thiết kế hệ thống xử lý nước thải giảm thiểu ô nhiễm môi trường

trình bày về thiết kế hệ thống xử lý nước thải giảm thiểu ô nhiễm môi trường

LờI Mở ĐầU

Vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải không còn là mới mẻ Tuy vậy,

đối với nước đang phát triển như Việt Nam thì đây vẫn là một đề tài nóng hổi Hiện nay, môi trường bị ô nhiễm bởi rất nhiều chất thải cũng như nước thải của các ngành công nghiệp, sinh hoạt Hầu như các con sông đều bị ô nhiễm nặng Việc không kiểm soát được nguồn sinh ra chất thải, cũng như việc thực hiện có tính chất chiếu lệ của các cơ sở sản xuất cũng như việc xử phạt không nghiêm dẫn đến việc ô nhiễm ngày càng tăng, có thể nói là đến mức báo động

thực phẩm hầu như không được xử lý trước khi thải ra môi trường Một số nhà máy chế biến thực phẩm tuy có hệ thống xử lý nước thải nhưng vẫn không

đảm bảo lượng nước thì chi phí lại quá cao

Do vậy, yêu cầu đặt ra là phảNghiên cứu dưới đây có thể là một giải pháp cho vấn đề đó Một hệ thống đơn giản với khả năng đảm bảo nước thải sau khi

xử lý giảm thiểu được ô nhiễm môi trường

Phần I TổNG QUAN tμi liệu

1.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải giết mổ ở Việt Nam 1.1.1 Thị trường giết mổ gia súc ở Việt Nam

Hiện nay trên địa bàn thành phố Hà Nội mạng lưới cơ sở giết mổ tập trung nằm rải rác, trong đó chủ yếu tại khu vực phia Nam Hà Nội, thuộc các quận huyện: Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, Thanh Xuân, Thanh trì Gọi là cơ sở giết mổ tập trung nhưng quy mô nhỏ Nước phục vụ hoạt động giết mổ chủ yếu lấy từ giếng khoan, không ít trường hợp lấy từ nước ao, sau đó nước thải từ quá trình giết mổ lại thải ra cống, xuống ao, sông mà không qua xử lý, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Qua khảo sát một số lò giểt mổ tại Hà Nội: Lò giết mổ Kh-ơng Đình - N-ớc thải giết mổ thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh, hoặc trực tiếp ra sông Trong đó có sông Tô Lịch Ngoài ảnh h-ởng lớn về mặt môi tr-ờng việc giết

mổ không tập trung còn tạo ra sự khó kiểm soát dịch bệnh nh-: lở mồm, long móng ở trâu bò

Sản phẩm của các khu các xí nghiệp giết mổ động vật gồm có thịt, mỡ và các sản phẩm chế biến từ các nguyên liệu thô, một số phụ phẩm như xương (chiếm 30-49%), nội tạng da, lông của gia súc

Nước thải từ các khu cao nhưng các nguồn khác như photsphat lại thấp Nước thải từ các khâu giết mổ, chế biến, nước rửa thiết bị, nước vệ sinh Qui trình xử lí nước thải lò mổ cũng giống như ở các xí nghiệp thực phẩm khác qua giai đoạn xử lí học có thể sử vi sinh rất tốt Do đặc trưng nước thải lò

mổ có hàm lượng nitơ khá cao nên cần phải khử nitơ Xử lí nước thải lò mổ bằng phương pháp sinh học là 1 phương pháp phổ biến được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới

1.1.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm nước thải giết mổ

Nước thải từ các lò mổ chiếm một lượng lớn các thành phần hữu cơ và nitơ cũng như phần còn lại của chất tẩy rửa Nồng độ cao của các chất gây ô nhiễm

trong nước thải thường có nguồn gốc từ khâu làm lòng và xử lý chất thải máu Trong máu có chứa nhiều chất hữu cơ và có hàm lượng nitơ rất cao

Khâu làm lòng là một bộ phận của lò mổ và từ đó đã phát sinh ra một lượng lớn nước thải bị ô được rửa sạch Các chất gây ô nhiễm trong nước gồm có các chất hữu cơ không tan và các chất tạo nên nhũ tương, các chất này không thể tách được bằng cách lọc hoặc lắng cặn

