Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR cải tiến ứng dụng tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cty dụ đức, tỉnh tiền giang

Trong đó nước thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ cao vì được thải ra từ các khách sạn, nhà nghỉ, trụ sở cơ quan, văn phòng, trường học, cơ sở nghiên cứu, cửa hàng bách hóa, siêu thị, chợ, nhà hà

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ SBR CẢI TIẾN - ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY

DỤ ĐỨC, TỈNH TIỀN GIANG

Ngành: MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Lâm Vĩnh Sơn Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Hải MSSV: 0851080017 Lớp: 08DMT1

Người thực hiện đề tài xin cam đoan nội dung đồ án là kết quả thực hiện của riêng người thực hiện Những kết quả trong đồ án là trung thực, được thực hiện trên

cơ sở nghiên cứu lý thuyết, vận hành mô hình thí nghiệm, khảo sát, làm việc với một số công trình thực tế và dưới sự hướng dẫn của Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn

Nội dung đồ án có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của đồ án

Qua thời gian học tập tại trường, nhờ được thầy cô chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức hữu ích, cuối cùng em cũng hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến các thầy cô Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp HCM đã dạy dỗ và hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lâm Vĩnh Sơn, người thầy đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Bên cạnh đó em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh Huỳnh Tấn Đạt, giám đốc Công ty TNHH MTV Công Nghệ Môi Trường Lê Huỳnh đã hỗ trợ thiết bị, vật tư giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án

Cảm ơn gia đình đã nuôi dạy con khôn lớn thành người, tạo điều kiện tốt nhất cho con học tập

Trong đồ án chắc không thể không tránh khỏi thiếu xót, kính mong thầy cô thông c ảm và đóng góp ý kiến để em rút kinh nghiệm và chỉnh sửa Một lần nữa

em xin chân thành cảm ơn

Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 07 năm 2012

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC



MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa đề tài 3

6 Phạm vi nghiên cứu 4

7 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT - CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 5

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải 5

1.1.2 Thành phần nước thải 6

1.1.2.1 Thành phần vật lý 6

1.1.2.2 Thành phần hoá học 6

1.1.2.3 Thành phần sinh học 7

1.1.3 Tính chất của nước thải sinh hoạt 8

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý 8

1.2.1 Phương pháp cơ học 8

1.2.2 Phương pháp hoá lý 11

1.2.3 Phương pháp sinh học 12

CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH SBR CẢI TIẾN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1 Chuẩn bị mô hình thí nghiệm 23

2.1.1 Vật tư, dụng cụ, máy móc 23

2.1.2 Thiết bị đo 24

2.1.3 Nước thải đầu vào 25

2.2 Mô hình SBR cải tiến 25

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình 25

2.2.2 Mô tả mô hình thí nghiệm 26

2.2.3 Cách thức phân tích mẫu 28

2.3 Kết quả mô hình thí nghiệm 29

2.3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu giai đoạn thích nghi 29

2.3.2 Kết quả phân tích các chỉ tiêu mô hình SBR cải tiến 31

2.4 Kết luận chung 41

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG TY DỤ ĐỨC 3.1 Giới thiệu chung về công ty 42

3.1.1 Thông tin về công ty Dụ Đức 42

3.1.2 Công nghệ và dây chuyền sản xuất 42

3.2 Các nguồn phát sinh chất thải 44

3.2.1 Chất thải rắn 44

3.2.2 Khí thải 44

3.2.3 Nước thải 44

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY DỤ ĐỨC 4.1 Nghiên cứu đề xuất phương án 45

4.1.1 Các quy định chung 45

4.1.2 Thiết kế trạm xử lý 45

4.1.3 Thành phần tính chất nước thải đầu vào tại Công ty Dụ Đức 46

4.1.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải 47

4.2 Tính toán chi tiết các công trình đơn vị 50

4.2.1 Song chắn rác 52

4.2.2 Hố thu gom 54

4.2.3 Bể điều hoà 57

4.2.4 Bể điều chỉnh pH 63

4.2.5 Bể SBR cải tiến 66

4.2.6 Bể trung gian 77

4.2.7 Bồn lọc áp lực 78

4.2.8 Bể khử trùng 88

4.2.9 Bể chứa nước sạch 91

4.2.10 Bể nén bùn 91

4.2.11 Máy ép bùn 94

4.3 Tính toán kinh tế 95

4.3.1 Chi phí xây dựng, máy móc, thiết bị 95

4.3.2 Chi phí vận hành 102

4.3.2.1 Chi phí nhân công 102

4.3.2.2 Chi phí khấu hao 102

4.3.2.3 Chi phí điện năng 105

4.3.2.4 Chi phí hoá chất 102

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận 103

2 Kiến nghị 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số nước thải đầu vào 25

Bảng 2.2 Kết quả phân tích chỉ tiêu giai đoạn thích nghi 29

Bảng 2.3 Sự thay đổi pH trong thí nghiệm 30

Bảng 2.4 Sự thay đổi nhiệt độ trong thí nghiệm 31

Bảng 2.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu BOD5 chu kỳ 10 h 31

Bảng 2.6 Kết quả phân tích chỉ tiêu amoni chu kỳ 10 h 32

Bảng 2.7 Kết quả phân tích chỉ tiêu nitrat chu kỳ 10 h 33

Bảng 2.8 Kết quả phân tích chỉ tiêu phosphate chu kỳ 10 h 34

Bảng 2.9 Kết quả phân tích chỉ tiêu BOD5 chu kỳ 8 h 34

Bảng 2.10 Kết quả phân tích chỉ tiêu amoni chu kỳ 8 h 35

Bảng 2.11 Kết quả phân tích chỉ tiêu nitrat chu kỳ 8 h 36

Bảng 2.12 Kết quả phân tích chỉ tiêu phosphate chu kỳ 8 h 37

Bảng 2.13 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu BOD5 37

Bảng 2.14 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu amoni 38

Bảng 2.15 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu nitrat 39

Bảng 2.16 Kết quả so sánh hiệu suất xử lý giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu phosphate 40

Bảng 2.17 Kết quả phân tích các chỉ tiêu không qua xử lý sinh học 40

Bảng 4.1 Kết quả phân tích mẫu nước công ty Dụ Đức khi chưa xử lý 46

Bảng 4.2 Các thông số thuỷ lực của mương dẫn nước thải đến song chắn rác 51

Bảng 4.3 Các thông số xây dựng mương đặt song chắn rác 54

Bảng 4.4 Hệ số an toàn công suất 56

Bảng 4.5 Các thông số xây dựng hố thu gom 57

Bảng 4.6 Các dạng khuấy trộn bể điều hoà 58

Bảng 4.7 Các thông số xây dựng bể điều hoà 62

Bảng 4.8 Tỉ số giữa chiều dài và chiều rộng 64

Bảng 4.9 Các thông số xây dựng bể điều chỉnh pH 65

Bảng 4.10 Hệ số động học bùn hoạt tính ở 20 oC 70

Bảng 4.11 Các thông số xây dựng bể SBR cải tiến 76

Bảng 4.12 Các thông số xây dựng bể trung gian 78

Bảng 4.13 Các thông số kích thước bồn lọc 87

Bảng 4.14 Các thông số xây dựng khử trùng 90

Bảng 4.15 Các thông số xây dựng bể chứa nước sạch 91

Bảng 4.16 Các thông số xây dựng bể nén bùn 94

Bảng 4.17 Chi phí xây dựng, máy móc thiết bị 95

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại 14

Hình 1.2 Sơ đồ xử lý nước thải theo quá trình sinh trưởng dính bám hiếu khí 18

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể USBF 21

Hình 2.1 Vật tư cho mô hình 23

Hình 2.2 Dụng cụ cho mô hình 24

Hình 2.3 Máy móc cho mô hình 24

Hình 2.4 Máy móc phụ trợ cho mô hình 24

Hình 2.5 Thiết bị đo 25

Hình 2.6 Sơ đồ mô hình SBR cải tiến 27

Hình 2.7 Cách bố trí máy khuấy 27

Hình 2.8 Biểu đồ sự thay đổi pH quá trình thí nghiệm 30

Hình 2.9 Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ quá trình thí nghiệm 31

Hình 2.10 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu BOD5 trong thí nghiệm 32

Hình 2.11 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu amoni trong thí nghiệm 33

Hình 2.12 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu nitrat trong thí nghiệm 33

Hình 2.13 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu phosphate trong thí nghiệm 34

Hình 2.14 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu BOD5 trong thí nghiệm 35

Hình 2.15 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu amoni trong t hí nghiệm 36

Hình 2.16 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu nitrat 36

Hình 2.17 Biểu đồ sự thay đổi chỉ tiêu phosphate trong thí nghiệm 37

Hình 2.18 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu BOD5 38

Hình 2.19 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu amoni 39

Hình 2.20 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu nitrat 39

Hình 2.21 Biểu đồ so sánh hiệu suất giữa 2 chu kỳ với chỉ tiêu phosphate 40

Hình 3.1 Quy trình may mũ giày 42

Hình 3.2 Quy trình lắp ráp giày thành phẩm 43

Hình 4.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 46

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Môi trường, một vấn đề nóng bỏng, đang được cả thế giới quan tâm

Nằm trong khung cảnh của thế giới, đ ặc biệt là khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, môi trường Việt Nam cũng đang xuống cấp cục bộ, có nơi bị hủy hoại nghiêm trọng gây nên nguy cơ mất sinh thái cân bằng nghiêm trọng, sự cạn kiệt các nguồn tài nguyên, làm ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống và sự phát triển bền vững của đất nước

Do vậy, việc “Bảo vệ môi trường” không chỉ là nhiệm vụ của một quốc gia nào

đó, mà đó là nghĩa vụ - nhiệm vụ của mỗi người nói riêng và toàn cầu nói chung Ngày nay với tốc độ phát triển kinh tế nhanh thì cùng với đó là một lượng thải lớn nước thải mang nhiều chất độc hại thải ra từ các ho ạt động sinh hoạt, ăn uống, tắm giặt, sản xuất…thải trực tiếp vào nguồn nước Trong đó nước thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ cao vì được thải ra từ các khách sạn, nhà nghỉ, trụ sở cơ quan, văn phòng, trường học, cơ sở nghiên cứu, cửa hàng bách hóa, siêu thị, chợ, nhà hàng ăn uống, cửa hàng thực phẩm, cơ sở sản xuất, doanh trại lực lượng vũ trang, khu chung

cư, khu dân cư,…

Lượng nước thải sinh hoạt này chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, hàm lượng COD, BOD cao Đây là môi trường bền vững cho vi sinh vật gây bệnh phát triển Đặc biệt nước thải sinh hoạt chứa một lượng lớn hàm lượng các nguyên

tố dinh dưỡng như: nitơ, phốt pho - Đây là một trong các nguyên nhân gây nên hiện tượng “phú dưỡng” nguồn nước tại các sông, hồ

Trước tình hình trên cần phải có các biện pháp quản lý, sử dụng, xử lý kịp thời và đúng đắn nhất đối với nguồn tài nguyên nước để đảm bảo cùng sự phát triển kinh tế

- xã hội và bảo vệ môi trường xanh - sạch - đẹp

Việc tìm hiểu, nghiên cứu những công nghệ mới xử lý nước thải tốt hơn, hiệu quả hơn đang là vấn đề đặt ra đối với nhu cầu hiện nay

Hiện nay, công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh vật theo từng mẻ liên tục (SBR

- Sequential Batch Reactor) được nghiên cứu mạnh và triển khai nhiều trong thực tế

thay thế công nghệ sử dụng bể Aerotank truyền thống Đây là phương pháp được phát triển trên cơ sở xử lý bằng bùn hoạt tính, vận hành theo từng mẻ liên tục và dễ dàng kiểm soát được theo thời gian, có cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho, dễ vận hành Để nâng cao hiệu xuất xử lý, người thực hiện đề tài thực hiện việc nghiên cứu tìm giải pháp để cải tiến công nghệ SBR

Do đó đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR cải

tiến - Ứng dụng tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty Dụ Đức, tỉnh Tiền Giang” đã được lựa chọn để làm trong đồ án tốt nghiệp

3 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải sinh hoạt

- Mô hình thí nghiệm SBR cải tiến

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp luận:

Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phổ biến nhất hiện nay, việc tìm hiểu và áp dụng những công nghệ mới xử lý là một vấn đề cần thiết Như vậy, với mục tiêu đã

đề ra, trong đồ án này người thực hiện đề tài sẽ tập trung nghiên cứu, phân tích một

số chỉ tiêu quan trọng để xem xét hiệu quả xử lý của công nghệ SBR cải tiến so với SBR thông thường và tìm ra chu kỳ thích hợp để vận hành hệ thống, từ đó đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải áp dụng cho công ty Dụ Đức

Phương pháp thực hiện:

- Phương pháp thực tế: Với việc đi làm thực tế tại một số công trình có xây dựng

bể SBR, người thực hiện đề tài nhận thấy có thể nâng cao hiệu xuất xử lý nước

thải của SBR, kết hợp với tài liệu có được từ phía công ty Dụ Đức được sử dụng phục vụ cho đề tài

- Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện đã tham khảo các mô hình nghiên cứu về SBR và các công trình thực tế của công ty Chiline Việt Nam

- Phương pháp phân tích: Lấy mẫu và gửi phân tích các chỉ tiêu BOD5, amoni, nitrat, phosphate tại Trung tâm tư vấn công nghệ môi trường và an toàn vệ sinh lao động

- Phương pháp tính toán: Tính toán thiết kế HTXLNT sinh hoạt tại công ty Dụ Đức đạt quy chuẩn quy định

- Phương pháp so sánh: So sánh ưu, nhược điểm của công nghệ SBR cải tiến với SBR thông thường

- Phương pháp toán: Sử dụng các công thức toán học để tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý, dự tính chi phí xây dựng và vận hành trạm xử lý

- Phương pháp phần mềm: Sử dụng phần mềm Excel để tính, biểu diễn biểu đồ, Autocad để mô tả các công trình xây dựng

- Phương pháp tham khảo ý kiến: Hỏi ý kiến giáo viên hướng dẫn

- Giảm thiểu tác động xấu đến môi trường

- Việc xây dựng HTXLNT là chủ trương đúng đắn theo quy định hướng phát triển bền vững của Đảng và Nhà Nước

6 Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài nghiên cứu này được thực hiện đối với nước thải sinh hoạt

- Mô hình thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện bình thường

- Thời gian thực hiện đề tài: Từ 02/05/2012 đến 21/07/2012

7 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về nước thải sinh hoạt - Các phương pháp xử lý

- Chương 2: Thí nghiệm mô hình SBR cải tiến xử lý nước thải sinh hoạt

- Chương 3: Tổng quan công ty Dụ Đức

- Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty Dụ Đức

- Kết luận - Kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT - CÁC

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải

Nước thải sinh hoạt đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà xưởng… của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ, công ty Như vậy nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn cũng t ạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt

Lượng nước thải sinh hoạt của các khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là 100 - 250 l/người.ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 - 500 l/người.ngày (đối với các nước phát triển) Tiêu chuẩn cấp nước của các đô thị nước ta hiện nay dao động từ 120 - 180 l, đối với khu vực nông thôn tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt từ 50

- 12 l tiêu chuẩn nước thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh ho ạt lấy bằng 80 - 100 % tiêu chuẩn cấp nước cho mục đích nào đó Ngoài ra lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của nhân dân

Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng, công ty phụ thuộc vào loại công trình chức năng số người tham gia, phục vụ trong đó

Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn Lượng nước thải của thành phố 20.000 dân khoảng 40.000 - 60.000 m3/ngày Tổng lượng nước thành phố Hà Nội năm 2006 gần 500.000 m3/ngày Trong quá trình sinh ho ạt con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng lớn chất bẩn nhất định phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các các chất dinh dưỡng

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (50 - 55 %), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh Đồng thời trong nước thải

còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hoá chất bẩn trong nước Trong nước thải đô thị còn có vi khuẩn gây bệnh phát triển

Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ công trình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước

1.1.2 Thành phần nước thải

1.1.2.1 Thành phần vật lý

Theo trạng thái vật lý, các chất bẩn trong nước thải được chia thành:

- Các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng, kích thước lớn hơn 10-4 mm, có thể ở dạng huyền phù, nhũ tương hoặc dạng sợi, giấy, vải

- Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước hạt trong khoảng 10-4 - 10-6 mm

hoặc phân li thành ion

1.1.2.2 Thành phần hoá học

Các chất hữu cơ trong nước thải chiếm khoảng 50 - 60 % tổng các chất Các chất hữu cơ này bao gồm chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau, hoa quả, giấy và các chất hữu cơ động vật: chất thải bài tiết của người Các chất hữu cơ trong nước thải theo đặc tính hóa học gồm chủ yếu là protein (chiếm 40 - 60 %), hydratcacbon (25 -

50 %), các chất béo, dầu mỡ (10 %) Urê cũng là chất hữu cơ quan trọng trong nước thải Nồng độ các chất hữu cơ thường được xác định thông qua chỉ tiêu BOD, COD Bên cạnh các chất trên nước thải còn chứa các liên kết hữu cơ tổng hợp: các chất hoạt động bề mặt mà điển hình là chất tẩy tổng hợp (Alkyl bezen sunfonat - ABS) rất khó xử lí bằng phương pháp sinh học và gây nên hiện tượng sủi bọt trong các trạm xử lý nước thải và trên mặt nước nguồn - nơi tiếp nhận nước thải

Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40 - 42 % gồm chủ yếu: cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ,… Nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơ như sắt, magie,

canxi, silic, nhiều chất hữu cơ sinh ho ạt như phân, nước tiểu và các chất thải khác như: cát, sét, dầu mỡ Nước thải vừa xả ra thường có tính kiềm, nhưng dần dần trở nên có tính axit vì thối rữa

1.1.2.3 Thành phần sinh học

Trong nước thải còn có mặt nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, vi rút, nấm, rong tảo, trứng giun sán Trong số các dạng vi sinh vật đó, có thể có cả các vi trùng gây bệnh, ví dụ: lỵ, thương hàn, có khả năng gây thành dịch bệnh Về thành phần hóa học thì các loại vi sinh vật thuộc nhóm các chất hữu cơ

Khi xét đến các quá trình xử lí nước thải, bên cạnh các thành phần vô cơ, hữu cơ,

vi sinh vật như đã nói trên thì quá trình xử lí còn phụ thuộc rất nhiều trạng thái hóa

lí của các chất đó và trạng thái này được xác định bằng độ phân tán của các hạt Theo đó, các chất chứa trong nước thải được chia thành 4 nhóm phụ thuộc vào kích thước hạt của chúng

Nhóm 1: Gồm các tạp chất phân tán thô, không tan ở dạng lơ lửng, nhũ tương,

thể là chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật và hợp cùng với nước thải thành hệ dị thể không bền và trong điều kiện xác định, chúng có thể lắng xuống dưới dạng cặn lắng hoặc nổi lên trên mặt nước hoặc tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong khoảng thời gian nào đó Do đó, các chất chứa trong nhóm này có thể dễ dàng tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp trọng lực

Nhóm 2: Gồm các chất phân tán dạng keo với kích thước hạt của nhóm này nằm trong khoảng 10-4 - 10-6 mm Chúng gồm 2 loại keo: keo ưa nước và keo kị nước

- Keo ưa nước được đặc trưng bằng khả năng liên kết giữa các hạt phân tán với nước Chúng thường là những chất hữu cơ có trọng lượng phân tử lớn: hydratcacbon (xenlulo, tinh bột), protit (anbumin, hemoglobin)

- Keo kị nước (đất sét, hydroxyt s ắt, nhôm, silic) không có khả năng liên kết như keo ưa nước

Thành phần các chất keo có trong nước thải chiếm 35 - 40 % lượng các chất lơ lửng Do kích thước nhỏ bé nên khả năng tự lắng của các hạt keo là khó khăn Vì vậy, để các hạt keo có thể lắng được, cần phá vỡ độ bền của chúng bằng phương pháp keo tụ hóa học hoặc sinh học

Nhóm 3: Gồm các chất hòa tan có kích thước hạt phân tử nhỏ hơn 10-7 mm Chúng tạo thành hệ một pha còn gọi là dung dịch thật Các chất trong nhóm 3 rất khác nhau về thành phần Một số chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất nước thải: độ màu, mùi, BOD, COD,… được xác định thông qua sự có mặt các chất thuộc nhóm này và

để xử lí chúng thường sử dụng biện pháp hóa lí và sinh học

mm (phân tán ion) Các chất này chủ yếu là axit, bazơ và các muối của chúng Một trong số đó như các muối amonia, phosphat được hình thành trong quá trình xử lí sinh học

1.1.3 Tính chất của nước thải sinh hoạt

Tính chất nước thải giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ thống xử lý

và quản lý chất lượng môi trường, sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải quyết định tải trọng thiết kế cho các công trình đơn vị

Thành phần và tính chất nhiễm bẩn của nước thải sinh ho ạt phụ thuộc vào tập quán sinh hoạt, mức sống của người trong công ty, mức độ hoàn thiện của thiết bị, trạng thái làm việc của thiết bị thu gom nước thải Lưu lượng nước thải thay đổi tuỳ theo điều kiện tiện nghi cuộc sống, tập quán dùng nước của từng dân tộc, điều kiện

tự nhiên và lượng nước cấp Còn nồng độ bẩn của nước thải sinh hoạt được xác định theo tải lượng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý

1.2.1 Phương pháp cơ học

Xử lý cơ học gồm những quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó Xử lý cơ học nhằm tách các chất lơ

lửng, chất rắn dễ lắng ra khỏi nước thải, cặn có kích thước lớn loại bỏ bằng song chắn rác Cặn vô cơ (cát, s ạn, mảnh kim loại…) được tách ra khi qua bể lắng cát

Xử lý cơ học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo và

là bước ban đầu cho xử lý sinh học Đối với nhà máy sản xuất, trong xử lý này thường có các thiết bị như: song chắn rác (SCR), bể vớt dầu, bể tuyển nổi, bể lắng

đợt một, bể lọc

Song chắn rác, lưới lọ c: thường được đ ặt trước trạm bơm trên đường tập trung

nước thải chảy vào hầm bơm, nhằm bảo vệ bơm không bị rác làm nghẹt SCR và

Vận tốc nước qua SCR giới hạn từ 0,6 - 1 m/s Vận tốc cực đại dao động trong kho ảng 0,75 - 1 m/s nhằm tránh đ ẩy rác qua khe của song Vận tốc nhỏ nhất là 0,4 m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải SCR và lưới chắn rác dùng để chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như giấy, rau cỏ, rác và các loại khác được gọi chung là rác Rác được lấy bằng thủ công, hay bằng các thiết bị tự động

hoặc bán tự động Rác sau khi thu gom thường được vận chuyển đến bãi chôn lấp

Bể tách dầu mỡ: được sử dụng để vớt bọt giúp loại bỏ dầu, mỡ và các chất hoạt

động bề mặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu…

Bể lắng cát: tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn

như xỉ than, đất, cát,… chủ yếu là cát Trong trạm xử lý nước thải, nếu cát không được tách khỏi nước thải, có thể ảnh hưởng lớn đến các công trình phía sau như cát lắng lại trong các bể gây khó khăn cho công tác lấy cặn (lắng cặn trong ống, mương,…), làm mài mòn thiết bị, rút ngắn thời gian làm việc của bể methane do phải tháo rửa cặn ra khỏi bể Với các trạm xử lý khi lưu lượng nước thải > 100

bể lắng cát, người ta phân loại: bể lắng cát ngang (đơn gi ản, dễ thi công), bể lắng cát đứng (diện tích nhỏ, quá trình vận hành phức tạp), bể lắng cát sục khí Trong thực tế xây dựng thì bể lắng ngang được sử dụng rộng rãi nhất

Bể lắng đợt 1: có chức năng:

- Loại bỏ các chất rắn lắng được mà các chất này có thể gây nên hiện tượng bùn lắng trong nguồn tiếp nhận

- Tách dầu, mỡ hoặc các chất nổi khác

- Giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học phía sau Bể lắng đợt 1 khi vận hành tốt có thể loại bỏ 50 - 70 % SS, và 25 - 40 % BOD5

Hai thông số thiết kế quan trọng cho bể lắng là tải trọng bề mặt (32 - 45

m3/m2.ngày) và thời gian lưu nước (1,5 - 2,5 h)

Bể lắng thường có dạng hình chữ nhật (lắng ngang) hoặc hình tròn (lắng ly tâm)

Hệ thống thu gom bùn lắng và gạn chất nổi là bộ phận quan trọng của bể lắng

Bể lắng đợt 1 được đặt trước bể xử lý sinh học Trước khi vào bể Aerotank ho ặc

bể lọc sinh học, hàm lượng chất lơ lửng trong nước không được quá 150 mg/l Thời gian lắng không dưới 1,5 h

Bể lắng đợt 2: có nhiệm vụ lắng các bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ

lớn trên 1.000 mg/l Tốc độ lắng của bể phụ thuộc vào nồng độ cặn Thời gian lắng

và tải trọng bùn trên một đơn vị diện tích bề mặt là những thông số quyết định Đó

là những thông số và đ ặc tính của bùn ho ạt tính ở bể Aerotank dùng để thiết kế bể lắng đợt 2

Bể lọc: Bể lọc có tác dụng tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng

cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một

số loại nước thải công nghiệp

Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60

% các tạp chất không hòa tan và 20 % BOD

Hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75 % theo hàm lượng chất lơ lửng và 30 - 35 % theo BOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ ho ặc đông tụ sinh học Các loại bể lọc giúp lo ại bỏ cặn lơ lửng làm cho nước trong trước khi xả ra nguồ n tiếp nhận Nếu

điều kiện vệ sinh cho phép, thì sau khi qua bể lọc nước thải được khử trùng và xả vào nguồn

1.2.2 Phương pháp hoá lý

Thực chất của phương pháp xử lý hóa học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trường

Xử lý hóa học nhằm nâng cao chất lượng của nước thải để đáp ứng hiệu quả xử lý

của các công đoạn sau đó

Ví dụ:

- Dùng axit hay vôi để điều chỉnh pH

- Dùng than ho ạt tính, clo, ozon để khử các chất hữu cơ khó oxy hóa, khử màu, mùi, khử trùng

- Dùng bể lọc trao đổi ion để khử kim loại nặng

Phương pháp xử lý hóa học thường được áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp Đối với nước thải sinh ho ạt, xử lý hóa học thường chỉ dùng hóa chất để khử trùng

Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải

Trong điều kiện tự nhiên, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cho hiệu suất xử lý và khử trùng cao nhất, đ ạt tới 99,9 %, còn các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo chỉ đạt được 91 - 98 %

Khử trùng nước thải có nhiều phương pháp Hiện nay những phương pháp hay được sử dụng là:

- Dùng clo hơi qua thiết bị định lượng clo

- Dùng hypoclorit - canxi dạng bột - hòa tan trong thùng dung dịch 3 - 5 % rồi

định lượng vào bể tiếp xúc

- Dùng hypoclorit natri, nước javel

- Dùng clorua vôi, CaOCl2

- Dùng ozon thường được sản xuất từ không khí bằng máy tạo ozon đ ặt trong nhà máy xử lý nước thải Ozon sản xuất ra được dẫn ngay vào bể hòa tan và tiếp xúc

- Dùng tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp sản ra Đèn phát tia c ực tím đặt ngập trong dòng chảy nước thải

Trong các phương pháp trên, khi khử trùng nước thải người ta hay dùng clo nước tạo hơi và các hợp chất của clo vì clo là hóa chất được các ngành công nghiệp dùng nhiều và có sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được, hiệu quả khử trùng cao

1.2.3 Phương pháp sinh học

Xử lý sinh học là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy sinh hóa các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rữa thành các chất

ổn định với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất vô cơ khác

Phương pháp xử lý sinh học có thể chia ra làm hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan

Những công trình xử lý sinh hóa phân thành 2 nhóm:

- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên

- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo Những công trình xử lý sinh học thực hiện trong điều kiện tự nhiên là: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học… Quá trình xử lý diễn ra chậm, dựa chủ yếu vào ôxy và vi sinh có ở trong đ ất và nước Do đó, những công trình này đòi hỏi diện tích lớn và thời gian xử lý dài

Những công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo là: bể lọc sinh học (Biophin), bể làm thoáng sinh học Do các điều kiện nhân tạo, có s ự tính toán và tác

động của con người và máy móc mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn, diện tích nhỏ hơn

Đa phần nhà máy sản xuất được xây dựng tại các Khu Chế Xuất, KCN của các thành phố lớn, diện tích cho hệ thống xử lý nước thải là hạn chế Do đó, công trình

xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo thường được sử dụng nhiều hơn

Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể đạt mức hoàn toàn (xử lý sinh học hoàn toàn) với BOD giảm tới 90 - 95 % và không hoàn toàn với BOD giảm tới 40 - 80 %

Giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học Bể lắng sau giai đoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng đợt 1 Còn bể được gọi là bể lắng đợt 2 là để chắn giữ màng sinh học (sau bể Biophin) hoặc bùn ho ạt tính (sau bể Aerotank) Nước thải sau khi được xử lý sinh học luôn được qua bể khử trùng trước khi xả vào nguồn thải nhằm tiêu diệt triệt để các loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh

Mục đích c ủa quá trình xử lý nước thải là loại bỏ cặn lơ lửng, các hợp chất hữu

cơ, các chất độc hại, vi khuẩn và vi rút gây bệnh đến nồng độ cho phép theo tiêu chuẩn xả và nguồn tiếp nhận

a) Bể tự hoại: Công trình XLNT bằng phương pháp sinh học kị khí

Bể tự hoại là công trình xử lý đồng thời làm hai chức năng: lắng nước thải và phân hủy cặn lắng Trong mỗi bể tự hoại đều có hai phần: phần trên là nước thải lắng, phần dưới là cặn lắng Cặn lắng giữ lại ở trong bể từ 3 - 6 tháng, dưới tác động của các vi sinh vật kỵ khí các chất hữu cơ được phân hủy, một phần tạo thành các khí (CH4, CO2, H2S…), phần khác tạo thành các chất vô cơ

Nước thải lắng trong bể tự hoại với thời gian từ 1 - 3 ngày, do vận tốc bé nên phần lớn cặn lơ lửng lắng lại Vì vậy, đạt hiệu suất lắng cao, có thể đạt từ 40 - 60 %, phụ thuộc vào nhiệt độ, chế độ quản lý và vận hành trong bể

Bể tự hoại có thể có hình chữ nhật hoặc nhiều giếng tròn liên kết Chúng được xây dựng bằng gạch, đá, hay bê tông cốt thép Bể có thể có một hay nhiều ngăn Để

chất lượng nước thải sau khi qua bể tự hoại tốt hơn, thông thường bể thiết kế hai đến ba ngăn Với ngăn đầu tiên là ngăn chứa, dung tích chiếm từ 50 - 75 % dung tích toàn bể Còn ngăn thứ hai và ngăn thứ ba chiếm kho ảng 25 % dung tích toàn

bể

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại

a) Bể tự hoại hai ngăn; b) Bể tự hoại ba ngăn

Để dẫn nước thải vào và ra khỏi bể người ta phải nối ống bằng phụ kiện Tê với đường kính tối thiểu là 100 mm với một đầu ống đặt dưới lớp màng nổi, đầu kia được nhô lên phía trên để tiện việc kiểm tra, tẩy rửa và không cho lớp cặn nổi trong

bể chảy ra đường cống Cặn trong bể tự hoại được lấy theo định kì Mỗi lần lấy phải

để lại khoảng 20 % lượng cặn đã lên men lại trong bể để làm giống men cho bùn cặn tươi mới lắng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ cặn

b) Công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

Phương pháp xử lý qua đất: Thực chất của quá trình xử lý là: khi lọc nước thải

qua đất các chất rắn lơ lửng và keo sẽ bị giữ lại ở lớp trên cùng Những chất này tạo

ra một màng gồm rất nhiều vi sinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất, màng này sẽ hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Những vi sinh vật sẽ xử dụng oxy của không khí qua các khe đ ất và chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất

khoáng Các công trình xử dụng phương pháp xử lý qua đ ất là: Cánh đồng tưới,

cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới công cộng hoặc cánh đồng lọc: là những mảnh ruộng được san

bằng hoặc dốc không đáng kể và được ngăn bằng những bờ đất Nước thải được phân phối vào những mảnh ruộng đó nhờ mạng lưới tưới và sau khi lọc qua đ ất lại được qua một mạng lưới khác để tiêu đi

Hồ sinh vật: Là hồ xử lý sinh học, có nhiều tên gọi khác như: hồ oxy hóa, hồ ổn

mà thôi Vai trò xử lý chủ yếu ở đây vẫn là vi sinh vật

c) Công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo

Các công trình tương thích c ủa quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể kể đến như: bể Aerotank bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật dính bám), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay…

khác Các vi sinh vật đồng hoá các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung cấp cho sự sống Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản và giải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh Như vậy các chất hữu cơ có trong nước thải được chuyển hoá thành các chất vô cơ

Quá trình sinh học có thể diễn tả tóm tắt như sau :

Chất hữu cơ + vi sinh vật + oxy (NH3 + H2O + năng lượng + tế bào mới) Hay có thể viết:

Chất thải + bùn hoạt tính + không khí (Sản phẩm cuối + bùn hoạt tính dư)

là quá trình xử lí với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật Các bông c ặn này cũng chính là bông bùn ho ạt tính Bùn hoạt tính là các bông cặn màu nâu sẫm, là bùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ chứa trong nước thải Thời gian lưu nước trong bể Aerotank là từ 1 - 8 h, không quá

12 h

Yêu cầu chung của các bể Aerotank là đảm bảo bề mặt tiếp xúc lớn giữa không khí, nước thải và bùn

Yêu cầu chung khi vận hành là nước thải đưa vào Aerotank cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l, pH = 6,5 - 9, nhiệt độ không nhỏ hơn 30 oC

Mương oxy hóa:

Mương ôxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạng vòng hình chữ O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương

Quá trình vi sinh dính bám

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 ôxy Chúng dính bám vào bề mặt vật rắn bằng chất Gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễ dàng di chuyển trong lớp Gelatin dính bám này Đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thành tập trung ở một khu vực, sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển, phủ kín toàn

bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp tế bào Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muối khoáng) và ôxy có trong nước thải cần xử lý khuếch tán qua màng biofilm vào tận lớp xenlulô

Sau một thời gian, sự phân lớp hoàn thành: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được ôxy khuếch tán xâm nhập, lớp giữa là lớp tùy nghi, lớp trong là lớp yếm khí không

có ôxy Bề dày c ủa các lớp này phụ thuộc vào loại vật liệu đỡ (vật liệu lọc) Bề dày lớp hoạt tính hiếu khí thường khoảng 300 - 400 m

Bể lọc sinh học

Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các vật chất hữu cơ có trong nước thải nhờ quá trình ôxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Trong bể thường chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám

Bể lọc sinh học thường được phân chia thành hai dạng: bể lọc sinh học nhỏ giọt

và bể lọc sinh học cao tải Tháp lọc sinh học cũng có thể được xem như là một bể lọc sinh học nhưng có chiều cao khá lớn

Bể lọc sinh học nhỏ giọt thường dùng để xử lý sinh học hoàn toàn nước thải, giá trị BOD của nước thải sau khi làm s ạch đạt tới 10 - 15 mg/l với lưu lượng nước thải không quá 1000 m3/ngày

Bể lọc sinh học cao tải có những đ ặc điểm: tải trọng nước tới

10 - 30 m3/m2.ngày tức là gấp 10 - 30 lần ở bể lọc nhỏ giọt

Tháp lọc sinh học: những tháp lọc sinh học có thể xử dụng ở các trạm xử lý với lưu lượng dưới 5.000 m3/ngày, với điều kiện địa hình thuận lợi và nồng độ nước thải sau khi làm sạch BOD là 20 - 25 mg/l

Bể lọc sinh học là công trình xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ vi sinh vật hiếu khí Trong bể có bố trí các lớp vật liệu lọc, khi nước thải đi qua

bể thấm vào lớp vật liệu lọc thì các cặn bẩn sẽ bị giữ lại tạo thành màng gọi là màng

vi sinh Vi sinh này hấp phụ các chất hữu cơ và nhờ có oxy mà quá trình oxy được thực hiện Những màng vi sinh đã chết sẽ cùng với nước thải ra khỏi bể và được giữ lại ở bể lắng đợt hai Một số bể Biophin thường gặp:

- Khả năng chịu tải: Bể Biophin nhỏ giọt, Biophin cao tải

- Khả năng làm thoáng: Biophin làm thoáng tự nhiên, làm thoáng nhân tạo

- Chế độ làm việc: Biophin làm việc liên tục, Biophin làm việc gián đoạn

- Theo mức độ xử lý: Biophin xử lý hoàn toàn và Biophin xử lý không hoàn toàn

- Theo công nghệ: Biophin một bậc hay hai bậc

Hình 1.2 Sơ đồ xử lý nước thải theo quá trình sinh trưởng dính bám hiếu khí

Vi khuẩn trong màng vi sinh dính bám hoạt động có hiệu quả cao hơn vi khuẩn trong môi trường thể tích (hạt cặn lơ lửng) Tuy nhiên, cấu trúc của màng sinh học rất phức tạp, không đồng đều do đó không thể xác định chính xác những thông số lý học và những hệ số của mô hình, mối quan hệ theo kinh nghiệm dựa trên thực nghiệm quan sát được sử dụng cho thiết kế Kích thước công trình to lớn và đòi hỏi trình độ vận hành cao so với bể sinh học lơ lửng

Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)

Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC – Rotating Biological Contactors) được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi để xử

lý BOD và Nitrat hóa RBC bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau Đĩa nhúng chìm khoảng 40 % trong nước thải và quay ở tốc độ chậm Khi đĩa quay, màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải và sau đó tiếp xúc với ôxy Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa ôxy

và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí Đồng thời đĩa quay còn t ạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh không còn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa qua bể lắng đợt II

Khác với quần thể vi sinh vật ở bùn hoạt tính, thành phần loài và và số lượng các loài là tương đối ổn định Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay gồm các vi khuẩn kị khí tùy tiện như: Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, … các vi sinh vật hiếu khí như: Bacillus (thường thì có ở lớp trên c ủa màng) Khi lượng không khí cung c ấp không đủ thì vi sinh vật tạo thành màng mỏng gồm các chủng

vi sinh vật yếm khí như: Desulfovibrio và một số vi khuẩu sunfua, trong điều kiện yếm khí vi sinh vật thường tạo mùi khó chịu Nấm và vi sinh vật hiếu khí phát triển

ở màng trên, và cùng tham gia vào việc phân hủy các chất hữu cơ Sự đóng góp nấm chỉ quan trọng trong trường hợp pH nước thải thấp, hoặc các loại nước thải công nghiệp đặc biệt, vì nấm không thể cạnh tranh với các loại vi khuẩn về thức ăn trong điều kiện bình thường

Bể sinh học theo mẻ SBR:

Thực chất của bể sinh học hoạt động theo mẻ (SBR - Sequence Batch Reactor) là một dạng của bể Aerotank Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi qua song chắn, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể Bể Aerotank làm việc theo mẻ liên tục có ưu điểm là khử được các hợp chất chứa nitơ, photpho khi vận hành đúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí

Bể sinh học làm việc theo từng mẻ kế tiếp được thực hiện theo 5 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Đưa nước thải vào bể Nước thải đã qua song chắn rác và bể lắng

cát, tách dầu mỡ, tự chảy hoặc bơm vào bể đến mức định trước

Giai đoạn 2: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn ho ạt tính bằng sục khí

hay làm thoáng bề mặt để cấp ôxy vào nước và khuấy trộn đều hỗ n hợp Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, yêu cầu về mức độ xử lý

Giai đoạn 3: Lắng trong nước Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả

thủy lực của bể đạt 100 % Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 h

Giai đoạn 4: Tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn tiếp

nhận

Giai đoạn 5: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian

vận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể Ở những công ty có dòng chảy đều có thể bố trí lịch hoạt động để rút thời gian xuống còn bằng 0

Bể USBF:

Công nghệ lọc dòng ngược bùn sinh học USBF (Upflow Sludge Blanket Filter) được thiết kế dựa trên mô hình động học xử lý BOD, nitrate hoá (nitrification) và khử nitrate hóa (denitrification) của Lawrence và McCarty, Inc l ần đ ầu tiên được

giới thiệu ở Mỹ những năm 1900 sau đó được áp dụng ở châu Âu từ 1998 trở lại đây Tuy nhiên, đối với Việt Nam, hiện nay USBF lại là công nghệ mới, được nghiên cứu và ứng dụng trong những năm gần đây

Theo “Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc

dòng ngược USBF (The Upflow Sludge Blanket Filter)” của Trương Thanh Cảnh,

Trần Công Tấn, Nguyễn Quỳnh Nga, Nguyễn Khoa Việt Trường, trường đ ại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, mô hình USBF r ất thích hợp cho xử lý nước thải đô thị Hiệu quả xử lý COD, BOD5, nitơ và phospho tương ứng vào khoảng 85%, 90%, 94% và 75% Bùn hoạt tính thích nghi rất nhanh với đ ặc tính của nước thải và điều kiện vận hành c ủa mô hình Việc kết hợp 3 modul trong một quá trình

xử lý tạo ra ưu điểm lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử lý Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống

Bể USBF gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí (anoxic), ngăn hiếu khí (aerobic) và ngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF) Mương chảy tràn thu nước đầu vào nhằm hạn chế tác động của dòng vào đối với ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả xáo trộn giữa dòng nước thải đầu vào và bùn tuần hoàn Mương chảy tràn và thu nước đầu ra, ống thu bùn, bộ phận sục khí Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định lượng bơm nước thải đầu vào, 1 bơm bùn và 1 máy thổi khí

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể USBF

Công nghệ USBF để xử lý nước thải sinh ho ạt và đô thị, là công nghệ cải tiến của quá trình bùn ho ạt tính trong đó kết hợp 3 quá trình Anoxic, Aeration và lọc sinh học dòng ngược trong một đơn vị xử lý nước thải Chính vì vậy bể USBF thể hiện

nhiều ưu điểm, với chi phí đ ầu tư, chi phí vận hành và bảo trì thấp nhưng đem lại hiệu qua xử lý cao, hạn chế mùi, lượng bùn sinh ra ít Sự kết hợp 3 module trong cùng một bể có thể tiết kiệm được mặt bằng sử dụng

Để chọn được phương pháp xử lí sinh học hợp lí cần phải biết hàm lượng chất hữu cơ (BOD, COD) trong nước thải Các phương pháp lên men kị khí thường phù hợp khi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao Đối với nước thải hàm lượng chất hữu cơ thấp và tồn tại chủ yếu dưới dạng chất keo và hoà tan thì cho chúng tiếp xúc với màng vi sinh vật là hợp lý

CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH SBR CẢI TIẾN XỬ LÝ NƯỚC

THẢI SINH HOẠT

2.1 Chuẩn bị mô hình thí nghi ệm

2.1.1 Vật tư, dụng cụ, máy móc

- Máy thổi khí: Model ACC-008, AC 220 V, 50 Hz, 120 W, 120 L/min

- Máy khuấy (có gắn DIMMER SWITCH để giảm tốc) : AC 100 V, 80 W, 0,8 A, 50/60 Hz, 2 poles, 6000 rpm

Hình 2.2 Dụng cụ cho mô hình

Hình 2.3 Máy móc cho mô hình

Hình 2.4 Máy móc phụ trợ cho mô hình

2.1.2 Thiết bị đo

- Máy đo pH cầm tay

- Máy đo DO cầm tay

- Máy đo TDS cầm tay

Hình 2.5 Thiết bị đo

2.1.3 Nước thải đầu vào

Nước thải được lấy từ nguồn nước thải sinh hoạt Công ty Sarah, Khu sản xuất Bình Chuẩn, Thuận An, Bình Dương

Bảng 2.1 Thông số nước thải đầu vào

2.2 Mô hình SBR cải tiến

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình

Công nghệ SBR c ải tiến tương tự công nghệ SBR, đây là công nghệ xử lý nước thải sử dụng bùn ho ạt tính áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp có công suất trung bình và nhỏ, so với công nghệ Aerotank, công nghệ bể lọc sinh sọc Biophin thì công nghệ SBR được áp dụng rộng rãi do có những ưu điểm vượt trội Công nghệ này tiết kiệm chi phí đ ầu tư, năng lượng, cũng như chi phí vận hành

quản lý, tuy nhiên việc tính toán cũng như vận hành phức tạp hơn Nếu như áp dụng

hệ thố ng điều khiển tự động hoá toàn bộ quá trình xử lý thì mọi việc kiểm soát và giải quyết một cách dễ dàng

Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR:

Quá trình phân hủy hiếu khí cơ chất đầu vào và nitrat hóa: Quá trình được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng, khi điều kiện cấp khí và chất nền được đảm bảo trong bể sẽ diễn ra các quá trình sau:

Oxy hóa các chất hữu cơ:

CxHyOz + (x + y/4 - z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O

Tổng hợp sinh khối tế bào:

n(CxHyOz) + n NH3+ n(x + y/4 - z/2-5) O2 → (C5H7NO2)n + n(x - 5) CO2 + n(y - 4)/2 H2O

Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phân hủy nội bào):

(C5H7NO2)n + 5n O2 → 5n CO2 + 2n H2O + n NH3

Quá trình nitrit hóa:

2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O (vi khuẩn nitrosomonas)

( 2NH4++ 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O)

2NO2- + O2 → 2NO3- (vi khuẩn nitrobacter)

Tổng phản ứng oxy hóa amoni:

NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O

2.2.2 Mô tả mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được thực hiện giống như một quy trình xử lý nước thải hoàn chỉnh Ban đầu nước thải được chứa trong can 30 lít được sục khí bên trong sau đó được bơm sang bể xử lý vi sinh SBR cải tiến, sau đó được bơm sang bồn lọc

áp lực và cuối cùng được khử trùng bằng ozon

Hình 2.6 Sơ đồ mô hình SBR cải tiến

Hình 2.7 Cách bố trí máy khuấy

Bùn hoạt tính dùng cho nghiên cứu mô hình SBR cải tiến được nuôi c ấy tại chỗ

và được cấp vào mô hình với tỉ lệ 20 % như định hướng ban đầu

Mô hình được vận hành cùng lúc 02 công nghệ là: SBR và SBR cải tiến để cho việc so sánh hiệu suất xử lý

Thời gian cho một chu kỳ vận hành: (dựa vào các thông số vận hành thực tế SBR của công ty Chiline Việt Nam, áp dụng tại các công trình đang vận hành và sự đề xuất cải tiến mới SBR)

- Chu kỳ 10 h:

+ SBR1:

Cấp nước vào trong 4 h (sục khí), tiếp tục sục khí thêm 1 h nữa, lắng 1 h, lấy nước ra trong 4 h

+ SBR2: (cải tiến)

Cấp nước vào trong 1 h (sục khí), tiếp tục sục khí 1 h, tắt máy thổi khí bật máy khuấy chìm 1,5 h; tắt máy khuấy chìm bật máy thổi khí 1 h, tắt máy thổi khí bật máy khuấy chìm 1,5 h; để lắng 1 h; lấy nước ra trong 3 h

Trình tự tiến hành mô hình thí nghiệm:

Nước thải được lấy từ trạm xử lý nước thải mang về sẽ được chứa trong can 30 l Bên trong can được sục khí có tác dụng như bể điều hoà để điều hòa nồng độ Sau đó, nước thải được bơm sang bể SBR cải tiến Trong bể có 01 hệ thống sục khí mạnh được đặt phía dưới đáy bể để cung cấp DO trong quá trình vận hành, máy khuấy được lắp đ ặt phía trên để xáo trộn nước thải tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh thiếu khí phát triển Nước thải sau đó sẽ được bơm qua bồn lọc áp lực 02 lớp vật liệu lọc là than và cát Sau khi lọc, nước được lấy ra và được khử trùng bằng ozon trong 30 phút

Mẫu nước cuối cùng sau khi xử lý được lấy đựng trong can 2 lít và gửi qua Trung tâm tư vấn công nghệ môi trường và an toàn vệ sinh lao động phân tích

2.2.3 Cách thức phân tích mẫu

Mẫu được gửi tại Trung tâm tư vấn công nghệ môi trường và an toàn vệ sinh lao động để phân tích