A. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước (cấp và thải) cho một khu đô thị, khu công nghiệp I. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải cho một khu đô thị, khu công nghiệp Nước thải đô thị bao gồm: Nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải sản xuất Nước thải đô thị được xử lý theo ba bước: Xử lý sơ bộ và xử lý bậc một + Nước thải sinh hoạt: Tách rác, cát, cặn lắng trong nước thải (các biện pháp cơ học) + Nước thải bệnh viện: Khử trùng diệt vi khuẩn gây bệnh (các biện pháp hóa lý và vật lý) + Nước thải sản xuất: Khử các chất độc hại và đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của các công trình xử lý sinh học của nước thải (các biện pháp cơ học, hóa học hoặc hóa lý) Xử lý bậc hai: Tách các chất hữu cơ trong nước thải (biện pháp sinh học) Xử lý bậc ba: Khử các chất dinh dưỡng (N P) và khử trùng nước thải (các biện pháp hóa học, sinh học hoặc hóa lý) Tự làm sạch của nguồn nước: Xả nước thải ra nguồn tiếp nhận Thuyết minh tóm tắt các bước xử lý nước thải đô thị Bước thứ nhất ( xử lý bậc một): Xử lý bậc một bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ để tách các chất rắn lớn như rác, lá cây, xỉ, cát, … có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý tiếp theo và làm trong nước thải đến mức độ yêu cầu bằng các phương pháp cơ học như chắn rác, lắng cát, lắng, lọc, … Đây là bước bắt buộc đối với tất cả các dây chuyền công nghệ xử lý nước thải.
Trang 1- Xử lý bậc hai: Tách các chất hữu cơ trong nước thải (biện phápsinh học)
- Xử lý bậc ba: Khử các chất dinh dưỡng (N- P) và khử trùng nướcthải (các biện pháp hóa học, sinh học hoặc hóa lý)
- Tự làm sạch của nguồn nước: Xả nước thải ra nguồn tiếp nhận
Thuyết minh tóm tắt các bước xử lý nước thải đô thị
- Bước thứ nhất ( xử lý bậc một): Xử lý bậc một bao gồm các quátrình xử lý sơ bộ để tách các chất rắn lớn như rác, lá cây, xỉ, cát, …
có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý tiếp theo
và làm trong nước thải đến mức độ yêu cầu bằng các phương pháp
cơ học như chắn rác, lắng cát, lắng, lọc, … Đây là bước bắt buộcđối với tất cả các dây chuyền công nghệ xử lý nước thải
Trang 2- Bước hai (xử lý bậc hai hay xử lý sinh học): Giai đoạn xử lý nàyđược xác định dựa trên cơ sở tình trạng sử dụng và quá trình tựlàm sạch của nguồn tiếp nhận nước thải Trong bước này chủ yếu
là xử lý các chất hữu cơ dễ oxi hóa sinh hóa (làm giảm BOD) đểkhi xả ra nguồn thải không gây thiếu hụt oxi và mùi hôi thối
- Bước ba (xử lý bậc ba hay xử lý triệt để): Loại bỏ các hợp chất nito
và photpho ra khỏi nước thải và khử trùng nước thải Giai đoạnkhử trùng sau quá trình làm sạch là yêu cầu bắt buộc đối với một
số loại nước thải hoặc một số dây chuyền công nghệ xử lý trongđiều kiện nhân tạo
Ngoài ra trong xử lý nước thải cũng cần xử lý bùn cặn trong nước thải.Các loại cát (chủ yếu là thành phần vô cơ và có tỷ trọng lớn) được phơikhô và đổ san nền Rác thì được nghiền nhỏ hoặc vận chuyển về bãichôn lấp Cặn lắng sẽ được giữ lại trong các bể lắng đợt 1 (cặn sơ cấp)
có hàm lượng chất hữu cơ lớn hơn được kết hợp với cặn thứ cấp đượchình thành trong quá trình xử lý sinh học của nước thải, được xử lý theocác bước tách nước sơ bộ, ổn định sinh học trong các điều kiện hiếm khíhoặc hiếu khí và làm khô Bùn cặn sau xử lý có thể dùng làm phân bón
1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