1.1.4 ảnh hưởng của sự ô nhiểm do nước thải giết mổ tới môi trường

và sức khoẻ con ngươì

Nước thải lò giết mổ có chứa ười Nitơ tồn tại ở các dạng chủ yếu sau: Nitơ hữu cơ (N – HC), nitơ amoni (N – NH4+), nitơ nitrit (N- NO2), nitơ nitrat (N – NO3-) và N2 tự do Nitơ là nguyên tố chính xây dựng tế bào tổng hợp protein nên số liệu về chỉ tiêu nitơ là rất cần thiết để xác định khả năng có thể

xử lý một loại nước thải nào đó bằng phương pháp sinh học hay không [7]

Chỉ tiêu hàm lượng nitơ trong nước được xem như là chất chỉ thị tình trạng ô nhiễm của nước vì là sản phẩm phân huỷ các chất chứa protein, trong

điều kiện hiếu khí xẩy ra theo sơ đồ sau :

Oxy hoá

NO3-

Nitrobacter

NO2Protein

-Nitrosomona

NH3 (NH4+)

Hình 1: Qúa trình phân giải protein trong điều kiện hiếu khí

Amoni hầu như không có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người nhưng trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý amoni được chuyển hoá thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại đối với cong người Nitrit là chất rất độc vì liên tục, nitrit tồn tại trong điều kiện đặc biệt, còn amoniac ( NH3) và ion NH4+ tồn tại trong điều kiện kỵ khí Amoniac hoà tan trong nước tạo thành dạng hydroxit amoni (NH4OH) và sẽ phân ly thành các ion

NH4+ và OH- Qúa trình oxi hoá có thể chuyển tất cả dạng nitơ vô cơ thành ion nitrat, còn quá trình khử sẽ chuyển hoá chúng thành ion amoni

Nitơ không những thường xuyên nguồn nước này sẽ bị mắc các bệnh ung thư dạ dầy, thực quản và bệnh tiểu đường [1]

Trong đường ruột trẻ nhỏ thường tìm thấy loại vi khuẩn có thể chuyển hoá nitrat thành nitrit Nitrit có ái lực với hồng cầu ở trong máu mạnh hơn oxy khi nó thay thế oxy sẽ tạo thành methermoglobin, hợp chất này không thể nhận oxy và gây ra bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ (methermglobinemia), thậm chí có thể gây tử vong Những đứa trẻ sơ reductase tương đối thấp - đây là một loại enzym có thể chuyển hoá methermoglobin trở thành hemoglobin

Ngoài Mỹ, một số nước Đông Âu, mức độ nhiễm độc là nguồn nước sinh hoạt lấy từ giếng lên cũng rất đạo luật về an toàn nguồn nước sinh hoạt của Mỹ (SDWA- safe drinking water act) hàm lượng nitơ - nitrat tối đa là 10mg/l [2-8]

Ngoài ra, nếu sinh khi đến tay người tiêu dùng Khi có mặt amoni, hợp chất này phản ứng ngay với clo đ thành sát khuẩn kém hàng trăm lần so với clo nguyên tố [10]

Bên cạnh đó, amoni là nguồn dinh dưỡng cho các sinh vật nước, tảo sinh trưởng và phát triển Sự phát ô nhiễm nước thứ cấp trong quá trình lưu trữ, đồng thời sinh ra các chất độc nitrit và nitrat

1.2.1 Phương pháp xử lý sơ bộ

hiện trên lưới thẳng hoặc cong

+) Rây lưới có khoảng cách giữa các dây 2-4mm được thực hiện trên sàn

cố định Các dây thép nhỏ

+) Loại mỡ thường được thực hiện trong thiết bị loại mỡ kiểu bơm không khí Nó cho phép loại bo được 30% chất béo

Nước thải được làm kết bô ở điều kiện trung tính bằng clorua sắt vàtrong môi trường axit cho thêm lignosunfonat nếu ta muốn thu hồi protein đã kết bông

Việc loại bỏ này nhờ xử lí hóa lí (tạo bông và tách vón cục) giảm BOD từ 70-80% và SS 90%

