Đồ án thiết kế HTXl nước thải

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp cả nước tiểu, nước tắm gia súc và nước rửa chuồng do đó thành phần của nước thải rất phong phú bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan vô cơ hay hữu cơ, và nhiều nhất là hợp chất chứa Nitơ và Photpho. Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều vi sinh vật, ký sinh trùng gây bệnh, nấm men, mùi hôi và vô số mầm bệnh khác. Nguồn nước thải này là nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt và có thể là nguyên nhân trực tiếp lây lan bệnh cho con người nên nó nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường. Việc xử lý nước thải chăn nuôi nhằm làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xử vào nguồn tiếp nhận. Việc lựa chọn phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như:Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nướcLưu lượng nước thải.Các điều kiện của trại chăn nuôi (khả năng đầu tư xây dựng, diện tích đất xây dựng hệ thống xử lý nước thải).Tiêu chuẩn nước đầu ra sau xử lý phải đạt cột B của QCVN 40:2011BTNMT.

KHOA MÔI TRƯỜNG LỚP: 12CMT – NHÓM 16 - -

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA MỘT KHU TRANG TRẠI

CHĂN NUÔI CÔNG SUẤT 2500 M3/NGÀY ĐÊM

GVHD: ThS Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Nguyễn Văn Đại 1222035 Phan Thị Hồng Đào 1222034 Thái Diễm Phương 1222178 Trần Thị Quỳnh Như 1222160

