Nghiên cứu sử dụng COD trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp kỵ khí - thiếu khí - hiếu khí

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ cao 55- 65% tổng lượng chất bẩn, chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thiện chương trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của các quý Thầy,

Cô của trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 và các Thầy, Cô của Viện Hàn

Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Lê Cao Khải đã giành thời gian và tâm huyết để hướng dẫn em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp này

Đồng thời, em xin cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm

Hà Nội 2 và các Thầy, Cô trong Khoa Hóa Học đã tạo điều kiện tốt nhất để

em học tập và hoàn thiện tốt khóa học

Em xin cảm ơn các anh, chị, các thầy cô thuộc Viện Công Nghệ Môi Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện

cho em thực hành tại đây để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này

Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trường

đề ra với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân Tuy nhiên, do thời gian hạn

hẹp, các vấn đề nghiên cứu rộng và phức tạp, em vẫn không tránh khỏi những

thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn

để khóa luận được đầy đủ hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 20 tháng 05 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Thanh Hoài

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 : Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người.ngày

4

Bảng 2 : Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải 12

Bảng 3 : Đặc trưng của nước thải nghiên cứu 34

Bảng 4 : Kết quả thí nghiệm phân tích COD 45

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Sơ đồ công nghệ JKS 8

Hình 2: Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO 11

Hình 3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR 13

Hình 4: Sơ đồ kiểu đặt ngập và kiểu đặt ngoài của môđun màng MBR 13

Hình 5: Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter 14

Hình 6: Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phân tán bằng phương pháp sinh học 17

Hình 7: Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm 32

Hình 8: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể thiếu khí 35

Hình 9: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ khí 36

Hình 10: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể hiếu khí 37

Hình 11:Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD tổng 38

Hình 12: Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý COD tổng 39

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

AAO Thiết bị công nghệ yếm khí, thiếu khí, hiếu khí

BOD0 Nhu cầu oxy sinh học (ngày đầu tiên)

QCVN 14/2008/BTNMT Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải sinh

hoạt

TCVN 6772-2000 Tiêu chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN 3

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt phân tán 3

1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt 3

1.1.2 Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt phân tán 3

1.1.2.1 Các chất rắn trong nước thải 3

1.1.2.2 Các hợp chất hữu cơ trong nước thải 4

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 5

1.2.1 Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt 5

1.2.2.Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 8

1.2.2.1 Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn bằng công nghệ (JOHKASOU)- JKS 8

1.2.2.1.Công nghệ AAO và MBR 10

1.2.2.2 Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt BIOFILTER 14

1.3 Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phân tán bằng phương pháp sinh học 16

1.3.1 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí 17

1.3.1.1 Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí tự nhiên 17

1.3.1.2 Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo 18

1.3.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí 20

1.3.2.1 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí nhân tạo 20

1.3.2.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí tự nhiên 23

1.3.2.3 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí kết hợp kỵ khí 23

1.3.3 Quá trình xử lý sinh học thiếu khí 24

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 25

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.1.2 Mục đích nghiên cứu 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Cơ sở lý thuyết 25

2.2.2 Phạm vi ứng dụng 28

2.2.3 Nguyên tắc 28

2.2.4 Hóa chất – dụng cụ 29

2.2.5 Cách tiến hành 30

2.2.6 Tính toán 31

2.3 Phương pháp thực nghiệm .32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 34

3.1 Đặc trưng của nước thải sinh hoạt trong nghiên cứu 34

3.2 Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý COD 34

3.2.1 Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể thiếu khí 35

3.2.2 Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ khí 36

3.2.3 Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể hiếu khí 37

3.2.4 Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD tổng 38

3.3 Ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu quả xử lý COD 39

3.3.1 Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể thiếu khí 39

3.3.2 Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ khí 40

3.3.3 Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể hiếu khí 40

3.3.4 Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD tổng 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

KẾT LUẬN 42

KIẾN NGHỊ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC 45

Kết quả phân tích nước thải 45

MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM 47

MỞ ĐẦU

Phát triển bền vững kinh tế – xã hội – môi trường là mục tiêu hướng tới hàng đầu của hầu hết các quốc gia hiện nay Tuy nhiên, việc phát triển kinh tế mạnh mẽ lại đi đôi với việc phát sinh các nguồn gây ô nhiễm làm suy thoái môi trường Hiện nay, ở Việt Nam chúng ta vẫn chưa tìm ra các phương pháp tối ưu cho việc bảo vệ môi trường Nguồn gây ô nhiễm môi trường không chỉ phát sinh do các hoạt động công nghiệp mà còn từ chính cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của con người