1.2.3 Phương pháp xử lý sinh học

Do đặc tính của nguồn nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, là môi trường thuận lợi để vi sinh vật có trong nước thải hoạt động nên phương pháp tối

ưu được lựa chọn là phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học là hợp chất vô cơ khác hoà tan trong nước

- Môi trường nước phải đảm bảo là môi trường sống cho quần thể vi sinh vật phân huỷ hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước

- Nước thải phải có á lớn thì phải xử lý kị khí trước khi xử lý sinh học

- Trong nước không đư ải là cơ chất dinh dưỡng của vi sinh vật

- Môi trường nước phải có pH phù hợp cho vi sinh vật

- Trong nước có thành phần chất màu ở mức giới hạn đảm bảo không ảnh hưởng của hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải

1.2.3.1 Phương pháp xử lý sinh học

Cơ sở của phương pháp: Dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và của nước Việc xử lý nước thải thực hiện trên các công trình như: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc và các hồ lọc sinh học

a) Dựa vào khả năng tự làm sạch của nước:

Cơ sở của phương pháp là dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu

là các vi sinh vật sống trong nước và các động vật thuỷ sinh Các chất bẩn có trong nước thải được các vi sinh Nước thải được đưa tới các hồ chứa và quá trình

tự làm sạch diễn ra ở đó Căn cứ theo đặc tính tồn tại và tuần hoàn của vi sinh vật

và sau đó là cơ chế xử lý mà người ta phân biệt 3 loại hồ: kỵ khí, hiếu khí và hồ

kỵ khí tuỳ tiện

ra quá trình oxy hoá các chất bẩn bởi các vi sinh vật hiếu khí Dựa vào phương thức cấp khí người ta chia làm hai loại: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo

hồ thuộc loại sâu Trong hồ có rất ít các vi sinh vật hiếu khí mà chủ yếu là các vi sinh vật sống không cần oxy của không khí Các vi sinh vật này thường sử dụng oxy của các hợp chất như: các khí như mêtan, H2S, CO2,.v.v và nước

+) Hồ kỵ khí tuỳ tiện:

Loại hồ này thường có hai quá trình song song đó là quá trình phân huỷ hiếu khí và quá trình phân huỷ kị khí Tuỳ theo chiều sâu của hồ mà trong hồ tồn tại 3 vùng: lớp trên cùng là cùng Chiều sâu của hồ thường từ 0,9ữ1,5 m phần lớn

ao hồ của chúng ta thuộc loại này Hiên nay nó được sử dụng rông rãi nhất trong các hồ sinh học Trong hồ này xảy ra hai quá trình song song đó là oxy hoá chất bân hữu cơ và quá trình phân huỷ metan cặn lắng

b) Dựa vào khả năng tự làm sạch của đất:

Quá trình xử lý nước thải thực hiện trên cánh đồng tưới và cánh đồng lọc, thực chất là khi cho nước thải thấm qua lớp đất bề mặt thì cặn được giữ lại ở đáy, nhờ có oxy và các vi khuẩn hiếu khí mà quá trình oxy hoá được diễn Như vậy sự

có mặt của oxy không khí trong mao quản đất đá là điều kiên cần thiết cho quá trình xử lý nước thải Càng sâu ước thải qua lớp bề mặt diễn ra ở độ sâu tới 1,5m cho nên cánh đồng lọc và cánh đông tưới thường xây dựng ở những nơi mực nước ngầm thấp hơn 1,5m tính đến mặt đất

1.2.3.2 Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo

a) Xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo bằng phương pháp hiếu khí:

Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxi cần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Trong hoạt động sống của các vi sinh vật diễn ra trong 2 quá trình: Quá trình dinh dưỡng sử dụng các chất hữu cơ , các chất vô cơ và các nguyên tố vi lượng có sẵn

trong nước thải để xây dựng tế bào tế bào mới, quá trình tiếp theo là quá trình phân huỷ các chất ở dạng oxy hoá các hợp chất hữu cơ

• Kỹ thuật bùn hoạt tính (bể Aertoten)