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 5

DANH MỤC BẢNG 6

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 7

1.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 7

1.1.1 Mục đích 7

1.1.2 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 7

1.1.2.1 Thiết bị chắn rác 7

1.1.2.2 Bể vớt dầu mỡ 8

1.1.2.3 Bể tuyển nổi 9

1.1.2.4 Bể điều hòa 11

1.1.2.5 Bể lắng I 12

1.1.2.6 Bể lọc 14

1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý 15

1.2.1 Mục đích 15

1.2.2 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý 16

1.2.2.1 Phương pháp keo tụ tạo bông 16

1.2.2.1.1 Nhiệm vụ 16

1.2.2.1.2 Phân loại hóa chất 16

1.2.2.1.3 Các loại công trình, thiết bị và cơ chế keo tụ - tạo bông 16

1.2.2.2 Phương pháp hấp phụ 18

1.2.2.2.1 Nhiệm vụ 18

1.2.2.2.2 Phân loại 18

1.2.2.2.3 Chất hấp phụ và cơ chế hấp phụ 18

1.2.2.3 Phương pháp trao đổi ion 19

1.2.2.3.1 Nhiệm vụ 19

1.2.2.3.2 Phân loại chất trao đổi ion 19

1.2.2.3.3 Cơ chế quá trình trao đổi ion 19

1.2.2.4 Phương pháp oxy hóa khử 20

1.2.2.4.1 Nhiệm vụ 20

1.2.2.4.2 Phân loại 20

1.2.2.4.3 Cơ chế của từng quá trình oxy hóa 20

1.2.2.5 Phương pháp trung hòa 21

1.2.2.5.1 Nhiệm vụ 21

1.2.2.5.2 Phân loại 21

1.2.2.5.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể trung hòa 22

1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 23

1.3.1 Mục đích 23

1.3.2 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 23

1.3.2.1 Bể Aerotank 23

1.3.2.2 Bể Anoxic 25

1.3.2.3 Bể UASB 25

1.3.2.4 Bể USBF 27

1.3.2.5 Bể SBR 28

1.3.2.6 Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Biophin) 29

1.3.2.7 Bể lắng II 30

1.3.2.8 Bể MBBR 31

1.4 Các công trình xử lý cặn nước thải 33

1.4.1 Bể biogas 33

1.4.2 Bể nén bùn 34

1.4.3 Hầm tự hoại 35

1.5 Khử trùng nước thải 36

1.5.1 Mục đích 36

1.5.2 Các phương pháp khử trùng nước thải 36

1.5.3 Bể khử trùng 37

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 38

2.1 Thành phần của nước thải chăn nuôi 38

2.2 Tính chất của nước thải chăn nuôi 39

2.2.1 Tính chất vật lý 39

2.2.2 Tính chất hóa học 39

2.3 Các quy trình xử lý nước thải chăn nuôi tham khảo 40

2.3.1 Đối với quy mô hộ gia đình 40

2.3.2 Đối với cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ 40

2.3.3 Đối với cơ sở chăn nuôi quy mô vừa và lớn 41

2.4 Các bảng số liệu tham khảo về thành phần nước thải chăn nuôi 42

2.5 Cơ sở lựa chọn phương án xử lý nước thải 43

2.6 Phương án 1 45

2.7 Phương án 2 47

2.8 So sánh và lựa chọn phương án xử lý 49

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 50

3.1 Bể biogas 50

3.2 Hố thu gom 55

3.3 Bể điều hòa 57

3.4 Bể lắng đợt 1 (bể lắng đứng) 61

3.5 Bể UASB 67

3.6 Bể Anoxic 77

3.7 Bể Aerotank 81

3.8 Bể lắng đợt 2 (bể lắng ly tâm) 90

3.9 Bể chứa bùn 97

3.10 Bể khử trùng 98

CHƯƠNG 4: DỰ TOÁN KINH PHÍ CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI100 4.1 Chi phí đầu tư ban đầu 100

4.1.1 Chi phí xây dựng 100

4.1.2 Chi phí thiết bị 102

4.1.3 Chi phí khác 107

4.2 Chi phí vận hành 108

CHƯƠNG 5: QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 110 5.1 Hướng dẫn vận hành 110

5.1.1 Chế độ vận hành bằng tay 110

5.1.2 Chế độ chạy tự động trên tủ điện 111

5.1.3 Xử lý lỗi đột ngột của hệ thống 111

5.2 Quy trình vận hành hệ thống xử lý nước thải 111

5.2.1 Công tác an toàn điện 111

5.2.1.1 An toàn điện 111

5.2.1.2 An toàn hóa chất 112

5.2.1.3 An toàn thiết bị và đường ống 112

5.2.2 Công tác chuẩn bị vận hành 112

5.2.2.1 Kiểm tra hệ thống đường ống, van 112

5.2.2.2 Kiểm tra thiết bị 112

5.2.2.3 Kiểm tra điện sử dụng 112

5.2.2.4 Chuẩn bị hóa chất 112

5.2.3 Vận hành thiết bị 113

5.2.4 Công tác bảo trì thiết bị 114

5.2.4.1 Đối với hệ thống đường ống kỹ thuật, hệ thống bể xử lý: 114

5.2.4.2 Các thiết bị 114

5.3 Các công việc trong vận hành hệ thống xử lý nước thải 115

5.3.1 Các công việc hằng ngày 115

5.3.2 Các công việc hằng tuần 115

5.3.3 Các công việc hằng tháng 115

5.3.4 Các công việc hằng quý 116

5.3.5 Các công việc hằng năm 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 – Thiết bị chắn rác thô 8

Hình 1.2 – Thiết bị chắn rác tinh 8

Hình 1.3 – Cấu tạo của bể vớt dầu mỡ 9

Hình 1.4 – Bể vớt dầu mỡ 9

Hình 1.5 – Cấu tạo của bể tuyển nổi 10

Hình 1.6 – Mô hình bể tuyển nổi DAF 10

Hình 1.7 – Bể điều hòa 12

Hình 1.8 – Bể lắng ngang 13

Hình 1.9 – Bể lắng đứng 14

Hình 1.10 – Bể lọc áp lực 15

Hình 1.11 – Cụm bể keo tụ - tạo bông 16

Hình 1.12 – Mô hình bể keo tụ - tạo bông 17

Hình 1.13 – Cánh khuấy dạng đứng 17

Hình 1.14 – Cánh khuấy dạng guồng 17

Hình 1.15 – Một số loại vật liệu hấp phụ 18

Hình 1.16 – Một số loại hạt trao đổi ion 19

Hình 1.17 - Cấu tạo của bể trung hòa 22

Hình 1.18 – Bể Aerotank 24

Hình 1.19 – Mô hình bể Anoxic 25

Hình 1.20 – Bể UASB 26

Hình 1.21 – Bể USBF 27

Hình 1.22 – Mô hình cụm bể SBR 29

Hình 1.23 – Bể lọc sinh học nhỏ giọt 30

Hình 1.24 – Bể lắng ly tâm 31

Hình 1.25 – Mô hình bể MBBR 32

Hình 1.26 – Bể biogas 33

Hình 1.27 – Bể nén bùn 34

Hình 1.28 – Bể tự hoại hai ngăn 36

Hình 1.29 – Bể khử trùng 37

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 – Kết quả phân tích chất lượng nước thải sau quá trình biogas ở trại chăn