Với việc gia tăng dân số như hiện nay thì sự suy thoái môi trường là điều tất yếu Dân số tăng nhanh kéo theo nhiều vấn đề như đất đai, nguồn thực phẩm, nguồn nước và lượng nước thải phát sinh trong sinh hoạt ngày càng tăng Đây cũng chính là mối đe dọa trầm trọng đối với môi trường Nước thải sinh hoạt có chứa lượng lớn các chất hữu cơ, vô vơ vừa có lợi cũng vừa

có hại đối với môi trường Nếu chúng ta không có các biện pháp xử lý các chất có hại đó thì theo thời gian chúng sẽ làm ô nhiễm đến nguồn nước mặt cũng như nguồn nước ngầm, từ đó mà ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người

Ở Việt Nam hiện nay, sự phát triển kinh tế đi kèm sự phát triển về mặt

xã hội, nhu cầu về cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao Do đó

mà các khu đô thị và khu dân cư mọc lên ngày càng nhiều kèm theo sự phát triển của ngành công nghiệp dịch vụ Nguồn nước thải từ các khu đô thị và khu du lịch hầu hết đều chưa được xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường Do vậy mà việc nghiên cứu các công trình xử ký nước thải sinh hoạt phân tán là một việc làm cần thiết

Các chỉ số để đánh giá nguồn nước thải bao gồm chỉ số oxy hòa tan

DO, nhu cầu oxy sinh học BOD, nhu cầu oxy hóa học COD, tổng lượng chất rắn hòa tan SS… Trong đó chỉ số oxy hóa học COD là một chỉ số rất quan trọng Trong hóa học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu oxy hóa học (COD - viết tắt từ tiếng Anh: chemical oxygen demand) được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước Phần lớn các ứng dụng của COD xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu

cơ tìm thấy trong nước bề mặt (ví dụ trong các con sông hay hồ), làm cho COD là một phép đo hữu ích về chất lượng nước Nó được biểu diễn theo đơn

vị đo là miligam trên lít (mg/L), chỉ ra khối lượng oxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch

Việc xây dựng mô hình nghiên cứu xử lý COD trong việc xử lý nước thải sinh hoạt phân tán sẽ góp phần làm môi trường xanh – sạch – đẹp là một

việc làm vô cùng cần thiết Đó là lí do chính để em chọn đề tài : “Nghiên cứu

xử lý COD trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước đã được dùng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa, của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ, 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, bếp ăn, cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt

Thông thường nước thải sinh hoạt chia làm 2 loại chính : Nước đen và nước xám

- Nước đen là nước thải từ các nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm chủ yếu là các chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và các cặn lơ lửng

- Nước xám là nước phát sinh từ quá trình tắm, rửa, giặt giũ với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ cao (55- 65% tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh,

vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa trong nước thải

1.1.2 Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt

1.1.2.1 Các chất rắn trong nước thải

Nước thải là hệ đa phân tán bao gồm nước và các chất bẩn Các nguyên

tố chủ yếu có trong thành phần của nước thải sinh hoạt là C, H, O, N với công thức trung bình C12H26O6N

Các chất bẩn trong nước thải gồm cả vô cơ và hữu cơ, tồn tại dưới dạng

cặn

lắng, các chất rắn không lắng được là các chất hòa tan và dạng keo

Bảng 1 : Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người ngày

1.1.2.2 Các hợp chất hữu cơ trong nước thải

Trong nước thiên nhiên và nước thải tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các loại phụ gia thực phẩm, chất thải của người và động vật,

Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó không hủy, Phần lớn các chất

hữu cơ trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật Nó tham gia vào

quá trình dinh dưỡng và tạo ra năng lượng cho vi sinh vật

Xác định riêng rẽ từng loại chất hữu cơ là rất khó và tốn kém, vì vậy người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ Các thông số thường được

chọn là: TOC, DOC, COD, BOD Trong nước thải đô thị và một số loại nước

thải công nghiệp, các chất hữu cơ chủ yếu là cacbonhydrat (CHO)

Việc xác định riêng biệt các thành phần hữu cơ riêng biệt là khó khăn, người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ thông qua chỉ tiêu COD, BOD

Thường giá trị BOD nhỏ hơn nhiều giá trị COD do không phải bất kỳ chất

nào oxy hóa cũng chuyển thành CO2.