Là thực hiện quá trình oxy hoá các hợp chất hữu cơ và vô cơ nhờ hệ thống vi sih vật hiếu khí và hệ vi sinh vật hô hấp tuỳ tiện có sẵn trong nước, có sục khí trong thiết bị nhân tạo Thiết bị thường là các bể khối hình chữ nhật bằng bê tông

Nước thải sau khi xử lí sơ bộ còn chứa phần lớn các hợp chất hữu cơ ở dạng hoà tan cùng các chất lơ lửng đi vào bể Aeroten Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và chất hữu cơ c vi sinh vật bậc thấp phát triển trong nước thải còn có các loại hợp chất hữu cơ khó bị phân huỷ hoặc chưa hoà tan, khó hoà tan

ở dạng keo – các dạng hợp chất này cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước Các chất hữu cơ ở dạng keo hoặc ở dạng lơ lửng khó hoà tan là các hợp chất bị oxy hoá bằng vi sinh vật khó khăn hoặc chậm hơn

Quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra qua 3 giai đoạn:

tính được hình thành và phát triển Cần cung cấp đủ Oxy cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển Giai đoạn này cần cung cấp đủ oxy

- ư không đổi và ở giai đoạn này các hợp chất hữu cơ bị phân hủy nhiều

nhất

Oxy tăng lên Đây là giai đoạn nitrat hóa các amôn Sau cùng tốc độ tiêu thụ oxy giảm cần kết thúc qúa trình làm việc của aeroten để tránh tình trạng tự phân của các vi sinh vật

+) Để bể Aeroten hoạt động có hiệu quả thì:

- Hàm lượng BOD hay nồng độ các hợp chất hữu cơ không được quá lớn vì khi nồng độ quá lớn sẽ ức chế quá trình phát triển của vi sinh vật, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và vi sinh vật có thể chết Hàm lượng BOD thích hợp cho việc xử lý b như khả năng kết lắng của bùn

- Nhiệt độ nước thải trong bể Aeroten nên duy trì khoảng 16-37 độ C Đây

là nhiệt độ thích hợp cho hệ vi sinh vật phát triển và còn tốt cho quá trình ôxy

hoá xảy ra Nhiệt độ cũng ả p ứng được nhu cầu oxy hoà tan có thể các thiết bị khuấy cơ học, thổi sục khí, hoặc kết hợp khí nén và khuấy,

+) Ưu điểm của phương pháp:

- Yêu cầu về thiết bị đơn giản

- Bông bùn có khả năng tự kết lắng do đó giảm được chi phí xử lý

- Có thể tận dụng bùn làm phân bón

+) Nhược điểm:

- Chỉ xử lý được các loại nước thải có hàm lượng BOD <500mg/lit

- Nếu nước thải có chứa có chứa các hợp chất hữu cơ C, N, P nồng độ cao thì chỉ có 30-40% lượng nitơ, 30% lượng photpho được xử lý Còn lại 60% lượng N, 70% lượng P đi ra khỏi công trình xử lý

- Kỹ thuật lọc sinh học:

+) Nguyên tắc của quá trình lọc sinh học là: dựa trên quá trình hoạt động

của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hoá các chất bẩn hữu cơ có trong nước Các màng sinh học là tập hợp ngoài màng sinh học ở đây chúng phát triển với giá mang là các vật liệu lọc Lọc sinh học là một qua trình sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định phun hay lọc nhỏ giọt (Trickling filter), đĩa lọc quay

trong điều kiện thiếu oxy Sản phẩm của quá trình phân giải các chất bẩn

có trong nước thải là hỗn hợp các khí: CH4, CO2,N2, H2 Trong đó khí mêtan chiếm 65% vì vậy quá trình này còn được gọi là quá trình mêtan hoá

Các vi sinh vật mêtan hoá phân huỷ các chất hữu cơ trong nước như protein, các n huỷ các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử

thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn

Bể phản ứng thường làm bằng bêtông, bằng thép, chất dẻo chống ăn mòn khuấy trộn bằng bơm khí Bể lắng thường thiết kế như một thiết bị cô đặc Tỉ lệ bùn tuần hoàn 50 – 100%