nuôi heo Xuân Thọ III, Xuân Lộc, Đồng Nai 42

Bảng 2.2 – Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi 42

Bảng 2.3 – Kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi heo 43

Bảng 2.4 – Thành phần nước thải chăn nuôi 44

Bảng 3.1 – Tóm tắt thông số thiết kế của bể biogas 55

Bảng 3.2 – Tóm tắt thông số thiết kế của hố thu gom 57

Bảng 3.3 – Tóm tắt thông số thiết kế của bể điều hòa 61

Bảng 3.4 – Tóm tắt thông số thiết kế của bể lắng đợt 1 67

Bảng 3.5 – Tóm tắt thông số thiết kế của bể UASB 76

Bảng 3.6 – Tóm tắt thông số thiết kế của bể Anoxic 80

Bảng 3.7 – Tóm tắt các thông số thiết kế của bể Aerotank 90

Bảng 3.8 – Tóm tắt thông số thiết kế của bể lắng đợt 2 96

Bảng 3.10 – Tóm tắt thông số thiết kế của bể khử trùng 99

Bảng 4.1 – Chi phí xây dựng của hệ thống 100

Bảng 4.2 – Chi phí thiết bị của hệ thống 102

Bảng 4.3 – Các chi phi khác 107

Bảng 4.4 – Điện năng tiêu thụ của từng thiết bị 108

Bảng 5.1 – Các loại hóa chất cần sử dụng 113

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ

b Phân loại:

 Theo khe hở của thiết bị, có 3 kích cỡ: loại thô lớn (30 – 200 mm), loại trung bình (16 – 30 mm), loại nhỏ (dưới 16 mm)

 Theo cấu tạo của thiết bị: loại cố định và loại di động

 Theo cách thức làm sạch thiết bị: loại thủ công và loại cơ giới

c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo: thiết bị chắn rác bao gồm song chắn rác và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ Các thanh song song làm bằng kim loại (thép không rỉ) đặt cách nhau trong một khung thép hàn hình chữ nhật, dễ dàng trượt lên xuống dọc theo 2 khe ở thành mương dẫn Khoảng cách giữa các thanh gọi là khe hở (mắt lưới)

Nguyên lý hoạt động: dựa vào kích thước giữa các tạp chất và khoảng cách giữa các thanh (hoặc kích thước các mắt lưới) Nếu kích thước các tạp chất lớn hơn khoảng

cách giữa các thanh (hoặc kích thước các mắt lưới) thì sẽ bị giữ lại và ngược lại, nếu kích thước các tạp chất nhỏ hơn thì sẽ được đi qua thiết bị

b Phân loại:

 Thiết bị tách dầu loại nằm ngang

1.1.2.3 Bể tuyển nổi

a Nhiệm vụ:

Tách các tạp chất ở dạng rắn hoặc lỏng phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học Ngoài ra, bể tuyển nổi còn tách các chất hoạt động bề mặt như xà phòng, chất tẩy rửa, sơn, thuốc nhuộm…

b Phân loại:

 Phương pháp thổi khí vào nước

 Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dịch

 Tuyển nổi với sự phân tách không khí từ cơ giới

 Tuyển nổi nhờ các tấm xốp

 Tuyển nổi nhờ phương pháp dùng chân không

 Phương pháp giản áp (DAF)

 Tuyển nổi hóa học,sinh học và ion

 Tuyển nổi điện

c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Hình 1.5 – Cấu tạo của bể tuyển nổi

Hình 1.6 – Mô hình bể tuyển nổi DAF

1.1.2.4 Bể điều hòa

a Nhiệm vụ:

Dùng để khắc phục những vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, làm giảm một phần nhỏ chất hữu cơ để đảm bảo hiệu quả cho các công trình xử lý phía sau

Làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng “shock” của hệ thống do hoạt động quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ thích hợp, giảm được diện tích xây dựng các bể sinh học

b Phân loại:

 Bể điều hòa lưu lượng

 Bể điều hòa lưu lượng và nồng độ

c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo: là một bể chứa nước thải gồm hệ thống khuấy trộn, hệ thống sục khí (các đĩa sục khí hoặc ống đục lỗ) và hệ thống máy bơm (bơm nén khí và bơm nước thải) Nguyên lý hoạt động: sử dụng hệ thống khuấy trộn cơ học và sục khí để điều hòa nồng độ nước thải đồng thời xử lý một phần chất hữu cơ, điều hòa pH và nồng độ các ion bằng cách dùng hóa chất hoặc nước thải Dùng hệ thống bơm và van để điều chỉnh lưu lượng