Nhu cầu oxy hóa sinh hóa BOD là lượng oxy yêu cầu để vi khuẩn oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Trong thời gian 5 ngày đầu với 200C

vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các chất hữu cơ C-BOD, sau đó

trong điều kiện dư oxy các loại vi khuẩn nitrit, nitrat bắt đầu hoạt động để oxy

hóa các hợp phần nitơ thành nitrit và nitrat N-BOD

Giữa đại lượng COD, BOD có mối quan hệ với nhau và liên hệ theo một tỉ lệ phụ thuộc vào loại nước thải, nước nguồn và cả trong quá trình xử lý

Thường CODCr2O72-: BOD0: CODMnO4- : BOD5 = 0,95: 0,71: 0,65:

0,48

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán

1.2.1 Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay được chia thành:

- Phương pháp cơ học: được sử dụng để tách các tạp chất không hòa tan

và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Các công trình xử lý cơ

học bao gồm: thiết bị chắn rác, nghiền rác, bể điều hòa, bể lắng, lọc, vớt dầu

mỡ, …

- Phương pháp hóa lý: có bổ sung thêm hóa chất từ ngoài vào, bao gồm phương pháp keo tụ tạo bông, trung hòa, tuyển nổi, hấp thụ, hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa khử, phương pháp điện hóa, …

- Phương pháp sinh học: sử dụng các vi sinh vật có sẵn trong nước thải hoặc bổ sung thêm các chủng, giống vi sinh vật để nâng cao hiệu suất xử lý nước thải Các phương pháp sinh học có thể được duy trì trong các điều kiện

kỵ khí (không có oxy), thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy từ ngoài vào)

Hiện nay, việc kết hợp các phương pháp xử lý một cách khoa học giúp mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải, giảm chi phí đầu tư, vận hành…

Căn cứ đặc tính đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt mà hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng công nghệ xử lý thường là sự kết hợp xử lý cơ học và phương pháp xử lý sinh học và qua các bước sau:

- Tiền xử lý: Có nhiệm vụ loại bỏ ra khỏi nước thải tất cả các vật có thể gây tắc nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm

+ Loại bỏ vật lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải: Gỗ, vỏ, hoa quả…

+ Loại bỏ cặn nặng như cát, mảnh kim loại, thủy tinh…

+ Loại bỏ phần lớn dầu mỡ

Trong tiền xử lý có các bước sau:

+ Song chắn rác thô: Loại bỏ rác có kích thước lớn và đặt phía trước đường ống khi vào hệ thống xử lý

+ Song chắn rác tinh: Loại bỏ cặn có kích thước nhỏ hơn những loại cặn này thường gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng cho các bước sau

- Xử lý sơ bộ: Có nhiệm vụ lắng cát và tách dầu mỡ ra khỏi nước thải đồng thời điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải

Trong bước xử lý sơ bộ thường qua các giai đoạn sau:

+ Bể lắng cát và vớt dầu mỡ thường đặt sau song chắn rác thô và trước bể điều hòa để loại bỏ cặn thô như cát, sỏi… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn

+ Bể điều hòa: Dùng để điều hòa lưu lượng cũng như nồng độ nước thải Trong bể có hệ thống khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong thể tích toàn bể không cho cặn lắng trong bể

- Xử lý sinh học: Mục đích quá trình xử lý sinh học và lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để khử các hợp chất hữu cơ chứa cacbon, Nitơ, photpho trong nước thải Đây là bước xử lý quan trọng cho nước thải sinh hoạt quyết định chất lượng nước đầu ra với hiệu suất xử lý khá cao 90 – 99%, ít sử dụng hóa chất, chi phí xử lý thấp hơn so với các phương pháp khác

Có rất nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng cho bước xử lý sinh học nước thải như dùng bể thổi khí liên tục (aeroten) bể SBR công nghệ kết hợp quá trình thiếu khí và hiếu khí (AO) …

Xử lý bùn cặn trong nước thải: Trong nước thải có các chất không hòa tan như cát, cặn lắng… được phơi khô hoặc ép làm giảm thể tích và vận chuyển về bãi chôn lấp

