xử lý và sử dụng cặn nước thải

trình bày về xử lý và sử dụng cặn nước thải

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

men men

Chương 5: XỬ LÝ VÀ SỬ DỤNG CẶN NƯỚC THẢI

5.1 ĐẶC TÍNH CỦA CẶN LẮNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

5.1.1 Thành phần

- Màng VSV

- Rác nghiền nhỏ: lượng rác được nghiền nhỏ hoặc xử lý với cặn hoặc trở lại song chắn rác

- Các loại cặn ở bể tiếp xúc, cặn này không xử lý chung mà đem ra sân phơi bùn, nén cặn, …

- Các chất hữu cơ cặn chiếm 60-80% chất hữu cơ tổng cộng

- Thành phần hoá học của cặn trong nước thải

Loại cặn Chất k o tro N P 2 O 5 K 2 O Chất béo HC E.coli

1 Cặn tươi 72-90 2-3 0.6-1.7 0.2 14-17 20-30 107-108

2 Bùn hoạt tính 65-75 3.4 2.3 0.4 2.6 4-7 4.106-3.107

5.1.2 Phương pháp xử lý

- Xử lý cặn hiệu quả nhất bàng phương pháp lên men kỵ khí với sự tham gia của VSV kỵ khí

- Quá trình sinh hoá kỵ khí cặn hữu cơ rất phức tạp:

+ Các chất hữu cơ (C)Æ acid béo + Biogas (CO2, CH4, H2)

+ Các chất hữu cơ (N) Æ NH3, N2

+ Chất hữu cơ (S) Æ H2S

- Sau khi lên men, tính chất cặn thay đổi và V thay đổi (không tan Æ chất tan + khí)

- Quá trình lên men kỵ khí gồm 2 giai đoạn

+ Giai đoạn lên men acid

+ Giai đoạn lên men kiềm

• Giai đoạn 1: Lên men Acid (lên men H) Dưới tác dụng của men VSV, các chất hữu cơ của

cặn:

+ Đầu tiên: Phân huỷ Æ s/p đơn giản

- Protid Æ peptid và aa

- Chất béo Æ glicerine, a.béo

- (H, C) Æ đường đơn giản + Sau đó: Chuyển hoá các chất trên thành s/p cuối cùng của giai đoạn 1 (chủ yếu là các acid

hữu cơ: a.butylic, a.propionic, a.acetic) Æ pH < 7 Æ lên men aicd

- VSV ở giai đoạn 1 là : nấm, VK butyric, propionic Æ Thể tích cặn không giảm, có mùi hôi

• Giai đoạn 2: Lên men kiềm (lên men metan)

+ Chuyển hoá các s/p của giai đoạn 1 thành CH4, CO2, H2

+ VSV tham gia: VK tạo CH4

ƒ Methano bacterium

ƒ Methanococus

ƒ Methanosarica + Các phản ứng

ƒ Với các A.Béo ΔH2 (trừ CH3COOH) và rượu (trừ metylic):

4ΔH2 + CO2 4Δ + CH4 + 2H2O

ƒ Với H2 (từ giai đoạn 1)

H2 + CO2 CH4 + 2H2O + Q

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

men

ƒ Với CH3COOH

CH3COO CH4 + CO2 + Q

CH3COOH CH4 + CO2 + 2H2O + Q

5.1.3 Các công trình xử lý cặn

- Bể tự hoại

- Bể lắng 2 vỏ

- Bể metan

- Một số công trình rác cặn :Ép dây đai , Sân phơi, Bể nén bùn,…

5.2 CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ

5.2.1 Bể Mêtan

- Đây là công trình xử lý cặn hiệu quả nhất

- Thời gian lên men ngắn: 6-20 ngày, thể tích ngăn bùn nhỏ

- Các loại cặn dẫn đến bể

+ Cặn tươi từ bể lắng 1

+ Bùn hoạt tính dư trên màng VS

+ Rác đã nghiền

- Cặn được hâm nóng và xáo trộn tạo điều kiện tối ưu cho quá trình lên men

- Khi bể làm việc bình thường:

+ pH = 7-7,5

+ Hàm lượng a.béo: 3-8 mg/l

+ Độ kiềm: 60-70 mgđ/l

+ Nitơ của muối amino: 600-800 mg/l

- Cường độ quá trình lên men phụ thuộc vào nhiệt độ, lượng cặn, mức độ xáo trộn

5.2.1.1 Cấu tạo

c Dẫn cặn vào

d Thiết bị hâm nóng cặn

e Dẫn hơi nóng

f Máy trộn

g Khí đốt

5.2.1.2 Tính toán

1/ Xác định lượng cặn dẫn đến Metan

a) Lượng cặn tươi từ bể lắng 1

Wc = (100 - PCo.Q.E.K

c).1000.1000.Yc (m3/ng)

Với:

+ Co: hàm lượng chất lơ lửng Æ BL1

+ E: hiệu suất lắng %

+ K: hệ số tính đến khả năng tăng lượng cặn do có cỡ hạt lơ lửng (K = 1,1-1,2)

+ Pc: độ ẩm cặn tươi (%)

+ Yc: trọng lượng thể tích của cặn tươi

b) Lượng bùn hoạt tính dư

5

3 4

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Wb = [Co(100 - E)α - 100b]Q

(100 - Pb)106Yb (m3/ng.đ)

Với:

+ α: hệ số tính đến khả năng tăng trưởng không điều hoà của bùn hoạt tính trong quá trình xử

lý sinh học (α = 1,15-1,25)

+ b: hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng 2

+ Pb: đo ẩm bùn hoạt tính sau khi nén

+ Yb: trọng lượng thể tích của bùn hoạt tính

c) Lượng rác đã nghiền ở song chắn

Wr = W1.100 - P100 - P1

2 (m3/ng.đ)

Với:

+ W1: lương rác trong ngày đêm với độ ẩm ban đầu P1

+ P1, P2: độ ẩm rác trước và sau khi nghiền

W = Wc + Wb + Wr

P = 100 (

W

R B

−

Với:

+ Ck: lượng chất khô trong cặn tươi với độ ẩm Pc

Ck = Wc (100 - P100 c) + Bk: lượng chất khô trong bùn hoạt tính dư ứng với độ ẩm Pb

Bk = Wb (100 - P100 b) + Rk: lượng chất khô trong rác sau khi đã nghiền với độ ẩm P2

Rk = Wr (100 - P100 2)

2/ Dung tích bể metan theo công thức

Wm = W.100d (m3)

Với:

+ d: lưu lượng cặn trong ngày đêm dẫn vào bể metan phụ thuộc độ ẩm cặn (lấy theo bảng)

d (dộ ẩm cặn %)

3/ Lượng khí đốt: Trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí ở Metan có sinh ra 1 lượng khí đốt chủ yếu là

CH4 và một ít CO2

y = a - nd 100

Với:

+ y: lượng khí đốt tu được (m3/kg) chất không tro

+ a: khả năng lên men lớn nhất của chất không tro trong hỗn hợp cặm dẫn đến Metan %

a = (0,92B + 0,62H + 0,34P)100

Với:

- B: lượng chất béo

- H: hàm lượng (H, C)

- P: hàm lượng protein

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

ỐNG THOÁT PHÂN D300

ỐNG THÔNG HƠI D150

NGĂN LẮNG 1

NGĂN LẮNG 2

BỂ PHÂN HỦY

ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA

NẮP THĂM

ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA LỔ 300X300

300 7300

800

7900

300

500

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHI TI?T HẦM TỰ HOẠI II

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TÒA NHÀ

SAIGON CASTLE

300

500

BỂ PHÂN HỦY NGĂN LẮNG 1

NGĂN LẮNG 2 NGĂN LẮNG 1 MẶT CẮT A-A

MẶT CẮT B-B

MẶT BẰNG

ỐNG THÔNG HƠI D150

CHI TIẾT HẦM TỰ HOẠI II

Trong TH khơng xác định được B, H, P

a = 53 (CCo + Ro) + 41Bo

và được xác định:

• Co = Ck (100 - A10c)(100 - T4 c)

Với:

+ Ck: lượng chất khơ trong cặn tươi (T/ng.đ) + Ac: độ ẩm cặn tươi

+ Tc: tỷ lệ độ tro trong cặn

• Ro = Rk (100 - A10r)(100 - T4 r)

• Bo = Bk (100 - A10b)(100 - T4 b) + n: hệ số phụ thuộc độ ẩm cặn và chế độ lên men (theo bảng)

Giá trị n theo độ ẩm

5/ Lượng khí đốt tổng cộng được xác định theo cơng thức

K = y (Co + Ro + Bo).1000

5.2.1.2 Hầm tự hoại

Là cơng trình xử lý sinh học bước đầu của hệ thống xử lý nước thải, trong đĩ các tác nhân gây

ơ nhiễm được phân hủy bởi các vi sinh vật dưới điều kiện kỵ khí Sự chuyển hĩa sinh học xảy

ra theo các hướng sau: Chuyển hố các chất hữu cơ thành khí sinh học và các sản phẩm hữu cơ đơn giản hơn

- Giảm một phần N, P do vi sinh vật sử dụng để xây dựng tế bào

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Ví dụ áp dụng : Tính hầm tự hoại cho công trình XLNT của tòa nhà Saigon Castle

Công trình SAIGON CASTLE là một tổ hợp gồm 8 khối nhà gồm 16 lốc chung cư Do đó lưu lượng nước thải sinh hoạt của mỗi lốc là:

- Bể 3,4,5,6 ( của các khối B 1 , B 2, B 3, B 4 ): 34,5 x 3 = 103,5 m 3 /ngđ

ngăn để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt

Điều 7.32 – TCXD – 51 -84), chọn 2 ngày đêm để tính toán, khi đó:

Trong đó:

Q 1 = 69 m 3 /ng.đ, Q 2 = 103,5m 3 /ng.đ

+ W 1 , W 2 , W 3 , W 4 , W 5 , W 6 : Thể tích bể 1, bể 2, bể 3, bể 4, bể 5, bể 6

2 Thể tích ngăn thứ nhất bằng ½ thể tích tổng cộng :

- Thể tích ngăn 1 của bể 1 và bể 2

- Thể tích ngăn 1 của bể 3, bể 4, bể 5, bể 6

3 Thể tích ngăn thứ hai bằng thể tích ngăn thứ ba và bằng ¼ thể tích tổng cộng:

- Thể tích ngăn 2 và ngăn 3 của bể 1 và bể 2

- Thể tích ngăn 2 và ngăn 3 của bể 3, bể 4, bể 5 và bể 6

4 Chiều sâu công tác ở các ngăn của bể tự hoại:

Lấy chiều sâu công tác bằng 2m Khi đó diện tích các ngăn của bể tự hoại là:

F 1 =F 2 =

H

W1 =

2

138

Lấy chiều sâu công tác bằng 2,5m Khi đó diện tích các ngăn của bể tự hoại là:

F 3 =F 4 = F 5 = F 6 =

H

W3 =

5 , 2

207

Chọn kích thước H x B x L của các ngăn như sau:

- Bể 1 và bể 2

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Ngăn thứ I: H 1 x B 1 x L 1 = 2 x 3 x 11,7

Ngăn thứ II và thứ III: H 2,3 x B 2,3 x L 2,3 = 2 x 3 x 5,75

- Bể 3, bể 4, bể 5 và bể 6

Ngăn thứ I: H 1 x B 1 x L 1 = 2,5 x 3,5x 11,8

Ngăn thứ II và thứ III: H 2,3 x B 2,3 x L 2,3 = 2,5 x 3,5 x 5,9

Hàm lượng chất bẩn sau khi qua bể tự hoại giảm và tính như sau:

Hàm lượng chất lơ lửng giảm 45%, tức là chất lơ lửng còn lại trong nước thải:

220 x (100% – 45%) =121 mg/l

340 x (100% – 40%) =204 mg/l

5.2.1.3 Bể nén bùn

- Bể nén bùn có nhiệm vụ làm giảm độ ẩm của bùn

- Bể nén bùn thường thiết kế dạng tròn đứng

- Lượng cặn bao gồm

+ Cặn xử lý sinh học (dư)

+ Cặn ban đầu (SS)

+ Cặn keo ttụ phèn

• TÍNH TOÁN

1/ Lượng cặn

P = PSH + PSS + PAl(OH)3

2/ Lưu lượng bùn dẫn vào bể

q = 24C (mP 3/h)

+ P: Hàm lượng cặn (g)

+ C: Nồng độ bùn ở độ ẩm ω%

(C = ωCo) (g/m3)

3/ Diện tích bể nén bùn đứng

F1 = L q q: m3/ng.đ

L: Tải trọng bể nén bùn 24-30m3/m2ng.đ

4/ Diện tích ống trung tâm

F2 = q.10

3

V2.3600.t

+ V2: Tốc độ chuyển động của bùn trong ống trung tâm (28-30mm/s)

+ t: thời gian vận hành (h)

5/ Diện tích tổng cộng

F = F1 + F2

6/ Đường kính của bể

D = 4Fπ

7/ Đường kính ống trung tâm

d = 4Fπ 2

8/ Đường kính ống lọc trung tâm

d2 = 1,35d

9/ Đường kính tấm chắn

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

dc= 1,3d2

10/ Chiều cao phần lắng của bể nén bùn

h1 = V1.t 3600 Với :

+ V1 =0,0001 m/s

+ t: thời gian lắng

Æ h2 = 2cotgα D - dđ

Æ Chiều cao lớp bùn đã nén

Hb =h2 - h3 – hTH

Ví dụ áp dụng: Tính Bể Nén Bùn cho công trình xư lý nước thải Dệt nhuộm công suất 1500m3/ngay.đem

Làm giảm độ ẩm của bùn từ 99.4% xuống 96-97% Bùn và ván nổi từ bể lắng được bơm vào bể nén bùn

Lượng bùn sinh ra từ :

Lượng cặn từ bể sinh học

Hàm lượng cặn đầu vào

Hàm lượng kết tủa hyđrôxyt nhôm sinh ra khi keo tụ bằng phèn nhôm

Lượng cặn từ bể sinh học: 107.68 kg/ngày đêm

Dùng phèn hàm lượng 150 mg/l với độ tinh khiết 90% Đối với phèn nguyên chất 100% thì lượng phèn là 135 mg/l

Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O → 2 Al (OH) 3

Vậy tổng lượng cặn là : 107.68 + 3264 + 47.43 = 3419 (kg)

Lưu lượng bùn dẫn vào bể

)

/ ( 4 488 ) / ( 35 20 7000 24

1500 2280 24

3

m x

x C

x

Q x P

Trong đó:

Q: Lưu lượng nước thải

24: Thời gian vận hành

Diện tích bể nén bùn đứng :

) ( 78 18 26

4

L

q

h3

hTH

Hb

h2

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Diện tích ống trung tâm:

) ( 202 0 28

6

2

V

q

Trong đó:

Diện tích tổng cộng bể nén bùn đứng

Đường kính của bể nén bùn đứng:

) ( 9 4 14 3

982 18 4 4

m x

F

Đường kính ống trung tâm:

) ( 5 0 14 3

202 0 4

4 2

m x

F

π

Đường kính phần lọc của ống trung tâm:

Đường kính tấm chắn:

d c = 1.3 x d L =0.8775

Chiều cao phần lắng của bể nén bùn:

Chiều cao lớp bùn đã nén :

H b = h 2 – h 3 – h TH

Trong đó

Vậy

Chiều cao bể nén bùn :

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

22200 1000

9400

Ø200

300 1000

200 Ø 200

3000

300

Ngày vẽ Nhóm

LÂM VĨNH SƠN

Bản vẽ số 2 SÂN PHƠI BÙN Trường ĐHDL Kỹ thuậtCông nghệ Khoa Môi trường

SƠ ĐỒ MẶT CẮT SÂN PHƠI BÙN

3

4

1 3 5

5

8 8

1

Ống tiêu nước bùn Ống dẫn bùn Lối xuống sân phơi bùn Đường đi Lớp sỏi Lớp cát Khoá xả bùn

A A

B

B

5.2.1.4 Sân phơi bùn

Sân phơi bùn là cơng trình sử dụng nhiệt mặt trời nhằm mục đích giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn bằng cách gạn một phần hay phần lớn lượng nuớc cĩ trong hỗn hợp để giảm kích thước thiết bị xử

lý và giảm trọng lượng phải vận chuyển đến nơi tiếp nhận

500

5000

290

2300 250

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Để rõ hơn ta làm bài tập áp dụng sau đây:

Ví dụ áp dụng: Tính toán sân phơi bùn cho công trình xử lý nước thải với các thong số đã cho

Lượng bùn hình thành bao gồm: lượng bùn tươi từ bể lắng I và bùn họat tính dư từ bể lắng 2

a) Lượng bùn từ bể lắng I

Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng đạt 94,23%, lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là:

Lưu lượng bùn tươi cần xử lý:

P S

M

05 , 0 053 , 1

69 ,

⋅

=

⋅

Trong đó:

S: tỷ trọng cặn tươi, S = 1,053 kg/l (bảng 13-1-Trịnh Xuân Lai)

P: nồng độ cặn, P = 5% =0,05 (độ ẩm 95%) (bảng 13-5)

b) Lượng bùn từ bể lắng II

Ơ bể Aerotank, lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày là 40,62 kg/ngày

Lưu lượng bùn cần xử lý

P S

M

01 , 0 005 , 1

62 ,

⋅

=

⋅

Trong đó:

S = 1,005 (bảng 13-1-Trịnh Xuân Lai)

P: nồng độ cặn, P = 1% =0,01 (bảng 13-5)

Thể tích bùn đưa vào sân phơi mỗi ngày

Chỉ tiêu thiết kế: đạt nồng độ cặn 25% (độ ẩm 75%)

g = V S P = 0,1 x 1,4 x 0,25 = 0,035 (tấn) = 35 (kg/28 ngày)

Trong đó:

V = 1m 2 x 0,1 = 0,1 m 3

S: tỷ trọng bùn khô, S = 1,4 (bảng 13-1); P = 0,25

Lượng bùn cần phơi trong 28 ngày

G = 28 x (282,69 + 40,62) = 9052,68(kg)

Diện tích sân phơi

( )2

250 35

68 , 9052

m g

G

Diện tích các công trình phụ của sân phơi (đường bao, hố thu nước, trạm bơm, …) lấy bằng 20 % diện tích sân phơi bùn Tổng diện tích sân phơi:

F tổng = 1,2 x 250 =300 (m 2 )

Ta bố trí 5 ô Diện tích 1 ô:

( )2

50 5

250

m

Mỗi ô có kích thước: 8 x 6,25 (m) Bùn được phơi và thu gom theo chu kỳ 28 ngày (1 tháng) 1 lần

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Thông số thiết kế sân phơi bùn

Hình dạng Chữ nhật

Chiều cao tổng cộng 1,04m

Chiều cao lớp sỏi 30cm Dàn ống thu nước:

Đường kính

Độ dốc

100 mm 1%

Hệ thống ống bơm hút bùn

Chi tiết một ngăn phơi