 Bể lắng tròn phân phối nước vào bằng buồng phân phối trung tâm

 Bể lắng tròn phân phối vào bằng máng quanh chu vi bể và thu nước ra bằng máng ở trung tâm

 Bể lắng tròn phân phối nước vào và thu nước ra bằng máng đặt vòng quanh theo chu vi bể

c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Hệ thống thu nước ra

 Hệ thống phân phối nước rửa lọc

 Hệ thống thu nước rửa lọc

Nguyên lý hoạt động: khi cho hỗn hợp nước và chất rắn lơ lửng đi qua lớp vật liệu

lỗ (lớp vật liệu lọc), chất rắn lơ lửng sẽ được giữ lại và nước tiếp tục chảy qua

Các phương pháp hóa lý được áp dụng để xử lý nước thải gồm có keo tụ tạo bông, hấp phụ, trao đổi ion, trích li, chưng cất, oxy hóa khử,…

1.2.2 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

1.2.2.1 Phương pháp keo tụ tạo bông

1.2.2.1.2 Phân loại hóa chất

 Hóa chất keo tụ gồm có các loại phèn như phèn nhôm, phèn sắt, PAC…

 Hóa chất trợ keo tụ thông dụng là Polyacrylamid, tinh bột, chitosan…

1.2.2.1.3 Các loại công trình, thiết bị và cơ chế keo tụ - tạo bông

a Các công trình và thiết bị:

 Các công trình chuẩn bị dung dịch phèn:

 Thùng hòa trộn, thùng tiêu thụ, thiết bị định liều lượng chất phản ứng

 Các công trình trộn đều dung dịch chất phản ứng với nguồn: ống trộn, bể trộn

 Các công trình tạo điều kiện cho phản ứng tạo bông lắng xảy ra hoàn toàn: ngăn phản ứng, bể phản ứng

Hình 1.12 – Mô hình bể keo tụ - tạo bông

Hình 1.13 – Cánh khuấy dạng đứng

Hình 1.14 – Cánh khuấy dạng guồng

b Cơ chế keo tụ – tạo bông:

Trong nước thải có chứa các hạt cặn mang điện tích, chủ yếu là các hạt mang điện tích âm Các hạt này ở trạng thái lơ lửng khó lắng nên bằng cách cho chất keo tụ mang điện tích dương nhằm phá vỡ thế cân bằng điện động của các hạt cặn và liên kết các hạt cặn lại với nhau  tăng trọng lượng hạt cặn  dễ lắng Bao gồm 2 quá trình: Keo tụ phá vỡ trạng thái bền của hạt cặn

Tạo bông kết dính các hạt cặn lại với nhau

Hình 1.15 – Một số loại vật liệu hấp phụ

b Cơ chế hấp phụ:

Hấp phụ vật lý: là quá trình háp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lý và không hình thành liên kết hóa học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu như liên kết Van der Waals, lực tương tác tĩnh điện…

Hấp phụ hóa học: là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học

1.2.2.3 Phương pháp trao đổi ion

1.2.2.3.1 Nhiệm vụ

Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để xử lý nước thải có chứa các kim loại nặng như Zn, Cu, Mn, Pb, Hg, Cd, Ni…cũng như các hợp chất của Asen, Xyanua và chất phóng xạ Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép thu hồi các kim loại có giá trị

và đạt được mức độ xử lý cao

1.2.2.3.2 Phân loại chất trao đổi ion

 Nhóm chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên: zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét…

 Nhóm chất trao đổi ion vôi cơ tổng hợp: silicagel, permutit…

 Nhóm chất trao đổi ion hữu cơ tự nhiên: acid humic, than đá…

 Nhóm chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp: cation sulfua RSO3H, cation carboxylic COOH, cation phenolic R-OH…

 Chuyển ion đã qua biên giới phân pha và hạt nhựa trao đổi

 Khuếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi ion

 Phản ứng hoá học trao đổi ion A và B

 Khuếch tán ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân pha

 Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng

 Khuếch tán các ion B qua màng

 Khuếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng

1.2.2.4 Phương pháp oxy hóa khử

1.2.2.4.1 Nhiệm vụ

Phương pháp oxy hóa khử được dùng để xử lý hợp chất có chứa các kim loại nặng trong nước thải như Cu, Co, Ni, Pb, Fe, Mn, Cr, As…bằng cách chuyển các hợp chất này từ dạng độc sang dạng ít độc hơn và loại ra nước thải