Hệ thống này loại bỏ được khoảng 80 –95% BOD và 65 –90%COD

+) Cơ chế của quá trình xử lý bao gồm 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn thủy phân: là giai đoạn chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có

khối l−ợng phân tử lớn thành các hợp chất thích hợp cho các vi sinh vật sử dụng ( axit béo, axit amin ) Các chất này đóng vai trò là thức ăn và năng l−ợng cho các vi sinh vật sống và hoạt động

- Giai đoạn lên men: Đặc tr−ng của giai đoạn này là chuyển hoá các sản

phẩm tạo ra ở giai đoạn lên men axit, chủ yếu là CH3COOH, H2 bởi nhóm vi khuẩn tạo metan để tạo ra sản phẩm là CH4, CO2 Khi điều kiện của quá trình lên men không tốt thì trong sản phẩm tạo ra của giai đoạn này còn có một số khí khác nh

- Ba quá trình bao gồm: Phân hủy - Lắng bùn - Tách khí đ−ợc lắp đặt trong cùng một thiết bị

- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh rất cao và tốc độ lắng v−ợt

xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

Máng tràn

Đệm bùn

Cấu tạo bể phản ứng yếm khí UASB

- UASB rất hiệu quả trong loại bỏ chất rắn lơ lửng, BOD5, COD

khác với tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật

Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan

Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình

cơ lý, sử dụng các bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axít

Bảng 1: So sánh hiệu quả khử trùng của các phương pháp [21 - 11]

Cl2 hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở 20oC và 1 atm) Khi hòa tan trong nước nó tạo thành hypochlorous acide

Cl2 + H2O → HOCl + H+ + ClVới hàm lượng Cl2 thấp hơn 1000 mg/L và pH > 3 phản ứng thủy phân trên diễn ra hoàn toàn

-Hypochlorous acide sau đó bị ion hóa thành hypochlorite ion

khác như calcium hypochlorite cũng Hypochlorous acide sẽ tác dụng với ammonia để tạo nên monochloroamine, dichloramine và nitrogen trichloride

1.2.5 Các phương pháp xử lý nitơ và chất hữu cơ trong nước thải

Do đặc trưng của nước thải giết mổ có thành phần rất phức tạp, có hàm lượng chất hữu cơ và nitơ cao Do vậy để xử lý triệt để nước thải giết mổ gia súc phải kết hợp xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ

Có nhiều phương pháp được áp dụng để xử lý amoni trong nước thải như: Phương pháp hoá lý (sục khí đuổi amoniac trong môi trường kiềm (xử lý nitơ tồn tại dưới dạng NH+4)), hoá học (oxi hoá bằng các chất oxi hoá gốc clo) và sinh học Nhược điểm của trong nước thải bằng phương pháp sinh học được phát triển

và ứng dụng vào thực tế từ những năm 1960 Ngày nay, phương pháp này đã

được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải nhiều ngành công nghiệp khác nahu ở nhiều nước trên thế giới

a) Phương pháp clo hoá tới điểm đột biến

Clo gần như là hoá chất duy nhất có khả năng oxy hoá amoni/amoniac ở nhiệt độ phòng thành N2 Khi hoà tan clo trong nước, tuỳ theo pH của nước mà clo có thể nằm ở dạng HCL hay ClO- do có phản ứng theo phương trình:

Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO (pH< 7) ↔ H+ +Cl- (pH >8) Khi trong nước có NH4+ sẽ xẩy ra phản ứng sau:

) Nếu có clo dư sẽ xẩy ra phản ứng phân huỷ các cloramin

2NH2Cl + HClO = N2 + 3H+ + 3Cl- + H2O Lúc này, lượng clo dư trong nước sẽ giảm tới gía trị nhỏ nhất vì xẩy ra sự phân huỷ cloramin, điểm tương ứng với giá trị này gọi là điểm đột biến

Tốc độ phản ứng của clo với chất hữu cơ bằng nửa so với amini Khi amoni phản ứng gần hết, clo sẽ phản ứng với các chất hữu cơ có trong nước để hình thành chất cơ clo có mùi đặc trưng khó chịu Trong đó, khoảng 15% là các chất nhóm Trihalometan - THM và axit axetic halogen hoá (HAA), chúng đều là các chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế nồng độ nghiêm ngặt, [1]

Ngoài ra, với lượng clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở nên khó giải quyết đối với các nhà máy lớn Đây là những lỹ do khiến phương pháp clo hoá mặc dù rất đơn giản và rẻ về tiền mặt thiết bị và xây dựng cơ bản nhưng rất khó

áp dụng

b) Phương pháp thổi khí ở pH cao:

Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:

NH4+ ↔ NH3 (khí hoà tan) + H+ với pKa = 9,5 Như vậy ở pH gần 7 chỉ có 1 lượng rất nhỏ khí NH3 so với amoni Nếu ta nâng pH tới 9,5 tỷ lệ [về phía phải:

NH4+ + OH- ↔ NH3 ↑ + H2O Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, lượng khí cần để đuổi NH3 ở mức 1600 m3 không khí/m3 nước và quá trình rất phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, tuy nhiên khó có thể xử lý

triệt để N-amoni và cũng không có khả năng xử lý nitơ trong các hợp chất hữu cơ

Ngoài ra, một số phương pháp hoá lý hoá học khác theo lý thuyết cũng có thể xử lý được N-amoni trong nước, như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp ozon hóa với xúc tác Bromua Tuy nhiên, chi phí xử lý của các phương pháp này quá cao, cũng như hiệu quả xử lý phụ thuộc vào thành phần của nước nên không phù hợp trong xử lý nước thải

Trong rất nhiều nghiên cứu các nhà khoa học đã chứng minh xử lý bằng phương pháp sinh học đã mang lại cho con người những lợi điểm như sau: hiệu suất xử lý Nitơ cao ương pháp khác và do những ưu điểm trên nên phương pháp sinh học mang tính kinh tế cao

Thực ra, tính quan trọng của phương pháp sinh học xuất phát từ những tính năng của nó như xử lý dễ dàng các sản phẩm trong nước, không gây ô nhiễm thứ cấp đồng thời cho ra sản phẩm nước với một chất lượng bảo đảm sạch về mặt hoá chất độc hại và ổn định về hoạt tính sinh học, chất lượng cao (cả về mùi, vị

và tính ăn mòn) trong phương pháp này amoni sẽ bị chuyển hoá thành nitrat rồi

N2 nhờ hoạt tính của vi sinh vật trong tự nhiên Trong quá trình xử lý, vi sinh vật

sẽ được tạo các điều kiện về dinh dưỡng cũng như các yếu tố khác để có thể đạt

được hoạt tính cao nhất ở phương pháp sinh học có thể thực hiện bao gồm 2 quá trình nối tiếp là nitrat hoá và khử nitrat hoá như sau:

Phương trình tổng :

NH4+ + 2O2 = NO3- + 2H+ + H2O Trong môi trường hiếu khí, vi sinh vật có chức năng chuyển hoá amoni thành nitrat là: Nitrosomonas và Nitrobacter Chúng là loại vi sinh vật tự dưỡng

sử dụng nguồn cacbon vô cơ trong nước – muối bicabonat làm cơ chất theo phản ứng:

Khác với quá trình nitrat hoá, quá trình khử nitrat hoá sử dụng oxy từ nitrat nên gọi là anoxic (thiếu khí) các vi khuẩn ở đây là dị dưỡng, nghĩa là cần cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới

Qúa trình khử nitrat hoá là tổng hợp của 4 phản ứng nối tiếp sau:

NO3- → NO2-→ NO(k)→ N2O(k) → N2(k)

Các nhà khoa học đã phân lập được ít nhất được 14 loại vi khuẩn tham gia vào quá trình khử Nitrat Chúng là: Bacilluss, pseudomonas, methanomonas Phần lớn các vi khuẩn này là dị dưỡng nghĩa là chúng dùng cacbon hữu cơ có sẵn và chúng sẽ oxi hoá để tổng hợp tế bào mới [8-4]

Các phương tình tỷ lượng của quá trình nitrat hoá phụ thuộc vào nguồn cacbon sử dụng như sau:

10NO3- + C10H19O3N → 5N2 + CO2 + 3H2O + NH3 + OH

-Trong đó: C10H19O3N : là công thức trung bình của chất hữu cơ trong nước thải

a) Cơ chế của quá trình phân huỷ hiếu khí:

Trong quá trình oxi hoá chất hữu cơ, vi sinh vật sử dụng oxi để chuyển hoá các chất hữu cơ thành các sản phẩm oxi hoá Qúa trình này sinh ra năng lượng

và vi sinh vật sử dụng năng lượng này để tổng hợp tế bào mới Trong quá trình tổng hợp tế ào, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ, oxi, các chất dinh dưỡng N, P, vi lượng và năng lượng từ quá trìn oxi hóa để tổng hợp nên tế bào mới Bên cạnh quá trình tổng hợp tế bào cũng xẩy ra quá trình tự oxi hóa tế bào Phương trình hoá học biểu diễn các quá trình phân huỷ chất hữu cơ như sau:

- Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ:

- Tổng hợp sinh khối (các hợp chất có chứa nitơ)

- Qúa trình tự huỷ của sinh khối vi khuẩn:

N NH O H CO O

NO H

Qúa trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật bao gồm các giai đoạn:

- Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào

- Hấp phụ, khuyếch tán các hợp chất hữu cơ qua màng bán thấm vào trong

b) Cơ chế của quá trình phân huỷ thiếu khí:

Qúa trình phân huỷ thiếu khí các chất hữu cơ là qúa trình phức tạp, tạo ra nhiều sản phẩm và trải qua nhiều phản ứng trung gian Sản phẩm cuối cùng của quá trình chủ yếu là khí như: CH4, CO2, H2

Chất hữu cơ ⎯Vi⎯ sinh ⎯aˆt→ CH4 + CO2 +H2 +NH3 + H2S + tế bào mới

Phần II Khảo sát vμ lựa chọn qui trình xử lí nước THảI

KHU GIếT Mổ LợN KHƯƠNG ĐìNH

2.1 Khảo sát khu giết mổ lợn Khương Đình

Lò giết mổ gia súc Khương Đình trước đây được 8 chủ mổ thuê và họ hoạt

động độc lập Công suất lò giết mổ là 300 con/ngày tương đương với

150m3/ngày đêm Sau một thời gian hoạt động lò giết mổ này đã tồn tại một số bất hợp lý sau:

- Mặt bằng hoạt động giết mổ gia súc của các chủ mổ bố trí chưa hợp lí so với công nghệ mổ gia súc và nhu cầu tăng sản lượng

- Nhu cầu về nước sạch chưa đảm bảo về số lượng cũng như chất lượng,

đường ống cấp nước tới các gian giết mổ bố trí chưa hợp lí

- Lượng nước thải có lẫn phế liệu chưa được xử lí mà thải thẳng ra hồ cạnh

Lựa chọn công nghệ xử lí nước thải dựa trên :

- Khả năng sử dụng nước thải cho các mục đích kinh tế tại địa phương

- Diện tích và vị trí đất đai sử dụng xây dựng trạm xử lí nước thải

- Nguồn tài chính và các điều kiện kinh tế khác

2.2.2 Đề xuất quy trình xử lý nước thải lò giết mổ Khương Đình

™ Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

+) Bể lắng 1 (bể lắng sơ cấp) kết hợp tách dầu mỡ:

Là bể lắng hình chữ nhật có trang bị hệ thống gạt dầu mỡ Mục đích là để lắng, loại các tạp chất lơ lửng đặc biệt là dầu mỡ, điều hòa tải trọng các chất bẩn cho các quá trình sinh học phía sau

+) Bể UASB:

Bể phản ứng làm băng bê tông, thép không gỉ, được cách nhiệt với bên ngoài Trong bể dòng nớc dâng lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng đặt cùng với bể phản ứng cao từ đáy bể lên là lớp bùn do các hạt keo tụ, nồng độ khoảng

5 –7 %, lớp này là lớp bùn lơ lửng với nồng độ 1000 – 3000mg/l, gồm các bông cặn chuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống

+) Bể Aeroten có 2 ngăn (Ngăn hiếu khí và ngăn thiếu khí):

Đây là phương pháp xử lý hiếu khí thông dụng nhờ hệ vi sinh vật cú trong bùn hoạt tính Nước thải sẽ chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hoá của các hợp chất hữu cơ chứa trong nước Bùn hoạt tính được tách từ bể lắng 2, một phần được tuần hoàn còn phần lớn được xử lý ở bể tiêu huỷ bùn Nước thải sau

xử lý đạt tiêu chuẩn thải được đổ vào nguồn tiếp nhận

+) Bể lắng 2 (Bể lắng thứ cấp):

Là bể lắng hình côn: có nhiệm vụ lắng trong nước ở trên để xả ra nguồn tiếp nhận và hồi lưu một phần bùn về bể Aeroten để đảm bảo hoạt động của bể Phần bùn còn lại để xử lý bằng Cl2 sau đó mới đưa vào hệ thống thoát nước chung

Phần III Tính toán các thông số công nghệ vμ thiết bị

3.1 Song chắn rác

Nước thải trước khi đưa tới các công trình làm sạch phải qua song chắn rác Song chắn rác dùng để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định

Song chắn rác được làm băng kim loại, đặt nghiêng 60 - 750 so với phương ngang

Chọn thanh chắn rác hình tròn, khoảng cách giữa các thanh là 10 mm Chọn mương chứa thanh chắn có chiều rộng là 0,3m, chiều cao 0,4m

3.2 Tính bể lắng 1

a)Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng:

Q : lưu lượng dòng vào,Q = 150 m3/ngày

U0: Tốc độ lắng của các hạt cặn trong bể (m3/m2 ngày)

BODV, BODr : lưîng BOD vµo vµ ra khái UASB, mg/l

Q: lưu lưîng nưíc th¶i, Q= 150 m3/ngµy

H1 là chiều cao phần yếm khÝ

H2 là chiều cao phần lắng chọn H2 =1 m [195 - 8]

H3 là chiều cao dự trữ của bể Chọn H3 = 0,3m

Vậy chiều cao tổng cộng của bể là H = 4,25 + 1,5 + 0,3 = 5,55 (m)

7 Thể tÝch toàn bể

F: ThiÕt diÖn bÓ (m2)

→ Vo = 12 × 5,55 = 66,6 (m3)

) ( 6 , 10 ) ( 44 , 0 150

6 , 66

0

h ngày

44 , 0

9.6,530

vậy 0,35 [(2,4 0,8) 150 1,42 25,137] 76,75( 3/ )

+) Tấm chắn khí và tấm hướng dòng

Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí là b

Vận tốc nước qua khe vào ngăn lắng (vqua khe = 9 -10m/h)

Chọn vqua khe = 9m/h

Trong bể UASB ta bố trí 2 tấm hướng dòng và 4 tấm chắn khí, các tấm này

đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang một góc 550

Sin

ư

= 1,221 m Chọn chiều rộng bằng 1222 mm

Sin

h

ư +

Với h = b.sin(900 - 550) = 57,9.sin350 = 3,21 (mm)

55

00321 , 0 0,3 1,5

Sin

ư +

= 2,44 m Chọn chiều rộng bằng 2440 mm

=> Tấm hướng dòng: đặt nghiêng so với phương ngang một góc ϕ và cách tấm chắn khí dưới 57,9 mm

Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn 1:

a1 = bkhe cos550 = 57,9.cos 550 = 3,21 mm

D = 2.l + 2.150 = 2.70,683 + 2.150 = 441,366 mm Chiều dài tấm hướng dòng: B = 3m

+) Tính máng thu nước

Chọn máng thu nước bê tông

Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng, thiết

kế một máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều dài bể Vận tốc nước chảy trong máng 0,6 - 0,7m/s, [143-10]

để dẫn nước sang bể Aeroten

Φ

+) Máng răng cưa:

*)Tính lượng khí sinh ra và ống thu khí :

Lượng khí sinh ra trong bể = 0,5 m3/kgCOD loaị bỏ, [11]

Trong đó lượng khí metan sinh ra chiếm 70 - 80%

Chọn metan sinh ra chiếm 70%

=> Lượng khí metan sinh ra = 0,35 /kgCODloaịbỏ

Tính ống thu khí

Chọn vận tốc khí trong ống Vkhí = 10 m/s

Đường kính ống dẫn khí :

Chọn đường kính ống khí Φ14 (Φtrong = 8)