- Cơ sở, nguyên lý của quá trình:
Cơ sở của phương pháp là dựa vào kích thước hạt, tỷ trọng của nó trongmôi trường nước.Dựa trên nguyên lý của quá trình lắng, lọc, bay hơi,pha loãng
+ Phương pháp lắng: Những chất lơ lửng (huyền phù) là những chất cókích thước hạt lớn hơn 10-4 mm Những chất lơ lửng trong nước thải
Trang 3gòm những hạt hoặc tập hợp các hạt khác nhau về hình dạng, kích thước,trọng lượng riêng và bản chất xuất xứ Tính chất cơ bản của các chấtdạng huyền phù lơ lửng là không có khả năng giữ nguyên tại chỗ ở trạngthái lơ lửng Thời gian tồn tại của chúng tùy thuộc vào kích thước hạt.Các hạt lớn sẽ lắng hoặc nổi lên trên mặt nước dưới tác dụng của trọnglực
+ Phương pháp lọc: Lọc là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏnghay pha khí bằng cách cho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt chất rắn chảyqua lớp vật ngăn xốp Các hạt rắn sẽ bị giữ lại trên bề mặt lớp vật ngăncòn khí hoặc chất lỏng sẽ thấm qua vật ngăn
+ Phương pháp pha loãng: Khi lưu lượng dòng chảy trong sông lớn, khảnăng tự làm sạch của sông cao Trong trường hợp này, nếu lưu lượngnước thải không lớn và ở xa khu dân cư có thể xả trực tiếp nước thải vàosông Trong trường hợp này nồng độ chất ô nhiễm được pha loãng, quátrình tự làm sạch của nước diễn ra thuận lợi sẽ ít gây tổn thất đến hệ sinhthái thủy sinh
- Các biện pháp kỹ thuật
+ Người ta có thể dùng các công trình cơ học như song chắn rác, lướichắn rác, bể lắng cát, các loại bể lắng, bể lọc các loại để thực hiện quátrình loại bỏ các chất không tan và các chất lơ lửng
+ Để giữ các tạp chất không hòa tan lớn và một phần chất rắn lơ lửng:Dùng song chắn rác, lưới lọc
+ Để tách các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc bé hơn nước dùng
bể lắng
• Các chất lơ lửng có nguồn gốc khoáng (chủ yếu là cát) được lắng ở
bể lắng cát
• Các hạt cặn đặc tính hữu cơ được tách ra ở bể lắng
• Các chất cặn nhẹ hơn nước như dầu, mỡ, … được tách ở bể thudầu, mỡ ( được áp dụng cho nước thải công nghiệp)
Trang 4• Để giải phóng chất thải khỏi các chất huyền phù, phân tán nhỏ,…dùng lưới lọc, vải lọc hay lọc qua lớp vật liệu lọc ( thường dùngcho nước thải công nghiệp)
2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Người ta sử dụng phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạtcũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất bẩn hữu cơ hòa tan, phântán và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, nitơ, …
- Cơ sở nguyên lý của quá trình:
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật đểphân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật
sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng
và tạo năng lượng Trong quá trình trao đổi chất, chúng nhận các cơ chất
để xây dựng các tế bào,sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúngđược tăng lên, các chất hữu cơ giảm xuống
Nguyên lý chung của quá trình oxi hóa sinh hóa: Để thực hiện quá trìnhoxi hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo và phân tánnhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinhvật Việc thu hồi chất bẩn từ nước thải và việc vi sinh vật hấp thụ cácchất bẩn đó là một quá trình gồm ba giai đoạn sau:
+ Giai đoạn 1: Khuếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môitrường lên bề mặt tế bào vi khuẩn
+ Giai đoạn 2: Oxi hóa ngoại bào và vận chuyển các chất hấp thụ đượcqua màng tế bào vi khuẩn
+ Giai đoạn 3: Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợpsinh khối từ chất hữu cơ và các yếu tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào
vi khuẩn
Tùy theo điều kiện sinh trưởng của vi sinh vật trong hệ thống xử lý mà
có thể xảy ra quá trình sinh hóa như sau:
+ Quá trình hiếu khí (Aerobic process)
Trang 5Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O
+ Quá trình kỵ khí (Aerobic process)
Chất hữu cơ (sau khi thủy phân sơ bộ) thành chất hữu cơ đơn giản (thủyphân hoàn toàn) thành muối khoáng, CO2, CH4
+ Quá trình tùy tiện (Facultativev process): Là quá trình sinh hóa trong
đó các vi sinh vật sử dụng oxi trong các hợp chất hóa học như nitrit,nitrat, photphat, … Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrc hóa
sẽ diễn ra Oxy giải phóng từ nitrat sẽ oxi hóa chất hữu cơ, nito và khí
+ Thời gian tiếp xúc
Đây chính là ba yếu tố chính điều khiển tốc độ, hiệu suất quá trình xử lýnước thải bằng phương pháp sinh học
- Các biện pháp kỹ thuật:
Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có thể thựchiện trong điều kiện tự nhiên như cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ ổnđịnh,… hoặc trong các công trình nhân tạo như bể thổi khí, bể lọc sinhhọc, hồ sinh học thổi khí, mương oxi hóa, aeroten, biophin, …
3. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý
- Mục đích:
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý đạt hiệu quả cao khi xử lýnước thải công nghiệp có chứa các chất vô cơ độc hại (kim loại nặng,
Trang 6axit, bazo) hoặc các chất hữu cơ bền vững, khử màu, khử mùi và khửtrùng, …
- Cơ sở, nguyên lý của quá trình:
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý dựa trên các phảnứng hóa học, các quá trình hóa lý Các phương pháp hóa lý thường dùngtrong xử lý nước thải:
+ Phương pháp keo tụ và lắng: Sử dụng phèn nhôm, phèn sắt, natrialuminat, … để loại bỉ các chất lơ lửng trong nước thải
+ Phương pháp trung hòa: Trung hòa các loại nước thải có tính axit hoặckiềm để đảm bảo pH theo yêu cầu
+ Phương pháp hấp thụ: Sử dụng than hoạt tính, than bùn để khử màuhoặc hấp phụ các kim loại nặng, các chất độc hại hòa tan trong nướcthải
+ Phương pháp oxi hóa: Oxi hóa các muối kim loại nặng chuyển chúng
+ Phương pháp trích ly: là phương pháp phổ biến để xử lý nước thảichứa phenol và các loại axit béo Thực chất của quá trình là sử dụng mộtdung môi nào đó cho vào nước thải, dung môi này sẽ lôi kéo các chấtbẩn từ nước thải và sau đó tách dung môi và nước thải ra khỏi nước
- Các biện pháp kỹ thuật:
Các công trình khuấy trộn, phản ứng, các bể lắng trong có kết hợp đông
tụ, tháp hấp phụ, các thiết bị kỹ thuật dùng trong kỹ thuật tuyển nổi
Trang 7- Phạm vi ứng dụng
+ Phương pháp hóa học và hóa lý thường được sử dụng để xử lý nướcthải công nghiệp Nó có thể là khâu xử lý cuối cùng (nếu mức độ xử lýđạt được, nước thải có thể sử dụng lại) hoặc là khâu xử lý sơ bộ (đối vớinước thải có chứa các hợp chất độc hại trước khi đem đi xử lý bằngphương pháp sinh học)
+ Phương pháp này thường được dùng trong xử lý nước thải đô thị trongtrường hợp khử trùng nước trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận
4. Tách các nguyên tố dinh dưỡng ra khỏi nước thải
Chủ yếu là quá trình tách nitơ và photpho Với nồng độ rất lớn, cácnguyên tố này tạo điều kiện cho các thủy thực vật phát triển, gây phúdưỡng và tái nhiễm bẩn sông hồ
Các nguyên tố dinh dưỡng N, P có trong nước thải cũng có thể xử lýbằng phương pháp sinh học Các muối nitrat, nitrit tạo thành trong quátrình phân hủy hếu khí sẽ dược khử trong điều kiện thiếu khí trên cơ sởphản ứng khử nitrat
Nito và Phot pho có thể được tách bằng phương pháp hóa lý và phươngpháp hóa học:
+ Vôi hóa nước thải đến pH = 10 – 11 để tạo thành NH4OH và thổi bayhơi trên các tháp làm lạnh
+ Phot pho được lắng xuống nhờ các muối sắt, nhôm, vôi, …
5. Các phương pháp xử lý cặn
- Mục đích:
+ Làm giảm thể tích và đọ ảm của cặn
+ Ổn định cặn
+ Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích tiếp theo
Cặn được tách ra từ bể lắng đợt một và bùn hoạt tính dư (phần bùn hìnhthành trong quá trình xử lý sinh học mà không được dung tuần hoàn lại)
Trang 8tách ra tại bể lắng đợt hai Bùn cặn gồm nhiều phẩn tử rắn pha nước Ởtrạng thái tươi chúng có mùi và chứa nhiều vi khuẩn và trứng giun
Để giảm các chất hữu cơ trong cặn người ta sử dụng các phương pháp:+ Lên men bùn nhờ các vi sinh vật kỵ khí ( bể meetan)
+ Ôn định bùn hiếu khí
Giảm độ ẩm của bùn cặn bằng cách lưu giữ trên sân phơi bùn hoặc hốphơi bùn hoặc bằng các phương pháp cơ học như lọc chân không, ép lọc,lắng ly tâm, …
Đối với các trạm xử lý nước thải công suất nhỏ, việc xử lý cặn có thểtiến hành đơn giản hơn: nén sau đó làm ráo nước ở sân phơi cặn trên nềncát
Bùn cặn được thu hồi làm phân bón cho nông nghiệp
Bảng tóm tắt các giai đoạn, phương pháp và công trình xử lý nước thải
Giai đoạn
XLNT
Phương pháp XLNT
Các công trình XLNT
Hiệu quả XLNT
phụ, keo tụ , …
Tách các chất lơlửng và khử màuHóa học Oxy hóa, trung
hòa
Trung hòa vàkhử độc
Xử lý tập trung Cơ học Song chắn rác,
bể lắng cát, bểlắng I, …
Tách các tạpchất rắn, cặn lơlửng
cánh đồng tưới,cánh dồng lọc,kênh oxy hóa,aeroten, biophin
Tách các chấthữu cơ dạng lơlửng và hòa tan
Xử lý bùn cặn Bể metan, sân
phơi bùn, trạm
Ổn định và làmkhô bùn cặn
Trang 9xử lý cơ học bùncặn
lửngSinh học Aeroten bậc 2,
bể lọc sinh họcđợt 2, hồ sinhhọc, …
photpho
bể trộn, bể phảnứng, …
photpho và cácchất khác
Khử trùng Máng trộn, bể
tiếp xúc, trạmhóa chất, …
Khử trùng nướcthải trước khi xảthải ra ngoài
II Nguyên tắc làm việc, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các công trình xử lý khác nhau
Ưu nhược điểm: Ngăn tách và giữ lại các tạp chất thô như giẻ, rác, lácây, các mảnh vụn hữu cơ, …nhằm đảm bảo tránh tắc đường ống và bảo
vệ bơm
Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên nguyên lý của quá trình lọc Nướcchuyển động qua khe hở, rác bị đọng lại ở các khe của song chắn Saumột thời gian người ta tiến hành cào vớt rác bám trên song chắn để đưa
đi xử lý
Trang 102. Điều hòa lưu lượng
Điều hòa lưu lượng được dùng để duy trì dòng thải vào gần như khôngđổi, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nướcthải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử
lý Các kỹ thuật điều hòa được ứng dụng cho từng trường hợp phụ thuộcvào đặc tính của hệ thống thu gom nước thải Các phương án bố trí bểđiều hòa lưu lượng có thể là điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải
xử lý
Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể daođộngthành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương ánđiều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần sự dao động nhỏ đó
Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệthống xử lý Vì tính tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của
hệ thống thu gom và đặc tính của nước thải
3. Bể lắng cát
Bể lắng cát thường được thiết kế để tách cát và các hạt vô cơ có kíchthước và tỷ trọng lớn ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm,tránh tắc đường ống và các công trình phía sau
Theo nguyên lý làm việc, người ta chia bể lắng làm hai loại: Bể lắngngang và bể lắng đứng
Thực tế bể lắng cát thường được thiết kế hai ngăn để luân phiên nhaulàm việc và cạo cặn Việc cạo cặn có thể tiến hành bằng thủ công hoặc
cơ giới tùy thuộc vào quy mô của bể
Nguyên tắc hoạt động: Dưới tác dụng của lực trọng trường, các phần tửcát có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước nên được lắng xuống đáy bể.Vận tốc dòng chảy trong bể lắng cát yêu cầu nằm trong khoảng 0,15- 0,3m/s
4. Lọc
Trang 11Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏinước thải mà các bể lắng không thể loại được chúng Người ta tiến hànhquá trình tách nhờ vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ phaphân tán lại Quá trình lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủytĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách ngăn hay áp suất chânkhông sau vách ngăn
a. Lọc qua vách lọc
Việc lựa chọn vách lọc phụ thuộc vào tính chất nước thải, nhiệt độ, ápsuất lọc và kết cấu thiết bị lọc
Vách lọc thường được làm bằng thép tấm có đục lỗ bằng thép không gỉ:
Ni, Cu, đồng thau, … và các loại vải khác nhau (thủy tinh, amiang,bông, len, sợi tổng hợp, …) Vách lọc giữ các hạt cần có kích thước sau:trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học, đủ bền về hóa học, không bị trương
nở và bị phá hủy ở điều kiện cho trước
Bể lọc loại này làm việc sau 30 ngày trở lực của nó sẽ tăng lên đến 1mcột nước; nên phải dừng để cạo đi 1,5 – 4 cm lớp cát trên cùng Khi lớpvật liệu lọc chỉ còn 40 cm thì cần bổ sung cát sạch vào
Trang 12Ưu điểm của bể lọc chậm là có khả năng làm sạch cao Nhược điểm củaloại bể lọc này là kích thước lớn, giá thành cao, làm sạch bùn khó vàphức tạp
d. Thiết bị lọc nhanh
Trong bể lọc nhanh, lớp vật liệu lọc thường gồm các loại vật liệu khácnhau ở dạng hạt như cát, than antraxit Lớp trên là lớp có kích thước hạtlớn hơn lớp dưới
Bể lọc nhanh làm việc với kích thước hữu hiệu lớn hơn và hệ số đồngđều nhỏ hơn bể lọc chậm
Quá trình lọc se dừng lại khi hàm lượng chất rắn lơ lửng trong dòng ratăng lên quá mức cho phép hoặc trở lực (tổn thất áp suất) bể lọc tăngvượt giới hạn cuối cùng cho phép
e. Tách các hạt chất rắn lơ lửng dưới tác dụng của lực ly tâm và lực nén
Người ta còn tách các hạt lơ lủng bằng cách tiến hành quá trình lắngchúng dưới tác dụng của các lực ly tâm trong các xyclon thủy lực hoặcmáy ly tâm
Xyclon thủy lực
Khi chất lỏng chuyển động quay tròn trong các xyclon thủy lực, lực lytâm tác dụng lên các hạt rắn làm chúng văng ra thành Ngoài ra còn cócác lực sau cũng tác dụng lên chúng như lực cản dòng chuyển động,trọng lực và lực quán tính Khi tốc độ quay lớn thì lực quán tính rất nhỏ
có thể bỏ qua, còn lực ly tâm sẽ lớn hơn trọng lực rất nhiều
Hiệu suất làm việc của các xyclon thủy lực ngoài các tính chất vật lý củachất lỏng còn chịu ảnh hưởng của các thông số về kết cấu như đườngkính, các ống dẫn nước thải vào và ra khỏi xyclon
Ưu điểm của các xyclon thủy lực là cấu tạo đơn giản, tiện lợi, dễ vậnhành, có năng suất cao và chi phí thấp Xyclon thủy lực áp suất được