1.2.2.4.2 Phân loại

 Phương pháp oxy hóa khử:

 Oxy hóa bằng Clo

 Oxy hóa bằng hydro peoxit

 Oxy hóa bằng oxy trong không khí

 Oxy hóa bằng pyroluzit

 Ozon hóa

 Phương pháp oxy hóa bậc cao:

 Quá trình Fenton

 Quá trình Peroxon

1.2.2.4.3 Cơ chế của từng quá trình oxy hóa

 Oxy hóa bằng Clo: sử dụng Clo và các hợp chất của Clo để tách các hợp chất chứa metylsulfit, phenol, xyanua… ra khỏi nước thải

 Oxy hóa bằng hydro peoxit (H2O2): sử dụng H2O2 để oxy hóa nitrit, các aldehyde, phenol, xyanua, các hợp chất chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm…

 Oxy hóa bằng oxy trong không khí: sử dụng oxy không khí để oxy hóa sulfua trong nước thải của nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ

 Oxy hóa bằng pyroluzit: sử dụng pyroluzit để oxy hóa As3+ thành As5+ theo phản ứng: H2AsO2 + MnO2 + H2SO4 = H2AsO4 + MnSO4 + H2O

Quá trình này được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu MnO2 buộc khuấy trộn nước thải với vật liệu MnO2

 Ozon hóa: sử dụng O3 để khử các tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các vị lạ có trong nước, loại bỏ các hợp chất như phenol, H2S, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm…

 Quá trình Fenton: là một quá trình oxy hóa bậc cao sử dụng hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị (II) và H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do *HO, còn

Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+

Phương trình tổng hợp cho quá trình Fenton:

Fe2+ + H2O2 + RH  Fe3+ + H2O + CO2

 Quá trình Peroxon: là một quá trình oxy hóa bậc cao dựa vào sự phân hủy ozon với

sự có mặt của H2O2 để sinh ra các gốc tự do *HO, H2O2 đóng vai trò là chất có tác dụng khơi mào cho sự phân hủy O3

Phương trình tổng hợp cho quá trình Peroxon:

bỏ một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải

1.2.2.5.2 Phân loại

 Trung hòa bằng cách trộn nước thải chứa acid với nước thải chứa kiềm

 Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào nước thải

 Trung hòa nước thải chứa acid bằng cách cho qua lớp vật liệu lọc

 Trung hòa nước thải chứa kiềm bằng cách dùng khí thải có tính acid

1.2.2.5.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể trung hòa

Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào nước thải: tùy vào thành phần, nồng

độ nước thải mang tính acid hay kiềm mà ta sẽ chọn hóa chất phù hợp để trung hòa nước thải

Trung hòa nước thải chứa acid bằng cách cho qua lớp vật liệu lọc: cho nước thải

có chứa acid tiếp xúc với các bể vật liệu lọc là đá vôi, magiezit, đá hoa cương…

Trung hòa nước thải chứa kiềm bằng cách dùng khí thải có tính acid: dẫn các loại khí có tính acid sinh ra từ ống khói lò đốt (CO2, SO2) để trung hòa nước thải chứa kiểm

1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

1.3.1 Mục đích

Phương pháp sinh học được sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm dưới sự hoạt động của vi sinh vật Vi sinh vật sẽ sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển, sau đó chúng sẽ chuyển hóa các chất hòa tan và dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng Phương pháp

xử lý sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỳ khí (không có oxy)

1.3.2 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

1.3.2.1 Bể Aerotank

a Nhiệm vụ:

Là công trình nhân tạo xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng hiếu khí dùng để xử lý nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao nhờ vào hoạt động của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện cung cấp oxy nhờ hệ thống sục khí

b Phân loại:

 Theo nguyên lý làm việc:

 Bể Aerotank thông thường: công suất lớn

 Bể Aerotank xử lý sinh hóa không hoàn toàn (BOD20 ra 60-80 mg/L)

 Bể Aerotank xử lý sinh hóa hoàn toàn (BOD20 ra 15-20 mg/L)

 Bể Aerotank sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/L

 Theo sơ đồ công nghệ:

 Theo phương pháp làm thoáng:

Thực chất của quá trình xử lý nước thải bằng bể Aerotank gồm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: tốc độ oxy hóa xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxy

 Giai đoạn 2: bùn hoạt tính khôi phục khả năng oxi hóa, đồng thời oxi hóa tiếp những chất hữu cơ chậm oxi hóa