Giai đoạn khử trùng: Nhằm tiêu diệt vi sinh vật có hại là giai đoạn bắt buộc với một số loại nước thải nhằm đảm bảo nước khi thải ra ngoài không gây hại đến môi trường

Xử lý mùi phát tán: Mùi sinh ra ở các bể thu gom nước thải ban đầu được thu gom và xử lý qua tháp hấp phụ trước khi thải vào môi trường không khí

1.2.2 Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán

1.2.2.1 Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn bằng công nghệ

Ngăn điều hòa

Nitrat hóa và lọc sinh học

Nước thải sinh hoạt

Tách Rác

Màng

vi lọc

Ngăn khử trùng Máy cấp khí Chất dinh dưỡng

Ngăn chứa bùn

* Ngăn thứ nhất (bể lọc kỵ khí): Tiếp nhận nguồn nước thải, sàng lọc các vật liệu rắn, kích thước lớn (giấy vệ sinh, tóc, ), đất, cát có trong nước thải

* Ngăn thứ hai (bể lọc kỵ khí): Loại trừ các chất rắn lơ lửng bằng quá trình vật lý và sinh học

* Ngăn thứ ba (bể lọc màng sinh học): Loại trừ BOD, loại trừ Nitơ, Photpho bằng phương pháp màng sinh học

* Ngăn thứ tư: Bể trữ nước đã xử lý

* Ngăn thứ năm (bể khử trùng): Diệt một số vi khuẩn bằng Clo khô, thải nước xử lý ra ngoài

Chất lượng xử lý nước thải được quyết định ở ngăn thứ ba phụ thuộc vào chất liệu màng sinh học được sử dụng Chất lượng màng sinh học càng cao thì hiệu quả xử lý và gía thành JKS càng cao Kỹ thuật màng lọc cao cho phép xử lý gần như triệt để các thành phần trong nước thải, nước thải sau xử

lý có BOD 2.3mg/l, N 8mg/l, tổng chất rắn lơ lửng TSS < 5mg/l, tổng khuẩn Ecoli < 100 tế bào/l Tuy nhiên, việc sử dụng màng sinh học dễ dẫn đến tắc màng lọc và hệ thống này cần phải súc rửa 3 tháng một lần Trong trường hợp này nước thải có thể được tái sử dụng để thực hiện quá trình súc rửa

Hệ thống JKS cải tiến cần phải được cung cấp điện năng liên tục cho quá trình vận hành Ðiện năng giúp vận hành bơm khí, ổn định dòng chảy, và duy trì tuần hoàn hệ thống nước thải Ðiện năng tiêu thụ cho một hệ thống JKS cho một gia đình 5- 10 người vào khoảng 350 đến 500kW/năm phụ thuộc vào từng loại JKS

Bã lắng đọng (bùn lắng) trong hệ thống JKS cần phải được hút (ít nhất

1 lần trong 1 năm) và xử lý Trung bình một hộ gia đình (5-10 người, nước

tiêu thụ 250 lít/người/ngày), tổng lượng bã trong 1 năm vào khoảng 58.8 kg (trọng lượng khô) Xe tải chuyên dụng (trọng tải 2- 4 tấn) được sử dụng cho việc hút bã Bã lắng đọc sau khi được hút vào xe rồi được chuyên chở tới trạm

xử lý bã lắng đọng Sản phẩm sau quá trình xử lý là chất rắn sinh học được sử dùng làm khí sinh học, vật liệu composit, sản suất phân bón hoặc xi măng

Ưu điểm khi sử dụng công nghệ JKS :

- Hệ thống gọn nhẹ, độ bền cao, sử dụng an toàn theo tiêu chuẩn Nhật Bản

- Thể tích của hệ thống Johkasou chỉ bằng 70% thể tích của bể tự hoại cho cho cùng số người sử dụng

- Vị trí lắp đặt: bên ngoài toà nhà hoặc trong gara xe, được chôn ngầm dưới đất, không tốn về diện tích

- Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt ngắn

- Bùn lắng được thu gom triệt để

- Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Nhật Bản – Cao hơn tiêu chuẩn TCVN 6772-2000 và QCVN 14/2008/BTNMT

- Chi phí xây dựng phù hợp

1.2.2.2 Công nghệ AAO và MBR AAO và MBR là công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

kết hợp với quá trình lọc màng để tách sinh khối, cặn lơ lửng Trong đó:

- AAO là sự kết hợp nhiều quá trình xử lý ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh

vật trong các điều kiện yếm khí (anaerobic), thiếu khí (anoxic) và hiếu khí (oxic), nhờ đó mà các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải được xử lý

triệt để hơn

Hình 2 Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO

- MBR (Membrane Biological Reactor) là kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc với kích thước màng dao động từ 0.1 – 0.4µm

Công nghệ AAO và MBR bao gồm hai quá trình chính xảy ra trong một bể phản ứng đó là:

- Phân huỷ sinh học các chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính, quá trình nitrat hóa, khử nitrat và loại bỏ photpho nhờ sự kết hợp giữa các bể yếm khí, thiếu khí và hiếu khí

- Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc (micro-flitration) Trong bể duy trì hệ bùn sinh trưởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra tại đây giống như các quá trình sinh học thông thường khác, nước sau xử lý được tách bùn bằng hệ lọc màng với kích thước màng khoảng 0.1 – 0.4 µm Màng

ở đây còn đóng vai trò như một giá thể cho vi sinh vật dính bám tạo nên các

lớp màng vi sinh vật dày, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng cường khả năng phân hủy sinh học

Công nghệ AAO và MBR được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt tại các khu đô thị, các nhà hàng, khách sạn… Nước thải đầu ra từ hệ thống AAO và MBR đạt tiêu chuẩn xả thải của quy chuẩn Việt Nam như:

QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt, …

Bảng 2 Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt

Việc ứng dụng MBR - kết hợp giữa công nghệ lọc màng và bể lọc sinh học như là một công đoạn trong quy trình xử lý nước thải có thể thay thế (trong vài trường hợp) cho vai trò tách cặn của bể lắng bậc hai và bể lọc nước

TT Thông số ô nhiễm Đơn vị

Giới hạn cho phép (QCVN 14:2008)

đầu vào, do vậy có thể lược bỏ bể lắng bậc hai và vận hành với nồng độ MLSS cao hơn Sơ đồ công nghệ hình 3 và hình 4

Hình 3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR

Hình 4 Sơ đồ kiểu đặt ngập và kiểu đặt ngoài của môđun màng MBR

Kết hợp công nghệ AAO với MBR là một hướng xử lý nước thải mới, cho hiệu quả cao và thân thiện với môi trường

1.2.2.3 Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt BIOFILTER

Nước thải Khí

xử lý

Bùn thải

Bùn hoạt tính

Hệ thống màng lọc

Nước

ra

- Bể biophin xây dựng dưới dạng hình tròn hay hình chữ nhật có tường đặc và đáy thép Đáy trên là tấm đan đỡ lớp vật liệu lọc, đáy dưới liền khối không thấm nước Chiều cao giữa hai lớp đáy lấy khoảng 0.4 – 0.6m, độ dốc hướng về máng thu I >= 0.01 Độ dốc theo chiều dài của máng thu lấy theo kết cấu, nhưng không được nhỏ hơn 0.005 Tường bể làm cao hơn lớp vật liệu lọc 0.5m

Đặc điểm riêng của bể Biophin nhỏ giọt là kích thước của vật liệu lọc không lớn hơn 25-30 mm và tải trọng tưới nước nhỏ 0.5-1.0 m3/( m3.VLL)

Hình 5 Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter

Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm do vi sinh vật của màng phân huỷ hiếu khí và kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước Các chất hữu cơ phân huỷ hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân huỷ kỵ khí sinh

ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật liệu mang, bị nước cuốn theo Trên

mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân huỷ kỵ khí cũng như hiếu khí, nước thải được làm sạch

- Trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó Nước thải đi từ trên xuống ngược dòng khí đi

từ dưới lên Nước thải được phân bố đều trên bề mặt nguyên liệu lọc theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào nhờ quá trình thông gió tự nhiên qua bề mặt hở phía trên và hệ thống thu nước phía dưới của bể lọc

Bể lọc sinh học nhỏ giọt chia làm những loại sau:

+ Bể lọc vận tốc chậm: hình trụ hoặc hình chữ nhật, hiệu suất khử BOD cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao Tuy nhiên cần lưu ý đến vấn đề mùi hôi và sự phát triển của Ruồi Psychoda Nguyên liệu lọc là đá, sỏi,

xỉ

+ Bể lọc vận tốc trung bình và nhanh: Hình tròn, lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn, nước thải được bơm hoàn lưu trở lại bể lọc và nạp liên tục, việc hoàn lưu nước thải giảm vấn đề mùi hôi và sự phát triển của Ruồi Psychoda Nguyên liệu lọc là đá, sỏi, plastic

+ Bể lọc cao tốc: có lưu lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao, khác với bể lọc vận tốc nhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên liệu lọc làm bằng plastic, nhẹ hơn sỏi

+ Bể lọc thô: lưu lượng nạp chất hữu cơ lớn hơn 1.6kg/m3.ngày, lưu lượng nước thải là 187 m3/m2.ngày bể lọc thô dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước giai đoạn xử lý thứ cấp

+ Bể lọc hai pha: xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao và cần nitrat hoá đạm trong nước thải Giữa hai bể lọc thường có bể lắng để loại

bỏ bớt chất rắn sinh ra trong bể lọc thứ nhất Bể lọc thứ nhất dùng để khử BOD của các hợp chất chứa cacbon, bể thứ hai chủ yếu cho quá trình nitrat hoá

1.3 Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phân tán bằng phương pháp sinh học

- Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải

- Cơ chế: Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ

và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng

Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2 , H2O, N2, ion sulfite…

- Mục đích: Khử chất hữu cơ (COD, BOD)

- Ý nghĩa:

+ Chi phí thấp + Thân thiện với môi trường + Dễ vận hành

- Phân loại

Hình 6 Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

phân tán bằng phương pháp sinh học

1.3.1.Quá trình xử lý sinh học hiếu khí

- Là quá trình sử dụng vi sinh vật oxy hóa các chất oxy hóa trong điều kiện có oxy

- Gồm tự nhiên và nhân tạo

1.3.1.1 Các phương pháp xử lý sinh học tự nhiên

*) Ao hồ sinh học hiếu khí

- Là loại ao nông 0.3 ÷ 0.5m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các VSV hiếu khí

- Nguyên lý hoạt động: Oxy từ không khí dễ dàng khuyếch tán vào lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải ra oxy

1.3.1.2 Các phương pháp xử lý sinh học nhân tạo

*) Bể Aerotank

- Là các bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằng cách thổi khí nén và khuấy đảo cơ học làm cho VSV tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng trong khắp pha lỏng

- Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước

- Nguyên lý làm việc: quá trình oxy hóa gồm 3 giai đoạn

+ Giai đoạn 1: Tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển VSV sinh trưởng mạnh dẫn đến lượng oxy tăng cao

+ Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy gần như ít thay đổi Chính giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhất

+ Giai đoạn 3: Sau 1 thời gian khá dài tốc độ oxy hoá cầm chừng và

có chiều hướng giảm, tốc độ tiêu thụ của oxy tăng lên

- Các yếu tố làm ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của Aerotank

+ DO + Thành phần dinh dưỡng + Nồng độ cơ chất

+ Các chất có độc tính trong nước thải + pH

+ Nhiệt độ +Nồng độ các chất lơ lửng ở dạng huyền phù

- Phân loại

+ Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (lọc phun hay lọc nhỏ giọt)

+ Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước

+ Đĩa quay sinh học: Là công trình của thiết bi xử lý nước thải bằng

kỹ thuật màng lọc sinh học dựa trên sự gắn kết của VSV trên bề mặt của vật liệu

Nguyên tắc hoạt động: Khi màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ

có trongnước thải sau đó tiếp xúc với oxy ra khỏi đĩa.Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với không khí vừa tiếp xúc

hủy nhanh

+ Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính Thường sử dụng đối với nước thải có độ ô nhiễm bẩn cao BOD20 = 1000 ÷ 5000mg/l

1.3.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí

Gồm tự nhiên và nhân tạo:

1.3.2.1 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí nhân tạo

*) Bể UASB

- Quá trình xử lý nước thải trong bể UASB + Lớp bùn lắng có hoạt tính rất cao ở dưới đáy chất thải được đưa vào từ dưới đáy của bể phản ứng vào trong lớp bùn

+ Dưới tác dụng của vi sinh vật kỵ khí chúng được chuyển hoá thành mêtan và cacbon dioxit