phát triển Đây là một vấn đề cấp bách cần giải quyết của nước ta trongquá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Tính cấp thiết của đồ án

Tốc độ công nghiệp hoá, đô thị hoá khá nhanh cùng với sự gia tăng dân sốđang gây áp lực nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Môi trườngnước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nướcthải và chất thải rắn Tình trạng ô nhiễm nước đặc biệt rõ nét ở các đô thị lớn như

Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh,… vì đa phần các thành phố này là nơi tập trungđông dân cư và các nhà máy công nghiệp, trong khi lại chưa có hệ thống xử lýnước thải tập trung Sông ngòi, kênh rạch trở thành nơi tiếp nhận nước thải sinhhoạt, nước thải đô thị chưa qua xử lý, hoặc xử lý nhưng chưa đạt tiêu chuẩn chophép Nếu tình trạng này cứ tiếp tục thì chẳng bao lâu nhiều dòng sông lớn sẽ trởthành sông chết, nhiều hệ sinh thái tự nhiên sẽ bị hủy hoại và những thiệt hại đốivới sức khỏe con người là vô cùng to lớn

Để giảm thiểu các tác động tiêu cực của nước thải sinh hoạt nói chung vànước thải đô thị nói riêng tới hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng, đòi hỏi nước thải

nghiệm khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng một số vật liệu đơn giản’’ được thực hiện với mong muốn tận dụng các phế

liệu để xử lý nước thải sinh hoạt, đô thị đạt tiêu chuẩn trước khi đổ vào nguồn tiếpnhận Trên cơ sở đó đề xuất phương án xử lý nước thải quy mô nhỏ cho cụm dân

cư trong đó sử dụng những vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm với thao tác vận hành đơn giảntạo điều kiện thuận lợi trong việc áp dụng rộng rãi trong thực tế

Phương pháp nghiên cứu và thu thập số liệu

1 Khảo sát nhu cầu sử dụng nước phục vụ sinh hoạt của khu vực Kim Liên

2 Khảo sát đặc tính nước thải sinh hoạt khu vực Kim Liên

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng COD tới hiệu quả xử lý

4 Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng dòng vào tới hiệu quả xử lý

Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài tập trung nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của trạm xử lý nướcthải Kim Liên bằng phương pháp lọc sinh học Trạm xử lý nước thải Kim Liên thunhận nước thải sinh hoạt của toàn bộ khu vực Kim Liên

Chương 1 : Tổng quan về nước thải sinh hoạt và vấn đề môi trường

Chương 2 : Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

Chương 3 : Nghiên cứu thực nghiệm khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học

Chương 4 : Đề xuất phương án xử lý nước thải sinh hoạt cho hộ gia đình hoặc cụm dân cư nhỏ.

Kết Luận

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG 1.1 Nguồn gốc và lưu lượng nước thải sinh hoạt

1.1.1 Nguồn gốc nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinhhoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ,tẩy rửa, vệ sinh cỏ nhõn,… Chỳng thường đượcthải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình côngcộng khác

Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải đen và nước thải xám Nước thải từ toiletđược gọi là nước thải đen Nước thải đen chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, vàdinh dưỡng (nito, photpho) –nguồn thức ăn tốt cho sự phát triển của vi sinh vật.Nước thải đen có thể được tách thành hai phần: phân và nước tiểu Mỗi mộtngười, hàng năm có thể thải ra trung bình 4 kg N và 0,4 kg P trong nước tiểu và0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân

Nước thải xám bao gồm nước giặt rũ quần áo, tắm rửa và nước sử dụngtrong nhà bếp Nước từ trong nhà bếp có thể chứa lượng lớn chất rắn và dầu mỡ

Cả hai loại nước thải đen và thải xám có thể chứa mầm bệnh của người đặc biệt lànước thải đen

Hình 1.1: Sources of Household Wastewater, Showing Wastewater from Toilet,

Dish washer Bath-

shower

Clothes washer

Miscella neous

Storm Water

GREY WATER

Combined wastewater WASTEWATER

Bảng 1.1: Nguồn gốc và các đặc tính húa-lý-sinh học của nước thải

Lý học

phân hủy của các chất thải hữu cơ

mòn đất

Hóa học

 Chất hữu cơ bay hơi Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

 Các chất nguy hiểm Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

trong tự nhiên

cấp

 Hydrogen sulfide Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Sinh học

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 2003.

1.1.2 Lưu lượng nước thải sinh hoạt :

Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định dựa trên tiêu chuẩn thảinước tính trên đầu người sử dụng hệ thống.Tiêu chuẩn thải nước thường được lấytheo tiêu chuẩn cấp nước Ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn cấp nước được lấy theotiêu chuẩn xây dựng 33:2006 (bảng 1.2)

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn cấp nước theo đầu người (TCXDVN 33:2006)

Đối tượng dùng nước

Tiêu chuẩn cấp nước tính theođầu người (ngày trung bình trongnăm) l/người.ngày

Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu công

nghiệp nhỏ

200 - 270

Thị trấn, trung tâm công - nông nghiệp, công

- ngư nghiệp, điểm dân cư nông thôn

80 - 150

Ghi chú: Cho phép thay đổi tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của điểm dân cư 10

 20% tuỳ theo điều kiện khí hậu, mức độ tiện nghi và các điều kiệnđịa phương khác

Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 80-100% tiêu chuẩn cấpnước.Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điềukiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạtcủa người dân

Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụ thuộcvào loại công trình, chức năng, số người tham gia, phục vụ trong đó Lượng nướcthải từ các cơ sở thương mại dịch vụ cũng có thể được chọn từ 15-25% tổng lượngnước thải toàn thành phố

Lưu lượng nước thải không điều hòa, phụ thuộc vào thời điểm trong ngày.Sốlượng người càng đụng thỡ chế độ thải càng điều hòa

Hình 1.2: Đặc trưng lưu lượng nước thải sinh hoạt

1.2 Đặc trưng của nước thải sinh hoạt

Nước thải là nước cấp sau khi đã sử dụng Do đó thành phần, tính chất nước cấp

sẽ ảnh hưởng tới nước thải Chẳng hạn, nếu trong nước cấp, nồng độ oxy hòa tanhoặc nồng độ các muối (đã bị khử như nitrat, sulfat) tăng lên thì thế năng oxy hóacủa nước thải cũng sẽ tăng và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa saunày ở các công trình làm sạch nước thải

Tiêu chuẩn cấp nước tăng lên thì nồng độ các chất bẩn trong nước thải sẽ giảm vàquá trình sinh hóa khi làm sạch nước thải sẽ diễn ra thuận lợi

Các loại thức ăn, chế độ dinh dưỡng của con người ảnh hưởng trực tiếp tới nướctiểu, phân thải ra Người dân được ăn uống tốt thỡ cỏc chất bài tiết và các chất thảikhác cũng sẽ giàu đạm, mỡ, đường, những chất giàu năng lượng và ngược lại.Ngày nay nền công nghiệp phát triển, văn minh tăng lên, nhiều chất mới được sửdụng trong sinh hoạt như chất hoạt động bề mặt- chất tẩy rửa tổng hợp thay thếcho xà phòng thì thành phần, tính chất nước thải cũng biến đổi

Đặc trưng nước thải sinh hoạt là : hàm lượng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lượngchất bẩn), khu hệ vi sinh vật phức tạp trong đó có cả các vi sinh vật gây bệnh, vikhuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trongnước thải

Nồng độ các ion vô cơ trong nước thải có thể biến động từ 300-3000mg/l, trungbình 500 mg/l theo Mackinney Ross E, tỷ lệ về trọng lượng các ion vô cơ trongnước thải như sau (bảng 1.3)

Bảng 1.3: Tỷ lệ về trọng lượng các ion vô cơ trong nước thải sinh hoạt

thải ra chứa khoảng 80% chất hữu cơ ở dạng không tan, lắng cặn hoặc keo Nếu

để lâu, do có phản ứng sinh húa nờn phần lớn chất hữu cơ không tan sẽ chuyểnthành dạng tan, do đó khoảng 50-60% chất hữu cơ ở dạng tan

Các chất hữu cơ trong nước thải có thể chia làm 3 nhúm chớnh: protein,hydrocacbon và chất béo Trong 300 mg/l chất hữu cơ thì 40-50% là protein, 40 –60% là hydrocacbon và 5- 10% là chất béo Protein là phức hợp các axit amin,nguồn dinh dưỡng chính cho vi sinh vật Hydrocacbon có thể chia làm 2 nhúmchớnh: tinh bột – đường và xenlluloza Tinh bột và đường rất dễ bi jphõn hủy bởi

vi sinh vật, còn xenlluloza bị phân hủy với tốc độ chậm hơn nhiều Chất béo ít tan

và sinh vật phân giải với tốc độ rất chậm Việc thay thế xà phòng trong chất tẩyrửa cũng làm giảm hàm lượng chất béo trong nước thải Tuy nhiên vỡ cỏc chất tẩyrửa tổng hợp cũng có cấu trúc giống xà phòng và các chất béo khỏc, nờn cũngđược coi là bộ phận của các chất béo Trong nước thải khoảng 20-40% lượng chấthữu cơ không bị phân hủy bởi vi sinh vật

1.2.1 Các hợp chất vô cơ

Trong nước thải có một lượng khá lớn các chất vô cơ Mà điển hình nhất là cáchợp chất của N và P Các hợp chất này được nghiên cứu nhiều nhất vỡ nú có thểgõy phỳ dưỡng môi trường nước.Bờn cạnh đó cũng phải xét đến các kim loạinặng, tuy không có nhiều trong nước thải sinh hoạt nhưng lại cực kì nguy hại vớicác sinh vật thủy sinh,nhất là những nguốn nước ngầm có chứa các kim loại này

1.2.1.1 Các hợp chất chứa N

Trong nước hợp chất chứa N tồn tại ở 3 dạng: hợp chất hữu cơ, ammoniac và dạngoxi hóa Các dạng này là cỏc khõu trong chuỗi phân hủy hợp chất chứa N hữu cơ

VD : protein, hợp phần của protein…

Nếu nước thải chứa hầu hết các hợp chất nitơ hữu cơ, ammoniac hoặc NH4OH thìchứng tỏ nước mới bị ô nhiễm NH3 trong nước sẽ gây độc với cá và sinh vật kháctrong nước

Nếu nước có hợp chất chủ yếu là nitơrit ( NO2-) là nước đã bị ô nhiễm một thờigian dài hơn

Nếu nước chứa chủ yếu là hợp chất nito ở dạng nitrat ( NO3-) chứng tỏ quá trìnhphân hủy đã kết thúc Tuy vậy, các nitrat chỉ bền trong điều kiện hiếu khí, khi ởđiều kiện thiếu khí hoặc kỵ khớ cỏc nitrat dễ bị khử thành N2O, NO, N2 tách khỏinước bay vào không khí Nếu nitrat ở trong nước cao có thể gây ngộ độc với conngười.

Theo quy định của WHO, nitrat có trong nước uống không quá 10mg/l ( tính theoN) hoặc 45 mg NO3-/l

Các nước EU quy định đối với nước thải sinh hoat nồng độ ortho-photphat 2,18mg/l (tương đương 5 mg/l P2O5)

1.2.1.3 Các kim loại nặng

Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao với người và động vật.Cỏc kimloại nặng bao gốm : chì (Pb), Thủy ngân (Hg), Asen (As), Crom (Cr), cadimi(Cd),…trong đú,Ở Việt Nam thường gặp hơn cả là Asen

1.2.2 Các hợp chất hữu cơ

Dựa vào đặc điểm dễ bị phân hủy do vi sinh vật có trong nước , ta có thể phânchất hữu cơ thành 2 nhóm :

1.2.2.1 Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy

Đó là các hợp chất protein, hydratcacbon, chất béo nguồn gốc động vật, thựcvật.Đõy là các chất ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt.Trong thànhphần các chất hữu cơ từ nước thải các khu dân cư có khoảng 40-60% protein, 25-50% hidratcacbon, 10 % chất bộo.Cỏc hợp chất này chủ yếu làm suy giảm oxi hòatan trong nước dẫn đễn suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượngnước cấp sinh hoạt

Các loại này chủ yếu là các chất hữu cơ vòng thơm, các chất đa vòng ngưng tụ,các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ…trong các chất này có nhiều hợp chất làcác chất hữu cơ tổng hợp.Hầu hết chúng là các chất có độc tính với con người vàsinh vật.

1.2.2.3 Một số hợp chất hữu cơ có độc tính cao trong môi trường nước :

Các hợp chất hữu cơ có độc tính cao thường khó bị phân hủy bởi VSV Trong

tự nhiên chúng khá bền vững,cú khả năng tích lũy và lưu trữ lâu dài trong môitrường , gây ô nhiễm lâu dài làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái

Các chất hữu cơ gây độc thường là : polyclorophenol ( PCP), Polyclorobiphenyl(PCB),các hidrocacbua đa vòng ngưng tụ, hợp chất dị vòng ngưng tụ, hợp chất dị vòng N và

O Điển hình nhất là xà phòng và các chất tẩy rửa

1.2.3 Các yếu tố sinh học :

Nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều loại VSV, bao gồm vi khuẩn, virut, vinấm và cả các loại trứng giun sán ký sinh Người ta xác định 1 loại vi khuẩn đặcbiệt : trực khuẩn Ecoli để đánh giá độ bẩn sinh học của nước thải

Tổng số coliform : số lượng vi khuẩn dạng coli trong 100ml nước ( tính bằngcách đếm trực tiếp số lượng coli hay bằng phương pháp MPN )

Bảng 1.4: Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá tŕnh xử lý nước thải

Chất gây ô nhiễm Nguyên nhân được xem là quan trọng

Các chất rắn lơ lửng Tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí khi nước thải chưa xử lư

được thải vào môi trường Biểu thị bằng đơn vị mg/L

Các chất hữu cơ có

thể phân hủy bằng

con đường sinh học

Bao gồm chủ yếu là carbohydrate, protein và chất béo.Thường được đo bằng chỉ tiêu BOD và COD Nếu thải thẳngvào nguồn nước, quá tŕnh phân hủy sinh học sẽ làm suy kiệtoxy ḥa tan của nguồn nước

Các mầm bệnh Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhiễm từ các vi sinh vật gây

bệnh trong nước thải Thông số quản lư là MPN (MostProbable Number)

Các dưỡng chất N và P cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật Khi được

thải vào nguồn nước nó có thể làm gia tăng sự phát triển củacác loài không mong đợi Khi thải ra với số lượng lớn trên mặtđất nó có thể gây ô nhiễm nước ngầm

Các chất ô nhiễm

nguy hại

Các hợp chất hữu cơ hay vô cơ có khả năng gây ung thư, biến

dị, thai dị dạng hoặc gây độc cấp tính

Các chất hữu cơ khó

phân hủy

Không thể xử lư được bằng các biện pháp thông thường Ví

dụ các nông dược, phenols

Kim loại nặng Có trong nước thải thương mại và công nghiệp và cần loại bỏ

tŕnh xử lư sinh họcChất vô cơ hòa tan Hạn chế việc sử dụng nước cho các mục đích nông, công

nghiệp

phát triển của thủy sinh vật

Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 2003.

1.2.4 Một số thông số đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước nói chung được chia làm 3 nhúm chớnhsau: theo các chỉ tiêu vật lý (nhiệt độ, hàm lượng cặn lơ lửng, độ màu, mùi, vị ),chỉ tiêu hóa học (pH, độ kiềm, độ cứng, độ oxi hóa, hàm lượng sắt ), chỉ tiêu sinhhọc và vi sinh (các thủy sinh vật, tổng số lượng vi khuẩn, chỉ số Coli ) Để đánhgiá chất lượng nước thải sinh hoạt ta thường dùng một số chỉ tiêu cơ bản sau: pH,hàm lượng các chất rắn, oxi hòa tan, BOD, COD, chỉ số N, chỉ số P, chỉ số vệ sinh

1.2.4.1 Độ pH

pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Các công trình

xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giớihạn từ 6,5-8,5

Thông thường nước thải sinh hoạt có pH trong khoảng trung tính, vì vậy rất phù

hợp khi xử lý sinh học

1.2.4.2 Hàm lượng các chất rắn

Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng lắng,các hạt keo và chất rắn hòa tan Và hàm lượng chất rắn lơ lửng hay được quantâm hơn cả trong nước thải sinh hoạt

Hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong nước thải sinh hoạt nằm trong khoảng200(g/người/ngày)

1.2.4.3 Oxi hòa tan :

Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều cho các quá trìnhhóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng

Nồng độ oxy hòa tan (DO) trong nước là số mg O2 hòa tan trong 1 lit nước DOthường tỷ lệ nghịch với mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải: nước thải có mức

độ ô nhiễm hữu cơ cao thì hàm lượng DO thấp và ngược lại Do oxy được sử dụngcho các quá trình sinh hóa hiếu khí các chất hữu cơ và ô xi húa cỏc chất vô cơkhác, vì vậy oxi hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng được phân tíchnhằm đánh giá sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra các biện pháp thích hợp

1.2.4.4 Chỉ số BOD :

Nhu cầu oxi sinh hóa hay là nhu cầu oxi sinh học là lượng oxi cần thiết để oxi húacỏc chất hữu cơ có trong nước bằng VSV.Đơn vị là mg O2/l.Chỉ số BOD cao thìnước bị ô nhiễm nặng

Nước sạch thì BOD < 2 mg O2/l

Nước thải sinh hoạt thường có BOD 80-240 mg O2/l

Quá trình này đòi hỏi phải thời gian dài ngày,vỡ phải phụ thuộc vào bản chất củachất hữu cơ, vào các chủng loại VSV, nhiệt độ nguồn nước,cũng như vào một sốchất có độc tính ở trong nước.Người ta thường quy ước để 5 ngày vì vậy gọi làBOD5

khó khăn vì vậy mà người ta thường chọn phân tích E.coli làm sinh vật chỉ thị chochỉ tiêu vệ sinh E.coli là trực khuẩn, khu trú trong đường ruột của động vật máunóng Trừ một số chủng E.coli sinh độc độc tố gây bệnh cho con người, còn phầnlớn chúng là vi sinh vật có ích Trong nước thải sinh hoạt bao giờ cũng chứaE.coli Sự có mặt của E.coli trong một nguồn nước bất kỳ đồng nghĩa với việcnguồn nước này bị nhiễm phân và có khả năng chứa các vi sinh vật gây bệnhkhác.

Bảng 1.5: Tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm

Nguồn: Sở KHCN & MT Cần Thơ (ĐTM Xí Nghiệp Thuộc Da MeKo,1995)

1.3 Vấn đề môi trường của nước thải sinh hoạt

1.3.1 Ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt

a) Gây độc hại đến sức khoẻ con người :

Các tác nhân ô nhiễm trong nước có thể xâm nhập trực tiếp vào cơ thể con ngườithông qua sử dụng nước cho mục đích ăn uống, tắm rửa hoặc gián tiếp quaviệc tích tụ trong thực phẩm động, thực vật Các chất hữu cơ tổng hợp khi

đưa vào cơ thể có khả năng tích tụ trong mỏu, cỏc tổ chức giàu mỡ (não,tuỷ, thận, gan,…) gây tổn thương đến hệ thần kinh, hệ bài tiết, tuần hoàn,tiờu hoỏ,…dẫn đến các chứng bệnh thần kinh, mất trí nhớ, rối loạnchức năng gan, thận, hệ thống tạo máu, viêm đường tiờu hoỏ,… Việc tiếpxúc qua da có thể dẫn đến kích thích da, dị ứng, viêm da, rối loạn thị giác, Nhìnchung các chất ô nhiễm dạng này đều gây tử vong rất nhanh khi cơ thể bị nhiễmđộc với liều lượng cao.

b) Tác hại đến môi trường

Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trongnước thải gây ra

pH: ảnh hưởng đến thủy sinh vật, gây ăn mòn đường ống, thiết bị

COD, BOD: sự khoỏng húa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn oxi vàgây thiếu hụt oxi của nguồn tiếp nhận làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trườngnước Nếu ô nhiễm quá mức điều kiện yếm khí có thể hình thành Trong quá trìnhphân hủy yếm khí có thể tạo ra các sản phẩm : H2S, NH3, CH4, làm cho nước cómùi khó chịu và giảm pH của môi trường

SS : lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí

Nhiệt độ : nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không gây ảnh hưởng tới hệthủy sinh vật nước

Vi sinh vật gây bệnh: trong nước thải có chứa nhiều loại vi sinh vật gây bệnh, nó gây racác bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,

N, P : có nhiều trong các chất tẩy rửa, phân và nước tiểu của người và động vật.Đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếu nồng độ trong nước quá cao sẽdẫn đến phú dưỡng hóa (sự phát triển bựng phỏt của các loại tảo, làm cho nồng độoxi rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó nồng

độ oxi vào ban ngày lại khá cao do tảo hô hấp thải ra)

Màu : Gây mất mỹ quan

Dầu mỡ : gõy mựi, ngăn cản khuếch tán oxi trên bề mặt

1.3.2 Thực trạng xử lý nước thải sinh hoạt ở Việt Nam

1.3.2.1 Hiện trạng hệ thống thoát nước :

Hiện nay, hệ thống thoát nước phổ biến nhất ở các đô thị của Việt Nam là hệthống thoát nước chung Phần lớn những hệ thống này được xây dựng cách đâykhoảng 100 năm, chủ yếu để thoát nước mưa, ít khi được sửa chữa, duy tu, bảodưỡng nờn đó xuống cấp nhiều, việc xây dựng bổ sung được thực hiện một cáchchắp vá, không theo quy hoạch lâu dài, không đáp ứng được yêu cầu phát triển đôthị Các dự án thoát nước đô thị sử dụng vốn ODA (cho khoảng 10 đô thị) đã vàđang được triển khai thực hiện thường áp dụng kiểu hệ thống chung trên cơ sở cảitạo nâng cấp hệ thống hiện có Tuy nhiên, cá biệt như thành phố Huế áp dụng hệthống thoát nước riêng hoàn toàn.

Để đánh giá khả năng thoát nước, người ta thường lấy tiêu chuẩn chiều dài bìnhquân cống trên đầu người Các đô thị trên thế giới tỷ lệ trung bình là 2m/người, ởnước ta tỷ lệ này tại Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng là 0,2 đến0,25m/người, còn lại chỉ đạt từ 0,05 đến 0,08m/người Mặt khác trong từng đô thị,mật độ cống thoát nước khác nhau, khu trung tâm đặc biệt là các khu phố cũ, mật

độ cống thoát nước thường cao hơn các khu vực mới xây dựng Ngoài ra, nhiều đôthị gần như chưa có hệ thống thoát nước, nhất là các thị xã, tỉnh lỵ vừa được táchtỉnh Theo thống kế sơ bộ của các công ty tư vấn và từ những báo cáo của các sởxây dựng, một số đô thị có hệ thống thoát nước hết sức yếu kém như: Tuy Hoà(Phỳ Yờn) Hệ thống thoát nước mới phục vụ cho khoảng 5% diện tích đô thị, cácthành phố Quy Nhơn (Bình Định) 10%, Ban Mê Thuột (Đắc Lắc) 15%, Cao Bằng20% Các đô thị có hệ thống thoát nước tốt nhất như Hà Nội, Hải Phòng, thànhphố Hồ Chí Minh và một số đô thị nhỏ như Lào Cai, Thái Bình cũng chỉ phục vụkhoảng 60%

Theo đánh giá của các công ty thoát nước, công ty môi trường đô thị tại các địaphương và các công ty tư vấn, thỡ cú trờn 50% các tuyến cống đã bị hư hỏngnghiêm trọng cần phải sửa chữa, 30% các tuyến cống đã xuống cấp, chỉ khoảng20% vừa được xây dựng là còn tốt

Cỏc kênh rạch thoát nước chủ yếu là sử dụng kênh rạch tự nhiên, nền và thànhbằng đất do vậy thường không ổn định Các cống, ống thoát nước được xây dựngbằng bê tông hoặc xây gạch, tiết diện cống thường có hình tròn, hình chữ nhật, cómột số tuyến cống hình trứng Ngoài ra tại các đô thị tồn tại nhiều mương đậy nắp

đan hoặc mương hở, các mương này thường có kích thước nhỏ, có nhiệm vụ thunước mưa và nước bẩn ở các cụm dân cư Các hố ga thu nước mưa và các giếngthăm trên mạng lưới bị hư hỏng nhiều ít được quan tâm sửa chữa gây khó khăncho công tác quản lý Theo báo cáo của các công ty thoát nước và công ty môitrường đô thị, tất cả các thành phố, thị xã của cả nước đều bị ngập úng cục bộtrong mùa mưa Có đô thị 60% đường phố bị ngập úng như Buụn Mê Thuột củaĐắc Lắc, TP Hồ Chí Minh (trên 100 điểm ngập), Hà Nội (trên 30 điểm), Đà Nẵng,Hải Phòng cũng có rất nhiều điểm bị ngập úng Thời gian ngập kéo dài từ 2 giờđến 2 ngày, độ ngập sâu lớn nhất là 1m Ngoài các điểm ngập do mưa, tại một số

đô thị còn có tình trạng ngập cục bộ do nước thải sinh hoạt và công nghiệp (Buụn

Mê Thuột, Cà Mau) Ngập úng gây ra tình trạng ách tắc giao thông, nhiều cơ sởsản xuất dịch vụ ngừng hoạt động, du lịch bị ngừng trệ, hàng hoá không thể lưu thông.Hàng năm thiệt hại do ngập úng theo tính toán sơ bộ lên tới hàng nghìn tỷ đồng

1.3.2.1 Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải :

a) Đối với đô thị

Đối với nước thải đô thị, khu dân cư, hầu hết sử dụng bể tự hoại xử lý tại chỗthuộc các hộ gia đình Các bể tự hoại được xây dựng thời Pháp thuộc đều có ngănlọc hiếu khí, sau ngày miền Bắc hoàn toàn giải phóng, người ta chỉ dùng bể tựhoại không có ngăn lọc và được gọi là bể bán tự hoại

Trong khu vực đô thị và khu công nghiệp tính đến đầu năm 2005, mỗi ngày cókhoảng 3.110.000 m3 nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất từ các khu côngnghiệp xả trực tiếp vào nguồn tiếp nhận

Đa số các đô thị Việt Namchưa có nhà mỏy/trạm xử lý nước thải tập trung

Hiện nay đó cú một số thành phố khác đang thực hiện dự án thoát nước và vệ sinhmôi trường như TP Huế, Hạ Long, Việt trì, Thanh Hoá, Đồng Hới, Nha Trang,Quy Nhơn Công nghệ xử lý nước thải là công nghệ sinh học hiếu khí bằng bùnhoạt tính hoặc áp dụng công nghệ xử lý đơn giản là hồ sinh học Các đô thị nhỏhầu như chưa có dự án thoát nước và xử lý nước thải…

Cả nước hiện có 12 thành phố: Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hạ Long, Huế,Buụn Mờ Thuột, Đà Lạt, Thỏi Nguyờn, Vũng Tàu, Cần Thơ, Bắc Ninh, Hải

Dương và Vinh cú cỏc dự án có trạm xử lý nước thải đô thị công suất trên 5000

m3/ngày đêm đang trong giai đoạn qui hoạch và xây dựng

Ở Hà Nội, tổng lượng nước thải của khu vực nội thành Hà Nội vào khoảngtrên 500.000 m3/ngày đêm, trong đó có khoảng 100.000 m3 là nước thải của các cơ

sở công nghiệp, dịch vụ, bệnh viện Hầu hết lượng nước thải này được thải trựctiếp vào hệ thống cống và đổ xuống 4 con sống chính là Tô Lịch, Lừ, Sét và KimNgưu Con số 5-7% lượng nước thải qua xử lý mà Phòng quản lý môi trường - SởTài nguyên và Môi trường Hà Nội công bố khiến người ta rựng mỡnh(2009) Toànthành phố hiện mới có 4 trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung, với công suất xử

lý 48.000 m3/ngày đêm Như vậy vẫn còn khoảng 400.000 m3 chưa được xử lý,hàng ngày đổ trực tiếp vào các dòng sông

b) Đối với vùng nông thôn

Nước thải sinh hoạt cùng với nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm chưa qua xử lýđược xả ra mương dẫn nước thải chung của xóm (làng) và chảy xuyên suốt trongxóm (làng) trước khi chảy xuống ao, hồ Tuy nhiên hiện nay đã được khắc phục ítnhiều nhờ khoa học kỹ thuật với hệ thống biogas Nước thải, chất thải rắn đượctập trung vào bể biogas để tạo ra khí đốt phục vụ đun nấu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1 Các bước cơ bản trong xử lý NTSH

2.1.1 Xử lý bậc một

Nguyên tắc

Trong phương pháp này, các lực vật lý như trọng trường, ly tâm, được áp dụng

để tỏch cỏc chất không hòa tan ra khỏi nước thải

Mục đích

Xử lý sơ bộ để tỏch cỏc chất rắn có kích thước lớn như rác, lá cây, xỉ, cát, cóthể ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý tiếp theo và làm trong nướcthải đến mức độ yêu cầu Phương pháp xử lý sơ bộ thường đơn giản, rẻ tiền, cóhiệu quả xử lý chất lơ lửng cao

Bể lắng cát : Nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ, chủ yếu là cỏt cú trong nước thải

Bể lắng : Giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi có trong nước thải Khi cần

xử lý ở mức độ cao có thể sử dụng các bể lọc

Việc ứng dụng các công trình xử lý cơ học được tóm tắt trong bảng sau :

Bảng 2.1: Các công trình xử lý sơ bộ trong xử lý nước thải và ứng dụng của mỗi

hạng mục

Song chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng

Máy nghiền rác Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn đồng nhất

Bể lắng cát Lắng các hạt cặn vô cơ (chủ yếu là cát)

Tuyển nổi Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ trọng xấp xỉ

tỷ trọng của nước, hoặc sử dụng để nén bùn

(Nguồn : Metcalf & Eddy, 2003)

2.1.2 Xử lý bậc hai (xử lý sinh học)

Nguyên tắc: Sử dụng các vi sinh vật để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ

có thể chuyển hóa sinh học được

Mục đích : Làm giảm BOD (COD) của nước thải để khi xả ra nguồn nước thải

khụng gõy thiếu hụt oxi và mùi khó chịu

Mục đích: Loại bỏ các hợp chất có chứa nito và phốtpho ra khỏi nước thải.

2.2 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải :

Dây chuyền công nghệ của một trạm xử lý hoàn chỉnh có thể chia làm 4 khối :Khối xử lý cơ học : Nước thải theo thứ tự qua song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng đợt 1.Khối xử lý sinh học : Nước thải theo thứ tự qua : khối xử lý cơ học, công trình xử

lý sinh học, bể lắng đợt 2

Khối khử trùng : Nước thải sau khi qua khối xử lý cơ học hoặc khối xử lý sinh họcthì được hòa trộn cùng chất khử trùng và chuyển tới bể trộn, bể tiếp xúc

Khối xử lý cặn : Bể lắng và các công trình làm khô bùn cặn

Sơ đồ tổng quát của một trạm xử lý nước thải dược trình bày như hình 2.1

2.3 Xử lý nước thải sinh hoạt bằng lọc sinh học

2.3.1 Cấu tạo màng vi sinh vật

Màng vi sinh vật có cấu trúc rất phức tạp, cả về cấu trúc vật lý và vi sinh Cấu trúc

cơ bản của một hệ thống màng vi sinh vật bao gồm :

Vật liệu đệm (đá, sỏi, chất dẻo, than với nhiều loại có kích thước và hình dạngkhác nhau) có bề mặt rắn làm môi trường dớnh bỏm cho vi sinh vật

Lớp màng vi sinh vật phát triển dớnh bỏm trờn bề mặt vật liệu đệm Lớp màng visinh được chia thành hai lớp: lớp màng nền (base film) và lớp màng bề mặt(surface film)

Cấu tạo của lớp màng vi sinh vật bao gồm những đám vi sinh vật và một số vậtchất khác liên kết trong ma trận cấu tạo bởi các polimer ngoại bào (gelatin) do visinh vật (cả protoza và vi khuẩn) sản sinh trong quá trình trao đổi chất, quá trìnhtiêu hủy tế bào và do có sẵn trong nước thải Thành phần chủ yếu của các polimerngoại tế bào này là polisaccharides, proteins

Phân tích theo chủng loại vi sinh vật, lớp màng vi sinh vật còn có thể chia thành 2lớp (đúng trong trường hợp màng vi sinh hiếu khí): Lớp màng kị khí ở bên trong

và lớp màng hiếu khí ở bên ngoài Trong màng vi sinh vật luôn tồn tại đồng thời

vi sinh vật kị khí và vi sinh vật hiếu khí, do chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều

so với đường kính của khối vi sinh vật, oxy hòa tan trong nước chỉ khuếch tán vàogần bề mặt màng và làm cho lớp màng phía ngoài trở thành hiếu khí, còn lớpmàng bên trong không tiếp xúc được với oxy trở thành lớp màng kị khí

2.3.2 Nguyên tắc phương pháp

Phần lớn vi khuẩn có khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt vật rắn, khi có

đủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hữu cơ, muối khoáng và oxi Chỳng dính bámvào bề mặt vật rắn bằng chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễdàng di chuyển trong lớp gelatin dớnh bỏm này Đầu tiên, vi khuẩn cư trú hìnhthành tập trung trên một khu vực, sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển,phủ kín toàn bộ bề mặt vật rắn

Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bởi quần thể vi sinh vật ở màngsinh học Màng này thường dày khoảng từ 0,1-0,4 mm Các chất hữu cơ trước hết

bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa

tan và sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kỵ khí Khi các chất hữu cơ cótrong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nộibào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc Hiệntượng này gọi là tróc màng Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện.

Những màng vi sinh vật đã chết sẽ cùng với nước thải ra khỏi bể và được giữ lại ở

bể lắng đợt 2 ( hình 2.2 cơ chế hoạt động của màng vi sinh vật)

Hình 2.2 : Cơ chế hoạt động của màng vi sinh vật

2.3.3 Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo bể lọc sinh học

2.3.3.1 Nguyên tắc hoạt động

Nước thải được dẫn vào bể lọc qua thiết bị phân phối nước để tưới đều trêntoàn bộ bề mặt lớp vật liệu lọc Tùy thuộc kích thước vật liệu lọc mà người ta thayđổi và chọn tốc độ nước chảy qua bể Nước từ trên mặt, nhờ trọng lực chảy xuốngqua lớp vật liệu, tập trung vào hệ thống thu nước, rồi ra công trình tiếp theo là bểlắng đợt 2

Chiều cao lớp vật liệu lọc từ 1-4 m, có khi tới 16m và được gọi là tháp lọc sinhhọc Kích thước hạt và chiều cao lớp vật liệu lọc được chọ tùy thuộc khối lượng,thành phần và tính chất nước thải.

Hệ thống thu nước sau lọc có thể là một hệ thống ống xương cá hoặc nền dốc Nóvừa để thu nước một cách nhanh chóng vừa để thông khí cho bể lọc Ngoài rangười ta còn làm thoáng nhân tạo bằng quạt gió cưỡng bức cho bể lọc

2.3.3.2 Cấu tạo bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học có chứa vật liệu lọc bằng đá dăm, gạch vỡ, chất dẻo Kích thướccác hạt vật liệu tăng dần từ trên xuống dưới Lớp trên cùng gồm các hạt có kíchthước 10-20mm, lớp giữa 20-40mm, lớp dưới 50-70mm Nếu là chất dẻo thì cóthể là dạng tấm hoặc khối xốp tổ ong

1 Thành bể

Có thể làm bằng gạch, đá, bê tông cốt thép Gạch đá chỉ áp dụng cho những bểnhỏ Khi làm thoáng tự nhiên thì thành bể có thể chừa các lỗ để không khớ lựavào Khi thoáng khí nhân tạo thì thành bể xây đặc Chiều cao của thành bể gồm 3phần : chiều cao lớp vật liệu lọc( xác định theo tính toán), chiều cao phần trên lớpvật liệu lọc( thường lấy bằng 0,5m để nước không bị tung tóe ra ngoài), chiều caokhoảng trống giữa đáy bể không thấm nước và sàn đỡ vật liệu lọc( thường lấy 0,5-1m) phụ thuộc cấu trúc tấm đan và kích thước bể

2 Tấm đan đỡ vật liệu lọc

Tấm đan đỡ vật liệu lọc phải có lỗ để nước và không khí đi qua, thường làm bằngnhững tấm đan bê tông cốt thép có đục lỗ

3 Đáy bể và hệ thống thu nước

Đáy bể cấu tạo không thấm nước, có độ dốc 0,02 nghiêng về máng thu nước.Mỏgn thu đặt cái nọ cách cái kia 2,5-4m Độ dốc máng thu lấy bằng 0,005-0,02.Nước từ máng thu đổ về máng dẫn, độ dốc máng dẫn 0.003-0,005

4 Vật liệu lọc

Vật liệu lọc có thể là than cốc, đá dăm, đá cuội, Trong những năm gần đây người

ta dùng phổ biến vật liệu lọc chất dẻo và nhiều loại vật liệu xốp khác Tất cả vậtliệu lọc phải được xác định theo cấp phối, lớp dưới cùng ở đáy dày khoảng 0,2mdùng vật liệu kích thước 60-100 mm- gọi là lớp đỡ Phần còn lại xác định theobảng 2.2

Bảng 2.2: Cấp phối vật liệu lọc

Loại bể biofilm Đường kính tương

đương của cấp phối

% trọng lượng vật liệu lọc qua sàng theo kích

Những quần thể sinh vật, vi sinh vật của màng này sẽ hấp thụ từ nước những chấtdinh dưỡng cần thiết và sử dụng những chất đó trong quá trình trao đổi và xâydựng năng lượng Ở phần trên của lớp vật liệu, nồng độ các chất dinh dưỡng caohơn hàng chục lần so với nồng độ của nước thải qua lớp vật liệu dưới Kết quả là,

ở lớp vật liệu phía trên, màng sinh học phát triển mạnh hơn và các chất hữu cơcũng bị oxy hóa mạnh hơn, do đó tiêu thụ cũng mạnh hơn Vai trò chủ đạo trongquần thể sinh vật ở lớp vật liệu phía trên là những vi sinh vật dinh dưỡng : Vikhuẩn, nấm, một số xạ khuẩn không màu

Trong bể lọc vai trò chính là những vi khuẩn hiếu khí, tùy tiện và yếm khí Ở mặtngoài của màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy loại trực khuẩn tạo nha bào Bacillus Ởlớp yếm khí trung gian của màng ( tức là lớp giữa hạt vật liệu và lớp hiếu khí mặtngoài) gồm chủ yếu vi khuẩn yếm khí Desulfovibrio Ở đó hoàn toàn không có

hòa tan và thiếu oxy cũng được Những vi khuẩn tùy tiện gồm : Pseudomonas,Alcaligenes, Micrococcus- là những giống thuộc họ Enterobacteriaceae.

Nấm : Cũng có trong bể lọc Chúng là loại hiếu khí nên chỉ sống ở vựng cú oxyhòa tan Nấm phải cạnh tranh với vi khuẩn để lấy thức ăn, nhưng không cạnhtranh nổi so với vi khuẩn Do đó ở điều kiện môi trường bình thường thì sự pháttriển của nấm cũng bị hạn chế

Tảo : Trên bề mặt bể lọc thường phát triển tảo Tảo không đóng góp nhiều cho quátrình phân hủy các chất hữu cơ vỡ chỳng sống chủ yếu nhờ vào các ion vô cơtrong nước thải Ánh sáng mặt trời cũng cần cho quá trình quang hợp của tảo đểtạo năng lượng, nhưng ánh sáng mặt trời chỉ có thể xâm nhập ở trên bề mặt của bểlọc nên tảo chỉ tồn tại ở lớp bề mặt của bể mà thôi

Động vật nguyên sinh và động vật không xương : Cũng có trong bể lọc Ở các lớpvật liệu phía trên cú cỏc loại bền vững chịu được với trạng thái oxy Đó là các loàipẩmecium, Putrium, P.Caudatum Nói chung protozoa có đủ loài từPhytomastigophora đến Suctoira Phytomastigophora tồn tại ở các lớp phía trênkhi các chất dinh dưỡng đủ cao và cho phép chũng cạnh tranh được với vi khuẩn.Nhìn chung ở vùng trên cùng của bể lọc, sinh khối nhiều nhất; ở vùng giữa ít hơn;

ở vùng dưới cùng ít nhất Nhưng ngược lại số chủng loại thì càng xuống dưới càngnhiều và đa dạng hơn Chiều cao của mỗi vùng tùy thuộc vào chế độ công nghệcủa bể Khi bể làm việc với chế độ xử lý không hoàn toàn thì không có vùng thứ

3 Khi tưới với lưu lượng nhỏ thỡ vựng này lại chiếm tới một nửa chiều cao của

bể Số lượng vi khuẩn có thể thay đổi tùy thuộc lượng chất bẩn dẫn vào (bảng2.3)

Bảng 2.3: S l ố lượng vi khuẩn hoại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ượng vi khuẩn hoại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ng vi khu n ho i sinh trong b l c sinh v t khi x lý ẩn hoại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ể lọc sinh vật khi xử lý ọc sinh vật khi xử lý ật khi xử lý ử lý

n ước thải nhà máy sữa c th i nh máy s a ải nhà máy sữa à máy sữa ữa

vi khuẩn phân hủy amon và phân hủy mỡ ở vùng dưới cùng (bảng 2.4)

Bảng 2.4: L ượng vi khuẩn hoại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ng m ng sinh v t v s vi khu n ho i sinh các chi u cao à máy sữa ật khi xử lý à máy sữa ố lượng vi khuẩn hoại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ẩn hoại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ại sinh trong bể lọc sinh vật khi xử lý ở các chiều cao ều cao

khác nhau trong b l c khi x lý n ể lọc sinh vật khi xử lý ọc sinh vật khi xử lý ử lý ước thải nhà máy sữa c th i nh máy s a ải nhà máy sữa à máy sữa ữa

màng visinh vật,kg/ m3vật liệulọc

Số vi khuẩnTrọng

lượngsinh khốimàng visinh vậtkhô

Trong1m3 vậtliệu lọc

Trọnglượngsinh khốimàng visinh vậtkhô

Trong1m3 vậtliệu lọc

2.3.5.1 Phân loại các loại bể lọc sinh học

Người ta phân biệt các loại bể lọc sinh học theo những cách sau :

Theo mức độ xử lý: Biofilm xử lý hoàn toàn và biofilm xử lý không hoàn toàn.Biofilm cao tải có thể xử lý hoàn toàn hoặc khụng, cũn biofilm nhỏ giọt dùng để

xử lý sinh học hoàn toàn

 Theo biện pháp làm thoáng : Biofilm làm thoáng tự nhiên hoặc biofilm làmthoáng nhân tạo Trong trường hợp biofilm làm thoáng nhân tạo thì bểbiofilm thường được gọi là aerofilm

 Theo chế độ làm việc : Biofilm làm việc liên tục và biofilm làm việc giánđoạn có tuần hoàn hay không tuần hoàn Nếu hàm lượng chất ô nhiễmkhông cao lắm và với khối lượng đủ để có thể tự làm sạch thì việc tuầnhoàn là không cần thiết Trong trường hợp còn lại thì tùy theo nồng độ củanước thải mà nên hay bắt buộc phải tuần hoàn

 Theo sơ đồ công nghệ : Bể biofilm một bậc hay hai bậc.Bể biofilm hai bậcthường được áp dụng khi điều kiện khí hậu không thuận lợi, khi không cóđiều kiện tăng chiều cao công tác của bể và khi cần nâng cao hiệu suất xửlý

 Theo khả năng chuyền tải : Biofilm cao tải và biofilm nhỏ giọt

 Theo đặc điểm cấu tạo của vật liệu lọc : Biofilm chất liệu khối và biofilm chấtliệu bản

2.3.5.2 Một vài loại biofilm thường được sử dụng trong thực tế

Đặc điểm riêng của bể biofilm nhỏ giọt là kích thước của hạt vật liệu lọc khônglớn hơn 25-30 mm và tải trọng tưới nước nhỏ hơn 0,5-1 m3/(m3.VLL)

Bể Biofilm mhỏ giọt thường được sử dụng trong trường hợp lưu lượng nhỏ từ

20-1000 m3/ngđ Hiệu suất xử lý cao, có thể đạt tới 90 % ( theo BOD) hay cao hơn nữa

Hình 2.3: Cấu tạo bể biofilm nhỏ giọt

Biofilm cao tải

Bể Biofilm cao tải khác với bể biofilm nhỏ giọt ở chỗ bể biofilm cao tải có chiềucao công tác và tải trọng tưới nước cao hơn.VD : Nếu tải trọng lên bể Biofilm nhỏgiọt là 0,5-1,0 m3/(m3.VLL) thì tải trọng thủy lực lên bể biofilm cao tải là 10-30

m3/(m3.VLL)

Vật liệu lọc có kích thước 40-60 cm, vì vậy giữa các hạt có khe hở lớn Nếu ởBiofilm nhỏ giọt thoáng gió là bằng tự nhiên thì bể Biofilm cao tải lại là nhân tạo.Như vậy việc trao đổi không khí xảy ra ở trong thân bể cũng với cường độ caohơn

Để các màng sinh học không làm tắc bể thì cần phải thường xuyên lau rửa bể Bểbiofilm cao tải làm việc bình thường nếu tạo được những điều kiện sau đây :

 Nước thải phải được xử lý sơ bộ trước khi đưa lên bể biofilm

 Nồng độ nhiễm bẩn của nước thải không vượt quá 150-200 mg/l tính theoBOD.Nếu hàm lượng BOD cao hơn mức quy định thì cần phải pha loóng

Tùy theo mức độ yêu cầu phải xử lý mà bể biofilm cao tải có thể thiết kế với sơ đồ

1 bậc hoặc 2 bậc.Bể biofilm 1 bậc thường dùng để xử lý sinh học không hoàn toànnước thải

Bể biofilm 2 bậc áp dụng trong trường hợp khi mức độ yêu cầu xử lý đòi hỏi cao

mà sơ đồ 1 bậc không thực hiện được.Trong đó bậc 1 sẽ giữ lại và oxi hóa nhữngchất hữu cơ dễ oxi húa, cũn bậc 2 oxi hóa nốt những chất bẩn còn lại để đạt hiệuquả như yêu cầu

Chiều cao cấp phối vật liệu hạt ở trong bể biofilm cao tải thường lấy bằng 4m.Bể biofilm cao tải có thể áp dụng để xử lý sinh học nước thải với công suất q ≤

2-50000 m3/ngđ

Đĩa lọc sinh học

Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theonguyên lý dớnh bỏm Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ, hình tròn đường kính 2-4mdày dưới 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30-40 mm và các khối nàyđược bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể chứa nước thải

Tốc độ quay của đĩa từ 1-2 vũng/phỳt và đảm bảo dòng chảy rối, không cho bùncặn lắng lại trong bể nước thải Trong quá trình quay, phần dưới của đĩa ngậptrong nước thải Quá trình hấp thụ và dớnh bỏm cỏc chất hữu cơ dạng hòa tan, keo

và vẩy bựn lờn màng sinh học hình thành trước đó, được diễn ra Khi quay lênphía trên, vi khuẩn sẽ lấy oxi để oxi hóa và giải phóng CO2 Màng sinh vật dày 2-4mm, phụ thuộc vận tốc quay của đĩa Do sinh khối tăng, màng sinh học bám lênmặt đĩa dày lên và sau đó tự tách ra khỏi mặt đĩa Bùn cặn màng sinh học đượclắng trong bể lắng đợt 2

Đĩa lọc sinh học được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt với công suấtkhông hạn chế Tuy nhiên người ta thường sử dụng cho các trạm XLNT công suấtdưới 5000m3/ngđ Đặc tính đĩa lọc sinh học được nêu trong bảng sau :

Bảng 2.5: Đặc tính đĩa lọc sinh học

Vận tốc quay của đĩa, m/s 0.3

Hình 2.4: Đĩa lọc sinh học Bảng 2.6: Các thông số với mỗi loại bể lọc sinh học

Tải trọng thủy lực ( m 3 / m 3 VLL.ngày) BOD (mg/l) Cấp khí

nhiên

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả lọcvà ưu, nhược điểm

2.3.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả lọc

1 BOD của nước thải đầu vào

Đây là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật, chúng phân giải để khai thác năng lượngphục vụ quá trình sống, đồng thời, một phần các nguyên liệu này dùng trong quátrình tổng hợp sinh khối mới Hai quá trình này xảy ra đồng thời, có liên quangiữa tốc độ sử dụng cơ chất và tốc độ tạo sinh khối mới để đảm bảo hoạt lực củamàng sinh học

Thông thường bể làm việc hiệu quả khi BOD dòng vào dưới 220 mg/l

2 Thành phần nước thải dòng vào

Nước thải đô thị cú khỏc nhiều về các thành phần dễ phân hủy sinh học và lượngcủa từng thành phần.Đặc điểm nước thải và các tác động dựa trên khả năng dễ bịphân hủy sinh học là những điều quan trọng cần nhắc đến trong khi thiết kế hệthống lọc sinh học.Thành phần của nước thải đầu vào không được cú cỏc chất làm

ức chế hoạt động của VSV như là: các chất hoạt động bề mặt, các kim loại nặng

và các chất độ hại khác Ngoài ra nồng độ SS cũng phải trong tiêu chuẩn cho phépnhằm tránh làm tắc hệ thống khi vận hành

3 Tải trọng thủy lực và hữu cơ

Tải trọng hữu cơ ảnh hưởng tới khả năng khuếch tán oxi của hệ thống Với tảitrọng hữu cơ quá mức, độ dày của màng sinh học tăng lên làm hệ thống nhanh bịtắc và gây mùi khó chịu Đồng thời cũng tạo điều kiện cho những vi sinh gây hạiphát triển, sự tiêu tan oxi hòa tan

Tải trọng thủy lực là một yếu tố quan trọng, một phần dòng ra sau lọc cần đượctuần hoàn trở lại để tăng hiệu quả xử lý BOD và giữ cho lớp vật liệu lọc không bịkhô Việc tuần hoàn nước cũn giỳp tăng tải trọng thủy lực làm các màng sinh vật

dễ tróc ra hơn để hình thành lớp màng sinh học mới Tuy nhiên, nếu tải trọng thủylực vượt quá tiêu chuẩn quy định thì cần phải tính toán lưu lượng để tránh làmgiảm hiệu quả lọc

4 Xử lý ban đầu và xử lý sơ cấp

Mức độ xử lý ban đầu ảnh hưởng đến quá trình hoạt động và thiết kế của bể lọcsinh học VD: Nếu nước thải đầu vào có SS cao mà không được qua các bước xử

lý sơ bộ hay xử lý bậc một thì sẽ làm hệ thống nhanh bị tắc, hiệu quả lọc sẽ giảm

đi rất nhiều; hoặc nước thải mà có nhiều chất hoạt động bề mặt thì sẽ hạn chế khảnăng khuếch tán oxi từ không khí vào bể và làm hạn chế khả năng hoạt động củasinh vật từ đó sẽ làm giảm hiệu quả lọc và phát sinh mùi

5 Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến việc thông gió trong bể lọc và cũng ảnh hưởng trực tiếpđến sự phát triển của vi sinh vật Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng hiệu quảkhử BOD sẽ giảm tính hiệu quả khi nhiệt độ dưới 130C Nhiệt độ trong tháp nhỏhơn 60C sẽ ức chế các vi sinh vật hiếu khí hoạt động Nhiệt độ thích hợp nhất là từ25-300C, khi đú cỏc vi sinh vật hoạt động mạnh nhất, lượng năng lượng lớn trongkhối đệm được tạo thành, tạo ra độ chênh lệch nhiệt độ giữa tháp với bên ngoàigiúp cho thiết bị thông khí tốt hơn

6 Kiểm soát màng sinh học

Độ dày của màng sinh học là rất quan trọng.Theo Rittman, màng sinh học hiếu khí

có khối lượng sinh khối từ 5-200 mg sinh khối/cm3, thông thường vào khoảng 40

mg sinh khối/cm3 Mật độ màng sinh khối có thể biến động lớn theo chế độ thủyđộng lực học và đặc trưng của các vi sinh vật

7 Vật liệu đệm

Ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dớnh bỏm của vi sinh vật Vật liệu đệm cần cómột số đặc tính cơ bản như : diện tích bề mặt lớn, độ rỗng lớn, bền, nhẹ…Hiệnnay trên thị trường có rất nhiều loại vật liệu đệm để thay thế cho những vật liệulọc cổ điển: nhựa,RA,RO….Cỏc loại vật liệu lọc này bền hơn, nhẹ hơn, giảm hiệntượng tắc bể lọc

- Áp suất làm việc: 1 bar.

- Vật liệu chế tạo: Nhựa PVC

- Xuất xứ: Việt Nam

8 Thông gió và phân phối nước

Thông gió: giúp duy trì các điều kiện hiếu khí cần thiết cho hoạt động của bể lọc.Vật liệu đệm có độ rỗng lớn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khuếch tánoxi từ không khí vào bề mặt màng sinh học Nếu oxi không được cấp đủ hoặckhông khuếch tán tốt vào màng sinh học sẽ tạo vùng yếm khí rộng ảnh hưởng đếnhiệu quả xử lý Mặt khác còn tạo ra cỏc khớ như NH3, H2S độc cho vi sinh vậttrong màng làm cho màng vi sinh vật dễ bị bong ra khỏi bề mặt đệm.Thông khígiúp giảm thiểu mùi, tăng hiệu quả xử lý BOD

Đối với bể lọc sinh học nhỏ giọt thường thông khí tự nhiên dựa vào sự chênh lệchnhiệt độ của nước thải với nhiệt độ môi trường, còn bể lọc sinh học cao tải khôngkhí được cấp bằng quạt gió với lưu lượng 8-12 m3 khớ/m3 nước

Phân phối nước: có thể là dạng phân phối cố định hay di động Dạng cố định làcỏc mỏng có răng cưa Khoảng cách giữa các lỗ phân phối là 0.2m Loại nàykhông đảm bảo phân phối đều lượng nước có trong bể Dạng phân phối nước diđộng thường thiết kế theo dạng có bánh xe, dàn quay thủy lực, dàn quay phản lực.Thường dùng loại dàn quay thủy lực cho các bể hình tròn, gồm 2-4 ống có đục lỗ

về một phía Các ống gắn với trục trung tâm, nước được phân phối về dưới ống