 Giai đoạn 3: Giai đoạn nitơ hóa và các muối amôn

Hình 1.18 – Bể Aerotank

1.3.2.2 Bể Anoxic

a Nhiệm vụ:

Là công trình sinh học thiếu khí sử dụng vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu

cơ chứa Nitơ và Phospho

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo: bể Anoxic có cấu tạo giống bể Aerotank nhưng chỉ sục khí một phần diện tích bể, hoặc sử dụng cánh khuấy để giữ bể trong trạng thái thiếu khí

Hình 1.19 – Mô hình bể Anoxic

Nguyên lý hoạt động: nước thải được dẫn vào một phía của bể, ở phía này khí sẽ được sục vào để vi sinh vật đồng hóa nitrat (tạo ra NO3-) Sau đó, nước thải sẽ chảy qua phần thiếu khí, tại đây vi khuẩn phản nitrat sẽ xử lý NO3- thành N2 Cuối cùng nước thải sẽ được dẫn sang công trình tiếp theo Cơ chế chính của bể Anoxic là các vi sinh vật dị dưỡng hoạt động trong môi trường tùy nghi chuyển hóa N theo phương trình: NH3 → NO3 → NO2 → NO → N2O → N2 (gas)

1.3.2.3 Bể UASB

a Nhiệm vụ:

Là công trình nhân tạo xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng kỳ khí hoạt động theo nguyên tắc dòng chảy ngược chuyển động thẳng đứng từ dưới lên trên đi qua lớp đệm bùn trong đó bao gồm các sinh khối được hình thành dưới dạng hạt nhỏ hay

lớn UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo:

 Hệ thống phân phối nước vào

 Hệ thống máng thu nước sau xử lý

 Nước thải được nạp từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt

 Các chất hữu cơ trong nước thải sẽ tiếp xúc với lớp bùn và sinh ra khí trong điều kiện kỳ khí (CO2, CH4)

 Khí sinh ra sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi phía trên mặt bể Tại đây, quá trình tách pha khí – lỏng – rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha

 Khí sẽ đi qua hệ thống thu khí, bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống Nước

1.3.2.4 Bể USBF

a Nhiệm vụ:

Là bể thiếu khí có ngăn lắng được cải tiến từ quy trình bùn hoạt tính cổ điển kết hợp với quá trình anoxic và vùng lắng bùn lơ lửng trong một công trình xử lý sinh học Qui trình USBF được thiết kế để:

 Khử chất hữu cơ dạng carbonate

 Khử BOD, nitrate hóa và khử nitrate

 Khử BOD, nitrate hóa/ khử nitrate và khử phospho

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động: bể USBF được thiết lập trên nguyên lý bể lắng dòng chảy lên có lớp bùn lơ lửng (upflow sludge blanket clarifier), ngăn này có dạng hình thang, nước thải sau khi được xáo trộn đi từ dưới đáy bể lắng qua hệ thống vách ngăn thiết kế đặc biệt mà ở đó xảy ra quá trình tạo bông thủy lực Bể lắng hình thang tạo ra tốc độ nâng dòng chảy ổn định trên toàn bề mặt từ đáy đến mặt trên bể lắng, điều này cho phép sự giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng

1.3.2.5 Bể SBR

a Nhiệm vụ:

Là bể phản ứng làm việc theo mẻ dạng công trình xử lý bùn hoạt tính nhưng giai đoạn sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể Hệ thống SBR dùng để xử lý nước thải chứa chất hữu cơ và Nitơ cao

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

 Pha làm đầy: đưa nước thải vào bể

 Pha thổi khí: các phản ứng sinh hóa xảy ra

 Pha lắng: bùn được lắng xuống và nước nổi trên bề mặt

 Pha rút nước: nước nổi trên bề mặt sau thời gian lắng được tháo ra khỏi bể SBR

 Pha chờ: chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành (có thể bỏ qua)

Hình 1.22 – Mô hình cụm bể SBR

1.3.2.6 Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Biophin)

a Nhiệm vụ:

Là công trình nhân tạo xử lý sinh học sinh trưởng dính bám hiếu khí lợi dụng các

vi sinh vật bám vào môi trường lọc và phân huỷ các chất hữu cơ để loại bỏ chúng ra khỏi nước thải Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất để nước thải được phân phối đều

b Phân loại:

 Theo tải trọng thủy lực:

 Bể lọc sinh học nhỏ giọt: 1– 4.1 m3/m2 ngày

 Bể lọc sinh học cao tải: 4.1 – 40.1 m3/m2.ngày

 Theo tải trọng hữu cơ:

 Bể lọc sinh học nhỏ giọt: 0.08 – 0.4g BOD5/m3 VLL

 Bể lọc sinh học cao tải: 0.4 – 1.6 kg BOD5/m3 VLL

c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo:

 Có lớp vật liệu không ngập nước

 Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu có thể)

 Hệ thống phân phối nước vào có thể là dàn ống tự động quay hoặc dàn ống cố định

 Sàn đỡ và thu nước sau xử lý

 Lượng oxy cần thiết làm oxi hóa chất bẩn đi từ dưới lên

 Những màng vi sinh đã chết sẽ cùng nước thải ra khỏi bể được giữ ở bể lắng 2

1.3.2.7 Bể lắng II

a Nhiệm vụ:

Được đặt sau công trình xử lý sinh học để lắng bùn hoạt tính từ bể Aerotank và cặn bùn (màng vi sinh vật) được hình thành và bong tróc trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí ở bể lọc sinh học, làm trong nước thải trước khi xả nước đến bể khử trùng hay hồ sinh học

b Phân loại:

 Bể lắng ngang

 Bể lắng đứng

trên giá thể mà những giá thể này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng

b Phân loại:

Bể hiếu khí: sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ đồng thời trong suốt quá trình xử lý cần sục khí liên tục để cung cấp oxy cho quá trình xử lý

Bể kỳ khí: sử dụng các vi sinh vật yếm khí tức môi trường không có oxy

c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo:

 Ống dẫn nước vào vả ra khỏi bể

 Các giá thể để vi sinh vật bám vào

 Hệ thống xáo trộn: sục khí (MBBR hiếu khí), cơ giới (MBBR thiếu khí)

 Hệ thống thu nước sau xử lý

Hình 1.25 – Mô hình bể MBBR

Nguyên lý hoạt động:

Công nghệ màng vi sinh chuyển động tạo được sự kết hợp giữa hai quá trình xử lý hiếu khí và kỳ khí Công nghệ này dựa trên sự phối hợp giữa kỹ thuật huyền phù (vi sinh vật phân bố đều trong môi trường nước) và màng vi sinh vật (vi sinh vật tạo thành lớp màng trên chất mang)

Để tăng cường quá trình chuyển khối (cung cấp chất ô nhiễm cho vi sinh vật xử lý, tiết kiệm dung tích bể xử lý), hệ thống xử lý được thiết kế với kỹ thuật chuyển động chất mang vi sinh trong nước nhờ khí cấp vào từ dưới đáy bể

Nguyên lý hoạt động: lượng bùn cặn sau khi được dẫn vào bể biogas sẽ bị phân hủy nhờ quá trình lên men kỳ khí Có 2 quá trình lên men: lên men ấm ( nhiệt độ 30 –

35oC) và lên men nóng (50 – 55oC) Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng đối với quá trình lên men trong bể biogas Nhiệt độ càng cao, thời gian lên men càng giảm

1.4.2 Bể nén bùn

a Nhiệm vụ:

Làm giảm độ ẩm của bùn, lượng bùn này bao gồm: bùn hóa lý, bùn từ bể lắng đợt

1, bùn dư sau quá trình xử lý sinh học

b Phân loại:

 Bể nén bùn trọng lực

 Bể nén bùn ly tâm

 Bể nén bùn tuyển nổi

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo: bể thường có cấu tạo giống bể lắng đứng

Để tạo các khe hở cho nước chuyển động lên trên mặt, trên tay đòn của máy cào cặn gắn các thanh dọc, khi máy cào chuyển động quanh trục, hệ thanh dọc này khuấy nhẹ khối cặn, nước trào lên trên làm đặc cặn hơn

1.4.3 Hầm tự hoại

a Nhiệm vụ:

Là công trình xử lý sinh học bước đầu của hệ thống xử lý nước thải, trong đó các tác nhân gây ô nhiễm được phân hủy bới các vi sinh vật dưới điều kiện kỳ khí Sự chuyển hóa sinh học xảy ra theo các hướng sau:

 Chuyển hóa các chất hữu cơ thành khí sinh học và các sản phẩm hữu cơ đơn giản

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

c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo: bể có một hoặc nhiều ngăn, trong bể gồm có:

 Ống dẫn nước thải vào và ra

độ và chế độ quản lý, vận hành bể Qua thời gian 3 đến 6 tháng, cặn lắng len men yếm khí Quá trình lên men chủ yếu diễn ra trong giai đoạn đầu là lên men acid Các chất khí tạo nên trong quá trình phân giải (CH4,CO2,H2S ) nổi lên kéo theo các hạt cặn khác có thể làm cho nước thải nhiểm bẩn lại và tạo nên một lớp váng nổi trên mặt nước

Hình 1.28 – Bể tự hoại hai ngăn

1.5 Khử trùng nước thải

1.5.1 Mục đích

Khử trùng là một khâu quan trọng cuối cùng trong xử lý nước trước khi xả ra nguồn tiếp nhận (đối với nước thải) và trước khi sử dụng (đối với nước cấp) Khử trùng nước thải nhằm mục đích tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm còn sót lại trong nước thải

1.5.3 Bể khử trùng

a Nhiệm vụ:

Dùng để loại bỏ các vi khuẩn có hại còn sót lại trong nước thải bằng hóa chất khử trùng là Clo hoặc nước Javen

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo: bể gồm có hai ngăn: một ngăn trộn nước thải với Clo và một ngăn tiếp xúc Ngoài ra, bể khử trùng có thể thiết kế để quá trình xáo trộn và tiếp xúc cùng xảy

ra đồng thời bằng cách xây bể hình chữ nhật với nhiều vách ngăn có lỗ hoặc các vách ngăn uốn lượn theo hình ziczac

Hình 1.29 – Bể khử trùng

Nguyên lý hoạt động: nước thải khi được dẫn vào bể khử trùng sẽ được hòa trộn với dung dịch chứa Clo nhờ thiết bị khuấy trộn Hiệu quả khử trùng của nước thải phụ thuộc vào khả năng xáo trộn đều dung dịch Clo với nước thải, thời gian tiếp xúc giữa chúng và hàm lượng Clo dư Công đoạn xáo trộn được thực hiện tại bể xáo trộn hay thiết bị xáo trộn Thiết bị xáo trộn có thể thiết kế là công trình độc lập hay kết hợp với

bể tiếp xúc

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

2.1 Thành phần của nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp cả nước tiểu, nước tắm gia súc và nước rửa chuồng do đó thành phần của nước thải rất phong phú bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan vô cơ hay hữu cơ, và nhiều nhất là hợp chất chứa Nitơ và Photpho Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều vi sinh vật, ký sinh trùng gây bệnh, nấm men, mùi hôi và vô số mầm bệnh khác Nguồn nước thải này là nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt và có thể là nguyên nhân trực tiếp lây lan bệnh cho con người nên nó nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường

 Chất hữu cơ

Trong nước thải chăn nuôi thì hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm các hợp chất hydrocacbon, protit, axid amin, chất béo và các dẫn xuất của chúng có trong phân và thức ăn thừa Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-…

Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn

có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi thường chứa hàm lượng N và P rất cao, đây là nguyên nhân có thể gây hiện tượng phú dưỡng hóa cho các nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn nước và các sinh vật sống trong nước

 Vi sinh vật

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh Do đó loại nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm đồng thời lây lan một số bệnh cho người nếu không được xử lý

2.2 Tính chất của nước thải chăn nuôi

2.2.1 Tính chất vật lý

Gồm các chỉ tiêu như: màu sắc, độ đục, mùi, nhiệt độ…

Màu sắc nước thải chăn nuôi tùy thuộc vào loại từng gia súc, gia cầm nhưng thường có màu nâu hoặc màu xám có vẩn đục

Hàm lượng cặn lơ lửng (TSS) cao, do đó độ đục của nước cao và nước thải thường

có mùi hôi, mùi khai do quá trình phân hủy chất hữu cơ tạo khí NH3, H2S

2.2.2 Tính chất hóa học

Gồm các chỉ tiêu như: BOD, COD, pH, N, P, các chất khí hòa tan…

Nước thải chăn nuôi thường có BOD, COD cao do hàm lượng chất hữu cơ cao Các hợp chất hóa học trong phân và nước tiểu dễ dàng bị phân hủy, tùy điều kiện

kỳ khí hay hiếu khí mà quá trình phân hủy tạo thành các sản phẩm khác nhau như acid amin, acid béo, aldehyde, CO2, H2O, CH4, NH3, H2S

Nito bài tiết ra ngoài theo nước tiểu và phân dưới dạng ure, sau đó ure nhanh chóng chuyển hóa thành NH3 theo phương trình sau: