thiết kế bể xử lý hiếu khí nước thải sinh hoạt, đô thị

trình bày về thiết kế bể xử lý hiếu khí nước thải sinh hoạt, đô thị

Phần I.

Mở Đầu.

Nớc là tài sản chung của nhân loại, là một trong bốn nhân tố tạo nên môi trờng,

có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự sống của con ngời và sinh vật Không có

n-ớc thì sự sống của muôn loại trên hình tinh không thể tồn tại đợc

Con ngời khai thác nớc từ các nguồn tự nhiên và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nh phục vụ ăn uống, sinh hoạt của chính con ngời, nớc dùng cho các mục

đích hoạt động nông nghiệp, cho sản xuất công nghiệp, cho các hoạt động giao thông, cho rất nhiều hình thức dịch vụ… N ớc sau khi đợc sử dụng cho những mục đích trên N lại đợc thải lại vào chính nguồn nớc nơi mà con ngời đã khai thác cho mục đích sử dụng của mình Tất cả những hoạt động đó do thiếu quản lý hay hiểu biết đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nớc và ở nhiều lúc nhiều nơi sự ô nhiếm đã trở nên trầm trọng

Nớc có vai trò quan trọng đối với sự sống nhng nớc không phải là vô tận Khoảng 97% khối lợng nớc trên bề mặt trái đất là nớc mặn, chỉ có một phần nhỏ là nguồn nớc ngọt, con ngời có thể khai thác một phần nhỏ lợng nứoc ngọt phục vụ cho nhu cầu của mình

Nguồn nớc ngọt vốn đã rất hạn chế lại càng trở nên hạn chế đối với nhu cầu ngày càng tăng của con ngời Vởy mà tại nhiều khu vực kể cả nớc mặt lẫn nớc ngầm

đang bị ô nhiễm nghiêm trọng do nớc thải không đợc xử lý từ các nhà máy, xí nghiệp,

từ các loại dịch vụ và từ các khu vực đô thị đã đợc thải vào các nguồn nớc nhận Đã có rất nhiều báo cáo về sự ô nhiẽm nớc tại một số khu vực trên thế giới, đặc biệt là tại các

đô thị và khu công nghiệp lớn

ở Việt Nam, bảo vệ tài nguyên nớc khỏi bị cạn kiệt và tránh sự ô nhiễm nguồn nớc gây ảnh hởng đến sức khoẻ cộng đồng là vấn đề đợc xã hội quan tâm rất nhiều Nhiều chính sách đã đợc áp dụng nhằm bảo vệ nguồn nớc, ngăn chặn các hành vi gây ô nhiễm nguồn nớc Đặc trng của nớc thải sinh hoạt là chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó có khoảng 52% hợp chất hữu cơ, 48% chất vô cơ nh: các chất tẩy rửa, cac chất lắng đợc cũng nh không lắng đợc, các in amôn, ion photphat và một số lớn vi sinh vật Phần lớn các vi sinh vật này ở dạng vi khuẩn gây bệnh: tả, lỵ, thơng hàn… N Nh vậy nếu thải trực tiếp nớc thải sinh hoạt ra các nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận Do vậy, nớc thải sinh hoạt buộc phải đợc xử lý trớc khi thải ra môi trờng

Để góp phần vào việc xử lý môi trờng nói chung và làm sạch nớc ô nhiễm nói riêng, trên cơ sở đó có thể tái sử dụng nớc, bảo vệ nguồn nớc tiếp nhận nhất là bảo vệ

chất lợng các thuỷ vực gần khu dân c, tôi lựa chọn đề tài thiết kế có tên là: “ Thiết kế

bể xử lý hiếu khí nớc thải sinh hoạt , đô thị “.

Phần II.

Tổng Quan.

I.Khái niệm nớc thải.

Nớc thải là nớc sau khi đã đợc sử dụng với các mục đích khác nhau

Một trong các cách phân loại nớc thải là có thể phân loại nớc thải theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Theo cách phân loại này, có các loại nớc thải sau:

1 Nớc thải sinh hoạt.

Là nớc thải đợc thải từ các khu dân c, khu hoạt động thơng mại, khu vực công sở, trờng học và các cơ sở tơng tự khác

2 Nớc thải công nghiệp và dịch vụ:

Là nớc thải đợc thải từ các quá trình công nghệ hay dịch vụ có xử dụng nớc và thành phần của nớc thải phụ thuộc vào công nghệ hay dịch vụ

3 Nớc thải của sản xuất nông nghiệp:

Thờng là nớc tới tiêu trong trồng trọt hay nớc từ các khu vực chăn nuôi và trồng trọt: chất hữu cơ, phân hoá học, thuốc trừ sâu

4 Nớc thải bệnh viện:

Số lợng vi sinh vật lớn và đa dạng, nhiều vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là các bệnh truyền nhiễm, các hoá chất độc hại, nguy hiểm và có thể có phóng xạ

5 Nớc từ các hoạt động thơng mại nh chợ chứa nhiều chất hữu cơ v à rác.

6 Nớc ma nhiễm bẩn:

Độ ô nhiễm của nớc ma phụ thuộc vào độ ô nhiễm của môi trờng không khí, bề mặt khu vực có nớc chảy tràn

II Nguồn gốc gây ô nhiễm.

1 Nớc thải sinh hoạt.

Nớc thải sinh hoạt ở các đô thị đông dân là nơi có nguồn nớc thải lớn nhất Nớc thải

từ các hộ gia đình với các bể tự hoại và nhà cầu cha đạt tiêu chuẩn vệ sinh, nớc thải chứa các thức ăn thực phẩm… N đã làm ô nhiễm nguồn nớc Hiện nay, Hà nội là thành phố có mật độ dân số cao Do vậy, lợng nớc thải sinh hoạt thải ra nguồn tiếp nhận hằng ngày là rất nhiều Trong khi đó, hệ thống cống không đợc mở rộng và sửa chữa thờng xuyên nên dẫn đến việc ô nhiễm trầm trọng nớc trong hệ thống cống nớc thải

2 Nớc thải công nghiệp.

Trong nớc thải công nghiệp nói chung thờng chứa các chất độc hại nh kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ cao nh: ccác ion K+, Na+, Ca2++, NH4 ,





4

2

4 ,Cl ,PO

SO … N Hàm lợng BOD, COD cao làm giảm lợng oxi hoà tan trong

n-ớc và dẫn đến làm ảnh hởng đến hệ sinh thái của thuỷ vực… N Các chất các hợp chất hữu cơ trong nớc thải công nghiệp rất đa dạng: chất tẩy rửa tổng hợp, glixerin, dầu thực vật từ các xí nghiệp sản xuất bột giặt, nớc thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm nh nhà máy bia, rợu… Nbao gồm nhiều hợp chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật, tuy có thể phân huỷ trong môi trờng tự nhiên nhng rất dễ thối rữa gây ô nhiễm màu và mùi và đặc trng là trị sơ BOD rất cao

3 Nớc thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp.

Nớc từ cánh đồng, vờn hoa quả mang theo một lợng lớn chất bảo vệ thực vật nh: thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm mốc Ngoài ra còn một số dạng khác nh: thuốc diệt loài gặm nhấm, thuốc trừ côn trùng

Các loại phân bón hoá học hay phân động vật bón cho đồng ruộng theo nớc ma chảy tràn đã gây ra ô nhiễm nguồn nớc, thí dụ nh làm giàu amoni và phospho trong nớc thải gây nên tình trạng phì dỡng ( nồng độ nitơ và phospho cao làm phát triển mạnh các loại tảo trong nớc) cho ao hồ Đặc biệt là thuốc trừ sâu, diệt cỏ chứa chất hữu cơ và kim loại có độc tính cao đối với ngời và động vật Trong nớc thải từ hoạt

động nông nghiệp còn có nớc thải từ các chuồng trại chăn nuôi chứa nhiều phân

động vật gây ra ô nhiẽm hữu cơ, ô nhiễm màu và mùi cho nguồn nớc nhận ậ Việt Nam, sự ô nhiễm này là rất trầm trọng do lợng phân bón, thuốc trừ sâu đợc sử dụng với lợng lớn để đạt năng suất cây trồng cao

4 Sự ô nhiễm nớc từ các bãi rác và các chất thải rắn.

Khi ma, nớc ma cuốn trôi các chất thải rắn nhất là ở các bãi rác vào nguồn nớc mặt

đồng thời các chất bẩn cũng bị ngấm xuống nớc ngầm gây ô nhiễm ảnh hởng đến chất lợng nớc mặt và nớc ngầm Hiện nay ở Việt nam do các bãi rác tra đợc thiết kế

đúng tiêu chuẩn nên nớc rác từ các nơi đổ rác không đợc thu gom và xử lý, dẫn đến việc nớc rác làm ô nhiễm nguồn nớc và đất Nớc rác chứa rất nhiều các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ có độc tính cao cho ngời và các hệ sinh thái trong nguồn nớc nhận Tính trung bình một ngày 1 ngời thải 0,5 Kg chất thải rắn từ đó lợng rác cha

đợc đa đến bãi rác tồn đọng trên đờng phố cũng góp phần đáng kể cho sự ô nhiễm môi trờng Các rác thải độc hại trong nhà máy hay bệnh viện không đợc phân loại

và xử lý là những nguồn ô nhiễm rất nguy hiểm

5 Nớc thải từ bệnh viện.

Nớc thải từ bệnh viện là nớc thải chứa rất nhiều hoá chất, bệnh phẩm và vi trùng nếu không đợc qua xử lý mà thải ra cống rãnh chung sẽ là nguồn ô nhiễm rất nguy hiểm độc hại không chỉ cho nguồn nớc nhận mà còn cho ngời và động thực vật Tại Việt nam, do nhiều nguyên nhân trong đó có nguyên nhân về kinh phí hạn hẹp nên

ít bệnh viện lắp đặt hệ thống xử lý nớc thải, cá biệt có trạm xử lý nhng lại bị hạn chế về kinh phí để duy trì hoạt động vad sửa chữa Do đó, nớc thải bệnh hiện nay

đang là nguồn ô nhiễm rất đáng kể

III Các phơng pháp xử lý nớc thải

1 Phơng pháp hoá lý.

1.1 Phơng pháp keo tụ.

Keo tụ là phơng pháp xử lý nớc có sử dụng hoá chất, trong đó các hạt keo lơ lửng trong nớc nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo

có kích thớc lớn hơn và ngời ta có thể tách chúng ra khỏi nớc dễ dàng bằng phơng pháp lắng hay tuyển nổi

Thông thờng thì các biện pháp xử lý cơ học nh lắng lọc, tuyển nổi chie có thể loại bỏ đợc các hạt có kích thớc lớn hơn 10-4 mm, với các hạt có kích thớc nhỏ hơn 10-4

mm, nếu dùng quá trình lắng tĩch thì phải tốn rất nhiều thời gian và cũng rất khó có hiệu quả cao Nhng phơng pháp xử lý hoá học keo tụ lại khắc phục đợc những đặc

điểm trên và mang lại hiệu quả cao Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ ngời ta có thể tách đợc, hoặc làm giảm đi các thành phần có trong nớc nh các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các aniôn PO4 -3… Nvà có thể cải thiện đợc màu và độ đục của nớc

1.2 Tuyển nổi

Trong xử lý nớc thải, về nguyên tắc tuyển nổi thờng đợc sử dụng để khử các chất lơ lửng Quá trình tuyển nổi đợc thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ(thờng là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lợng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban

đầu

Phơng pháp tuyển nổi thờng đợc sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong một số trờng hợp, quá trình này cũng đợc dùng để tách các chất hoà tan nh các chất hoạt động bề mặt

Ưu điểm của phơng pháp này so với phơng pháp lắng là có thể khử đợc hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ và lắng chậm, trong thời gian ngắn

1.3 Hấp thụ.

Quá trình hấp thụ đợc thực hiện khi cho nớc thải chảy qua lớp vật liệu hấp thụ Khi này các chất có trong nớc thải sẽ bị dữ lại trên bề mặt của vật liệu hấp thụ Kết quả

là nớc thỉa đợc làm sạch Các chất hấp thụ thờng đợc dùng làm than hoạt tính, Các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất nh: xỉ tro, xỉ, mặt sắt và chất hấp thụ bằng khoáng chất nh: đất sét, silicagen, keo nhôm

Phơng pháp này đợc sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nớc thải khỏi

Các chất hữu cơ hoà tan trong nớc thải sau khi xử lý sinh học cũng nh xử lý cục bộ khi trong nớc thải có chứa một hàm lợng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân huỷ bằng con đờng sinh học và thờng có độc tố cao Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và chi phí riêng lợng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phơng pháp này là hợp lý hơn cả Tuy nhiên việc ứng dụng vào thực tế còn bị hạn chế do chi phí của ph

-ơng pháp này còn quá cao

2 Phơng pháp hoá học.

Các phơng pháp xử lý nớc thải gồm có: Trung hoà, oxy hoá và khử Tất cả các phơng pháp này đều dùng tác nhân hoá học nên là phơng pháp gây ô nhiễm thứ cấp Ngời ta sử dụng phơng pháp hoá học để khử các chất hoà tan và trong các hệ thống cấp nớc khép kín đôi khi phơng pháp này dùng để xử lý sơ bộ trớc khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này là phơng pháp xử lý nớc thải lần cuối để thải vào nguồn nớc

2.1.1 Phơng pháp trung hoà.

Nớc thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm cần đợc trung hoà để đa PH về khoảng 6,5 – 8,5 trớc khi thải vào nguồn nớc hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo

2.1.2 Trung hoà bằng trộn lẫn nớc thải.

Phơng pháp này đợc sử dụng khi nớc thải của xí nghiệp là axit còn xí nghiệp gần đó có nớc thải là kiềm Cả hai loại nớc thải này đều không chứa các cấu gây ô nhiễm khác

2.1.3 Trung hoà bằng bằng bổ sung các tác nhân hoá học.

Để trung hoà axit, có thể sử dụng các tác nhân hoá học nh NaOH, KOH,

Na2CO2, nớc amôniac NH4OH, CaCO3, đôlô mít (CaCO3, MgCO3) và xi măng Song tác nhân rẻ nhất là vôi 5 đến 10% CaCO3, tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải

2.1.4 Trung hoà nớc thải axit bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hoà.

Trong trờng hợp này ngời ta sử dụng các vật liệu nh manhêtit (MgCO3), đôlô mit, đá vôi, đá phấn, và các chất thải rắn nh xỉ và xỉ tro làm lớp vật liệu lọc Các vật trên sử dụng ở dạng cục với kích thớc 30 – 80 mm Quá trình đợc thực hiện trong các thiết bị lọc và nớc thải đem xử lý có nồng độ axit không vợt quá 1,5 mg/l và không chứa muối kim loại nặng

2.1.5 Trung hoà bằng các khí axit.

Để trung hoà nớc thải kiềm, trong những năm gần đây ngời ta sử dụng khí thải chứa

CO2, SO2, NO2, N2O3… N Việc sử dụng khí axit không những cho phép trung hoà nớc thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại

Việc sử dụng CO2để trung hoà nớc thải kiêm có u điểm so với việc dùng

4

2SO

H hay HCl và cho phép việc giảm đáng kể chi phí cho quá trình trung hoà

2.2 Phơng pháp oxi hoá khử.

Dùng các chất oxi hóa nh clo ở dạng khí và lỏng, dioxit clo, clorat caxi, hypoclorit canxi và natri, pemângnnat kali, bicromat kali, H2O2, oxi của không khí, ozon, MnO2

Trong quá trình oxi hoá, các chất độc hại trong nớc thải đợc chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nớc Quá trình này tiêu tốn một lợng lớn các tác nhân hoá học, do đó quá trình oxi hoá chỉ đợc dùng trong những trờng hợp các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nớc thải không thể tách bằng phơng pháp khác ( nh khử xianua, các hợp chất hoà tan của asen)

3 Phơng xử lý nớc thải bằng biện pháp sinh học.

Về nguyên tắc thì phơng pháp xử lý sinh học đợc dựa trên cơ sở sử dụng các quá trình sống của vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm trong nớc thải

Quá trình sống của vi sinh vật trong tự nhiên chính là quá trình trao đổi chất để duy trì sự sống Trong sự trao đổi chất này vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, một số khoáng chất trong nớc hoặc trong một số trờng hợp cùng với oxi làm nguồn dinh d-ỡng để chuyển hoá thành năng lợng Kết quả của các phản ứng sinh hoá này là khí thải CO2, nớc và tạo ra những vi sinh vật mới, do đó làm tăng sinh khối của quần thể vi sinh vật Quá trình này về thực chất là quá trình khử Đồng thời do l ợng chất hữu cơ bị tiêu thụ cho quá trình trao đổi chất nên nồng độ chất hữu cơ sẽ giảm đi và kết quả là nớc thải sẽ đợc làm sạch bởi các vi sinh vật

3.1 Điều kiện của nớc thải có thể xử lý sinh học.

Để cho quá trình chuyển hoá vi sinh vật xảy ra đợc thì vi sinh vật phải tồn tại

đ-ợc trong môi trờng xử lý Muốn vậy thì đđ-ợc xử lý sinh học phải thoả mãn các

điều kiện sau:

+ Nớc thải không có chất độc với vi sinh vật nh các kim loại nặng, dẫn xuất phenol và cyanua, các chất thuộc loại thuốc trừ sâu và diệt cỏ hoặc n ớc thải không có hàm lợng axit hay kiềm quá cao, không đợc chứa dầu mỡ

+ Trong nớc thải, hàm lợng các chất hữu cơ dễ phân huỷ so với các chất hữu cơ chung phải đủ lớn, điều này thể hiện qua tỷ lệ giá trị hàm lợng BOD/COD  0,5

3.2 Nguyên lý của quá trình oxi hoá sinh học.

Cơ chế của quá trình:

Quá trình oxi hoá sinh hoá các chất hữu cơ trong môi trờng nớc thải chính là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ của các vi sinh vật

Quá trình này gồm 3 giai đoạn, diễn ra với tốc độ khác nhau nhng có quan hệ chặt chẽ với nhau:

+ Giai đoạn khuyếch tán chất hữu cơ từ nớc thải tới bề mặt các tế bào vi sinh vật Tốc độ của giai đoạn này do quy luật khuyếch tán và trạng thái thuỷ động của môi trờng quyết định

+ Giai đoạn chuyển các chất hữu cơ đó qua màng bán thấm của tế bào do sự chênh lệch bên trong và bên ngoài của tế bào

+ Giai đoạn chuyển hoá sinh hoá các chất trong tế bào vi sinh vật để tạo ra năng lợng, tổng hợp tế bào mới và có thể tạo ra các chất mới

3.3 Tác nhân sinh học trong quá trình xử lý.

Vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học là vi sinh vật Hệ vi sinh vật trong nớc nói chung và trong nớc thải nói riêng rất đa dạng và phong phú, phụ thuộc vào bản chất của nớc và nớc thải cũng nh các điều kiện về môi trờng Thờng tron nớc thải có chứa nhiều loài: vi khuẩn, nguyên sinh động vật, prôtza… N

Vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nớc thải đợc xử dụng chủ yếu dới hai dạng:

+ Bùn Hoạt tính: Là huyền phù vi sinh vật trong nớc thải dới dạng bông màu

nâu vàng có kích thớc 3-5 micromet Bông này khi tụ hợp lại vơi nhau thì dễ lắng Bùn hoạt tính có cấu tạo gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, các nguyên sinh

động vật protoza… N phát triển thành sinh khối nhày và chắc

Hoạt tính của vi sinh vật là kết quả của sự vận chuyển oxi vào bông sinh học Trong điều kiện khuấy trộn và làm thoáng ở bể với bùn hoạt tính thông thờng bông sinh học có một lớp phủ trên bề mặt đợc gọi bề mặt hiếu khí Tính chất lắng và nén của bùn hoạt tính là hai chỉ tiêu chính để đánh giá sự thành công của phơng pháp xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Việc tạo bông liên quan chặt chẽ tới tốc độ phát triển của vi sinh vật và phụ thuộc vào bản chất của chất ô nhiễm, nồng độ oxi hoà tan và mức độ chảy rối

+ Màng sinh học ( Màng sinh vật)

Màng sinh học là một hệ thống vi sinh vật phát triển trên bề mặt các vật liẹu xốp, tạo thành màng dày 1-3 mm Màng sinh học cũng bao gồm các vi khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật… N

Quá trình xảy ra ở màng sinh học thờng đợc xem nh quá trình hiếu khí nhng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu và yếm khí Khi dòng nớc thải chảy trên lớp màng sinh vật, các chất hữu cơ và oxi hoà tan khuyếch tán qua màng và ở đó diễn ra các quá trình trao đổi chất Sản phẩm của quá trình trao đổi chất thải ra ngoài qua màng Trong suốt quá trình, oxi hoà tan luôn đợc bổ sung từ không khí Theo thời gian, màng sinh học đầy dần lên, sau một thời gian màng bung ra

và đợc thay thế bằng một lớp màng khác

3.4 Các phơng pháp sinh học xử lý nớc thải.

+ Phơng pháp hiéu khí:

Sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí, để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxi liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 200C-400c Phơng trình sinh hoá tổng quát các phản ứng oxi hoá sinh hoá ở điều kiện hiếu khí:

E NH O H y xCO O

z y x N O H



































2

3 4

3 3

C ẽC H y O z N NH3 O2 C5H7NO2 CO2 E (2)

+ Phơng pháp yếm khí:

Là phơng pháp xử dụng các nhóm vi sinh vật hô hấp yếm khí, thực hiện quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxi Sản phẩm cuối cùng của quá trình oxi hoá sinh hoá này là tạo ra các chất hữu cơ đơn giản có mạch cacbon ngắn hơn nh CH4 ,CH3COOH,CO2… N

Việc xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học có hiệu quả xử lý cao nhng thời gian xửlý kéo dài Tuy nhiên một đặc trng quan trọng đối với xử lý sinh học là quá trình này không gây ô nhiễm thứ cấp, tức là không tạo ra các sản phẩm có thể tiếp tục gây ô nhiễm nớc Ngoài ra, xử lý sinh học còn có một số u điểm quan trọng sau đây:

 Xử lý triệt để

 ít sử dụng hoá chất, không gây độc hại

 Hiệu quả về kinh tế Có thể tận dụng sản phẩm của quá trình xử lý ( bùn sinh học, khí sinh học) để làm phân bón, khí đốt… N

3.5 Các kỹ thuật sinh học xử lý nớc thải

3.5.1.Trong điều kiện tự nhiên

+ Cánh đồng lọc

Là phơng pháp xử dụng các lớp đất đá và phần nào kết hợp với vi sinh vật trong lòng đất để xử lý các chất hữu cơ trong nớc thải khi chúng đợc phun dới dạng tới trên một khoảng đất nào đó

Xử lý nớc thải bằng phơng pháp này đơn giản, hiệu quả xử lý cao 90% các chất hữu cơ có thể đợc giữ lại, không còn vi sinh vật gây bệnh, trứng ký sinh trùng nhờ

ánh sáng mặt trời

Phơng pháp này đòi hỏi phải có diện tích đất lớn và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên, đồng thời hệ thông mơng dẫn hở

+ Hồ sinh học:

Trong hồ sinh học diễn ra các quá trình sinh hoá liên tiếp Trớc tiên, các chất hữu cơ bị vi sinh vật phân huỷ Các sản phẩm tạo thành từ sự phân huỷ sẽ đợc rong tảo trong hồ sử dụng để làm nguồn dinh dỡng Hoạt động sống của rong, tảo và các thực vật trong hồ lại là nguồn tạo ra oxi tự do hoà tan trong nớc để vi sinh vật xử dụng

để phát triển sinh khối

Có nhiều loại xử lý bằng phơng pháp hồ sinh học nh sau:

 Hồ yếm khí: Là phơng pháp xử dụng các vi sinh vật yếm khí phân huỷ các chất bẩn hoà tan và lắng trong lớp bun trầm tích của hồ.Phơng pháp này cho hiệu quả không cao Chất lợng nớc sau xử lý BOD vẫn ở mức nồng độ 100-300 mg/l

 Hồ hiếu khí tuỳ tiện: Là loại hồ phổ biến trong thực tế xử lý nớc thải Trong hồ diễn ra hai quá trình song songlà oxi hoá các chất bẩn hoà tan

và lên men mêtan cặn lắng ở đáy hồ

 Hồ hiếu khí: oxy đợc cấp vào hồ nhờ khuyếch tán qua mặt thoáng chủ yếu nhờ khả năng quang hợp của rong tảo

` Hồ sinh học có khả năng xử lý lợng nớc thải lớn và có tải lợng ô nhiễm cao, chi phí vận hành thấp và sử dụng đợc nguồn vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên Tuy nhiên phơng pháp này đòi hỏi phải có diện tích mặt bằng lớn, thời gian lu nớc kéo dài, có thể gây ô nhiễm đến môi trờng xung quanh Do vậy, phơng pháp này thờng kết hợp chức năng làm sạch nớc thải với các mục đích khác nhau nh nuôi trồng thuỷ sản, tới tiêu cho nông nghiệp

3.5.2 Trong điều kiện nhân tạo

+ Bể Aeroten: sử dụng làm sạch nớc thải khi sử dụng bùn hoạt tính.

 Nguyên lý:

Bể Aeroten là một bể phản ứng sinh học trong đó khí đợc cung cấp liên tục bằng hệ thống sục khí Trong quá trình xử lý, các vi sinh vật sinh tr-ởng, phát triển và tồn tại ở trạng thái huyền phù Việc sục khí ở đây phải

đảm bảo hai yêu cầu quá trình:

- Đảm bảo độ oxi hoà tan cao giúp cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxi hoá các chất hữu cơ

- Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nớc cần xử lý, tạo ra hỗn hợp lỏng huyền phù, giúp vi sinh vật tiếp xúc liên tục với các chất hữu cơ hoà tan trong nớc, thực hiện quá trình hiếu khí làm sạch nớc ở đây khí đợc cấp liên tục tạo khả năng khuấy trộn đều hơn Quá trình làm sạch nớc dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính

Nớc thải trớc khi xử lý phải đợc lắng sơ bộ để tách các chất bẩn và phải

xử lý sơ bộ để loại các chát độc hại đối với vi sinh vật Nớc ra khỏi bể aeroten đợc qua

bể lắng đợt hai để tách bùn

 Ưu điểm:

- Kết cấu thiết bị đơn giản và vận hành, an toàn, chi phí xây dựng tháp

- Hiệu quả xử lý cao

Hiệu quả xử lý phụ thuộc rất nhiều vào các yuế tố nh:

- Bản chất của các chát hữu cơ có trong nớc thải

- Cờng độ hô hấp của vi sinh vật

- Cờng độ cấp khí

- Các điều kiện vật lý để thực hiện quá trình nh: nhiệt độ, tính chất vật

lý của thiết bị và tải trọng thuỷ lực… N

+ Hệ thông lọc sinh học:

 Nguyên lý:

Lọc sinh học là một quá trình lọc nớc thải qua một hệ thống vật liệu lọc

mà trên đó xảy ra các phản ứng oxi hoá sinh học các chất hữu cơ Quá trình lọc đợc thực hiện trong bể chứa vật liệu lọc: một hệ thông vi sinh vật sinh trởng và đợc cố định, tạo thành lớp màng bám trên bề mặt vật liệu lọc Nớc thải chảy trên bề mặt đó và tiếp xúc với màng sinh học, các chất hữu cơ và oxi hoà tan khuyếch tán qua màng và ở đó diễn ra quá trình trao đối chất của vi sinh vật Từ các quá trình trao đổi chất, CO2

đ-ợc thải ra ngoìa màng

Bể lọc có thể có dạng hình hộp hoặc hình trụ Vật liệu lọc có thể ở dạng xốp tự nhiên hay nhân tạo và có kích thớc hạt thay đổi 1,5-2 cm

Phần III

Thiết Kế Công Nghệ và Hệ Thống Thiết Bị

I Mô hình xử lý nớc thải sinh hoạt bằng phơng pháp bùn hoạt tính.

1- Song chắn rác

2- Bể điều hoà lu lợng

3- Bể lắng sơ cấp

4- Bể hoà trộn

5- Bể lắng thứ cấp

6- Bể phản ứng

7- Bể nén bùn

8- Bể tái sinh bùn

9- Bể Aeroten

10-Bể khí nén

1

2

9 3

10 4

5

6

II Thuyết minh mô hình.

1 Song chắn rác.

Nớc thải sinh hoạt trớc khi đi vào hệ thống xử lý phải qua song chắn rác Tại đây, song chắn rác có tác dụng ngăn chặn lại các rác nh: Túi bóng, ni lông, lá cây, cành củi,… N để thuận tiện cho quá trình xử lý tiếp theo Song chắn rác có thể làm bằng nhựa hoặc thép chống rỉ có dạng lới

2 Bể điều hoà lu lợng

Bể điều hoà lu lợng có tác dụng chứa nớc thải trớc khi đi vào hệ thống xử lý Nhờ thế, nớc thải sinh hoạt đợc ổn định về cả lu lợng và thành phần

3 Bể lắng sơ cấp.

Khi nớc thải qua song chắn rác và bể điều hoà lu lợng thì không phải tất cả các tạp chất có trong đó sẽ đợc loại bỏ hết mà còn nhiều chất khác có kích thớc nhỏ hơn, chúng ở dạng khó phân huỷ Nếu đa vào xử lý ngay thì nớc thải rất khó đợc làm sạch

Do vậy, bể lắng sơ cấp có tác dụng lắng các vật liệu có kích thớc nhỏ và những chất ở dạng lơ lửng Kết quả thu đợc ở đáy bể lắng gồm: sỏi, cát, cặn lắng, bùn thô

Phần nớc sau khi lắng đợc chảy sang bể hoạt hoá Aeroten

4 Bể Aeroten.

Nớc thải sau bể lắng đợt một có chứa các chất hữu cơ hoà tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiéu khí Khí nén đợc đa từ ngoài vào thông qua hệ thống sục khí

đặt dới đáy bể và sục trực tiếp vào nớc thải Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là hạt nhân để cho vi khuẩn c trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nớc thải và là nơi c trú và phát triển của vô số vi khuẩn

và sinh vật sống khác Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng các chất hữu cơ (BOD

5), chất dinh dỡng ( N, P) làm thức ăn để chuyển chúng thành chất trơ không hoà tan và các tế bào mới Quá trình chuyển hoá đợc thực hiện theo từng bớc xen kẽ và nối tiếp nhau Vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, chuyển chúng thành các hợp chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản hơn, một vài vi khuẩn khác dùng chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa

Và quá trình này cứ tiếp tục đến khi chất thải cuối cùng không thể dùng làm thức

ăn cho bất cứ vi sinh vật nào nữa

Số lợng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lu lại trong bể Aeroten của lợng

n-ớc thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải xử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt hai bằng cách tuần hoàn bùn ngợc trở lại

bể Aeroten để duy trì đủ nồng độ vi khuẩn trong bể Sau khi bông bùn đợc tạo ra thì

n-ớc thải đợc chuyển sang bể lắng thứ cấp để lắng trong

5 Bể lắng thứ cấp.

Bể có tác dụng lắng trong nớc thải, tách riêng phần bùn hoạt tính ra khỏi nớc và loại

bỏ triệt để các tạp chất Kết quả là phần trên của bể nớc thải đợc lắng trong, bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể Một phần bùn này đợc tuần hoàn lại bể tái sinh bùn, sau đó đợc chuyển sang bể hoà trộn nớc với thải từ bể lắng sơ cấp sang và tháo xuống bể Aeroten

6 Bể phản ứng

Nớc thải khi đã đợc lắng trong ở bể lắng thứ cấp thì không đợc thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà phải qua bể khử trùng Dùng Clo để khử trùng, diệt các vi sinh vật gây bệnh và các vi sinh vật có hại Khi thải ra môi trờng, nớc thải sau khi xử lý không gây ra bất cứ ô nhiễm nào khác

III Thiết kế các chỉ tiêu công nghệ chủ yếu.

Nớc thải cần xử lý có các thông số sau:

+ BOD5v = 1000 mg/l

+ BOD5r < 100 mg/l

+ Lu lợng: Q = 400 m3/ngày.đêm

+ Cặn lơ lửng ban đầu: SS = 400 mg/l

III.1 Tính toán công nghệ

1 Tính bể lắng sơ cấp.

Ta có:

t  Vl Q , ngày

Vl = 17,663 m3 ( Xem III.2)

0 , 044

400

663 , 17





t (ngày) hay 1,059 (h)

Vận tốc giới hạn trong vùng lắng:

f

d g k

, m/s ,

+ k: Hệ số phụ thuộc vào tính chất cặn, đối với nớc thải sinh hoạt lấy k=0,05 [IV 45];

+  : Tỷ trọng của hạt (1,2-1,6), chọn 1,25 [IV48];

+ g: Gia tốc trọng trờng: 9,8 m/s;

+ d: Đờng kính tơng đơng của hạt, chọn 10-4 m/s

+ f: Hệ số ma sát phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của hạt và số Raynol của hạt khi lắng (0,02-0,03), lấy f=0,025 [IV48];

10000 025 , 0

8 , 9 1 25 , 1 05 , 0 8







Vận tốc nớc chảy trong vùng lắng

059 , 1

5 , 2







t

hl

V (m/h) = 6,56.10-4 (m/s);

Vởy V<Vh nên thoả mãn

1.2 Hiệu quả khử BOD5 và SS.

1.2.1 Hiệu quả khử BOD5

t b a

t

R BOD

.

t: Thời gian lu của nớc (t=1,059h);

a: 0,018(h) [bảng(4-5)-48];

b: 0,02

a,b- Hằng số thực nghiệm ở nhiệt độ 200C

Ta có:

% 03 , 27 059 , 1 02 , 0 018 , 0

059 , 1





BOD

Vởy BOD5 ra khỏi bể lắng sơ cấp là:

BOD5=1000-0,2703.1000=729,7 (mg/l);

1.2.2 Hiệu quả khử SS

t b a

t

R SS

.





Trong đó:

t  1 , 059h

a=0,0075

b=0,014 Bảng(4-5)-IV48

059 , 1 014 , 0 0075 , 0

059 , 1







SS

R

Vởy cặn lơ lửng còn lại ra khỏi bể lắng sơ cấp là:

SS= 400- 400.0,4743= 210,28 mg/l

2.Tính toán bể Aeroten.

 Các thông số cần chọn:

+ Nồng độ bùn hoạt tính trong bể ( 2800-4000 mg/l), chọn X= 3500 mg/l + Tuổi của bùn ( 4-15 ngày), chọn c=10 ngày

+ Độ tro của cặn, chọn Z=0,3 Nồng độ bùn tuần hoàn: 12000 mg/l

+ Nớc thải xử lý xong đạt BOD5=50 mg/l Cặn lơ lửng SS= 23 mg/l trong

đó 65% là cặn hữu cơ

 Sơ đồ làm việc của bể Aeroten:

2.1 Hiệu quả xử lý.

2.1.1 Lợng cặn hữu cơ trong nớc thải ra khỏi bể thứ cấp:

a=23.0,65=14,95 mg/l

2.1.2 Lợng BOD20 khi bị oxi hoá hết chuyển thành cặn tăng lên 1,42 lần: ( 1 mg BOD20 oxi hoá hoàn toàn để chuyển thành cặn thì tiêu thụ hết 1,42 mg Oxi)

b=14,95.1,42=21,229 mg/l;

2.1.3 Chọn 5 0 , 95



COD BOD

Lợng BOD5 chứa trong cặn ở đầu ra:

c=21,229.0,95=20,168 mg/l;

2.1.4 Lợng BOD5 hoà tan còn lại trong nớc thải ra khỏi bể lắng thứ cấp:

d=50-20,168=29,83 mg/l;

2.1.5 Hiệu quả khử BOD5 ở bể lắng sơ cấp là 27,03% nên BOD5 ra khỏi bể lắng sơ cấp là:

S o  1000  0 , 2703 1000  729 , 7 mg/l

Và BOD5 còn lại trong nớc thải ra khỏi bể lắng thứ cấp là:

S=29,83 mg/l

Do vậy, hiệu quả làm sạch BOD5 hoà tan là:

100 %

o

o

S

S S

E   [IV-67]

Thay số :

100 % 95 , 91 %

7 , 729

83 , 29 7 , 729







E

2.2 Thời gian lu của nớc thải trong bể.

Q

V



 , ngày

Thay số:

625 , 0 400

250





ả