Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt khu ký túc xá k đại học thái nguyên

Nguồn nước thải sinh hoạt chủ yếu được thải ra từ các hộ gia đình, chung cư, đô thị, bệnh viện, trường học, các công trình công cộng,… Đặc biệt ở trong các khu ký túc xá của trường học,

PHẠM THANH DÂN

Tên đề tài:

"TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT KHU KTX K - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN"

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Liên thông chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường

Khóa học : 2013 - 2015 Giảng viên hướng dẫn: TS Dư Ngọc Thành

THÁI NGUYÊN - 2014

Sau thời gian nghiên cứu và thực tập tốt nghiệp, bản báo cáo em đã hoàn thành, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong ban chủ nhiệm khoa Môi trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã giảng dạy và đào tạo giúp em tích lũy thêm kiến thức và từ đó nâng cao thêm trình độ chuyên môn của mình để áp dụng vào thực tiễn

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS.Dư Ngọc Thành, thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình em học tập và thực hiện đề tài, làm báo cáo tốt nghiệp này

Cuối cùng, với lòng biết ơn sâu sắc, chân thành xin gửi đến gia đình và bạn bè đã giúp đỡ rất nhiều về tinh thần và vật chất để em hoàn thành được chương trình học tập cũng như báo cáo tốt nghiệp

Trong quá trình thực hiện khóa luận tôt nghiệp, do kinh nghiệm và kiến thức của em còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết Rất mong được sự tham gia đóng góp ý kiến từ phía các thầy cô giáo

và các bạn sinh viên để khóa luận của em được hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên, ngày 26 tháng 8 năm 2014

Sinh viên

Phạm Thanh Dân

Bảng 2 1 Khối lượng chất bẩn có trong NTSH cho một người 5

Bảng 2 2.Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/l) 6

Bảng 4.1 Đặc trưng chung của nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý 38

Bảng 4.2 Các chỉ tiêu hóa học của nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K 39

Bảng 4.3.Hệ số không điều hòa chung 42

Bảng 4.4.Hiệu quả xử lý nước thải khi đi qua song chắn rác 44

Bảng 4.5 Tóm tắt các thông số thiết kế ngăn tiếp nhận 45

Bảng 4.6 Tóm tắt các thông số của bể điều hòa 46

Bảng 4.7 Tóm tắt các thông số của bể UASB 47

Bảng 4.8 Hiệu quả xử lý nước thải khi đi qua bể UASB 47

Bảng 4.9 Tóm tắt thông số bãi lọc trồng cây 50

Bảng 4.10 Hiệu quả xử lý nước thải khi đi bãi lọc trồng cây 51

Hình 2.2 Hồ tùy nghi 17

Hình 2.3 Xử lý nước thải bằng đất 18

Hình 2.4 Các vi sinh vật hình sợi tiêu biểu trong bể bùn hoạt tính 19

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ bể Aeroten truyền thống 19

Hình 2.6 Sơ đồ làm việc của Bể Aeroten có ngăn tiếp xúc 20

Hình 2.7 Sơ đồ làm việc của Bể Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh 21

Hình 2.8 Quá trình vận hành bể SBR 23

Hình 2.9 Bể UASB 25

Hình 4.1 Sơ đồ công nghệ sử dụng bể Aeroten 39

Hình 4.2 Sơ đồ công nghệ sử dụng mương oxy hóa (MOT) 40

Hình 4.3 Sơ đồ công nghệ bể UASB kết hợp bãi lọc trồng cây 41

BOD Nhu cầu ô xy sinh hóa

BOD5 Lượng oxy hòa tan mà quá trình phân hủy sinh học

trong 5 ngày COD Nhu cầu oxy hóa học

DO Lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp

của sinh vật BTNMT Bộ tài nguyên môi trường

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài: 2

1.3 Nội dung của đề tài tốt nghiệp 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Cơ sở pháp lý 3

2.2 Cơ sở lý luận 3

2.2.1 Một số khái niệm cơ bản 3

2.2.2 Tổng quan nước thải sinh hoạt 5

2.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 11

2.2.4 Công nghệ bãi lọc ngầm trồng cây 27

2.2.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan trực tiếp đến đề tài 34

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 36

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành 36

3.3 Nội dung nghiên cứu 36

3.4 Phương pháp thực hiện 36

PHẦN 4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 38

4.1 Đánh giá tổng quan về nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K Đại học Thái Nguyên 38

4.2 Đề xuất thuyết minh và lựa chọn công nghệ 39

4.3 Tính toán các công trình đơn vị của công nghệ đề xuất lựa chọn 42

4.3.1 Tính toán số liệu sơ cấp 42

4.3.2 Song Chắn rác 43

4.3.3 Hầm tiếp nhận 44

4.3.4 Bể điều hòa 45

4.3.5 Bể kỵ khí UASB 46

Phần 5 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Kiến nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

Phần 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được quan tâm trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới Trái đất – ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái

và cạn kiệt dần tài nguyên Nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày nay do các hoạt động kinh tế - xã hội, các hoạt động này một mặt cải thiện chất lượng cuộc sống con người và môi trường, mặt khác lại mang lại hàng loạt các vấn đề như: Khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi trường khắp nơi trên thế giới

Hiện nay, khi mà nền kinh tế của nước ta có những bước phát triển mạnh

mẽ và vững chắc, đời sống của người dân ngày càng được nâng cao thì vấn đề môi trường và các điều kiện vệ sinh môi trường lại trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết Trong đó các vấn đề về nước được quan tâm nhiều hơn cả Các biện pháp để bảo vệ môi trường sống, bảo vệ nguồn nước mặt, nước ngầm không

bị ô nhiễm do các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người là thu gom

và xử lý nước thải Nước thải sau xử lý sẽ đáp ứng được các tiêu chuẩn thải vào môi trường cũng như khả năng tái sử dụng nước sau xử lý

Nguồn nước thải sinh hoạt chủ yếu được thải ra từ các hộ gia đình, chung cư, đô thị, bệnh viện, trường học, các công trình công cộng,… Đặc biệt

ở trong các khu ký túc xá của trường học, với nhu cầu sử dụng nước hàng ngày trong ký túc xá của học sinh, sinh viên là rất lớn Lượng nước cấp sinh hoạt lớn như vậy cũng đồng nghĩa với việc lượng nước thải ra môi trường là rất lớn và mới qua xử lý bằng bể tự hoại do đó không xử lý triệt để nên nước thải còn có mùi và có hàm lượng N, P, E.coli, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao Mỗi khi trời nắng thì từ các cống nước thải thường xuyên bốc mùi khó chịu, ảnh hưởng đến sức khỏe cũng như môi trường xung quanh Mặt khác khi trời mưa thì lượng nước mưa chảy tràn lại kéo theo các chất ô nhiễm làm rộng hơn Do vậy việc tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho khu ký túc xá K Đại học Thái Nguyên là một việc làm cấp thiết

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, tôi tiến hành đề tài: "Tính toán thiết kế

hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt khu KTX K - Đại học Thái Nguyên

1.2 Mục tiêu đề tài:

- Đề xuất công nghệ thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu ký túc xá

K trường Đại học Thái Nguyên

- Lựa chọn công nghệ và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu ký túc xá K trường Đại học Thái Nguyên

- Nước thải sau khi qua xử lý đạt QCVN 14:2008/cột B

1.3 Nội dung của đề tài tốt nghiệp

- Thu thập số liệu, tài liệu, đánh giá tổng quan về khu ký túc xá K Đại

học Thái Nguyên, khả năng gây ô nhiễm môi trường và xử lý nước thải sinh hoạt trong khu vực

- Lựa chọn thiết kế công nghệ và thiết bị xử lý nước thải nhằm tiết kiệm kinh phí phù hợp với điều kiện khu vực

1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.4.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài góp phần vào việc tìm hiểu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt Từ

đó góp phần vào công tác bảo vệ môi trường, cải thiện tài nguyên nước ngày càng trong sạch hơn

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài sẽ được nghiên cứu và bổ sung để phát triển cho vấn đề thu gom

và xử lý nước thải tại khu vực

Hạn chế việc xả thải bừa bãi làm suy thoái và ô nhiễm tài nguyên nước

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở pháp lý

- Luật Bảo vệ Môi trường năm 2005;

- Luật Tài nguyên nước ngày 21 tháng 6 năm 2012;

- Quyết định 879/ QĐ-TCMT về việc ban hành sổ tay hướng dẫn tính

toán chỉ số chất lượng nước;

- Nghị định 80/2014/NĐ-CP về thoát nước và xử lý nước thải;

- TCXD: 51- 2006 Thoát nước – mạng lưới bên ngoài và công trình tiêu

- QCVN 01:2009/BYT về chất lượng nước ăn uống;

- QCVN 02:2009/BYT về chất lượng nước sinh hoạt;

- Quyết định số 09/2005/QĐ-BYT về tiêu chuẩn nước sạch;

2.2 Cơ sở lý luận

2.2.1 Một số khái niệm cơ bản

* Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày

29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố

tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”

* Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam

2005: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật”

* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng

nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật Nước trong

tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước ở các sông

hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí, v.v Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục

mà phải phòng tránh từ đầu

* Nước thải chăn nuôi: Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất

đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng

cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và VSV gây bệnh

* Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt

động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác

* Nước thải công nghiệp: Là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động

hoặc trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

* Nước thải đô thị: Nước thải đô thị là một thuật ngữ chỉ chất lỏng trong

hệ thống cống thoát của một thành phố, thị xã đó là hỗn hợp của các loại nước thải trên

* Nước thải thấm qua: Là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng nhiều

cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố gas hay

hố xí

* Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở

những thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo hệ thống riêng

* Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc

hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau [4]: “Là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng

của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường”

* Tải trọng thủy lực: là tải trọng nước được phân phối trên bề mặt của

công trình Tải trọng thủy lực tính bằng: Lưu lượng xử lý (m3/h) chia cho diện tích bề mặt công trình (m2)

2.2.2 Tổng quan nước thải sinh hoạt

2.2.2.1 Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt

Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh

- Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Bảng 2 1 Khối lượng chất bẩn có trong NTSH cho một người

Bảng 2 2.Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/l)

- Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét)

- Các chất hữu cơ không tan

- Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…)

Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý

Mùi:

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S - mùi trứng thối Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S

Độ màu:

Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, do các sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ Đơn vị đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt - Co)

Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được

sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD)

Theo định nghĩa, nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh)

Trong môi trường nước tự nhiên, ở điều kiện thuận lợi nhất cũng cần đến

20 ngày để quá trình oxy hóa chất hữu cơ được hoàn tất Tuy nhiên, nếu tiến hành oxy hóa chất hữu cơ bằng chất oxy hóa mạnh (mạnh hơn hẳn oxy) đồng thời lại thực hiện phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao thì quá trình oxy hóa có thể hoàn tất trong thời gian rút ngắn hơn nhiều Đây là ưu điểm nổi bật của thông số này nhằm có được số liệu tương đối về mức độ ô nhiễm hữu cơ trong thời gian rất ngắn

COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp

Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD)

Về định nghĩa, thông số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện chuẩn: 20oC, ủ mẫu 5 ngày đêm, trong bóng tối, giàu oxy và vi khuẩn hiếu khí Nói cách khác, BOD biểu thị lượng giảm oxy hòa tan sau 5 ngày Thông số BOD5 sẽ càng lớn nếu mẫu nước càng chứa nhiều chất hữu cơ có thể dùng làm thức ăn cho vi khuẩn, hay

là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (Carbonhydrat, protein, lipid )

BOD là một thông số quan trọng:

- Là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước và nước thải

- Là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thuỷ vực thiên nhiên

- Là thông số bắt buộc để tính toán mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường

Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO)

Tất cả các sinh vật sống đều phụ thuộc vào oxy dưới dạng này hay dạng khác để duy trì các tiến trình trao đổi chất nhằm sinh ra năng lượng phục vụ cho quá trình phát triển và sinh sản của mình Oxy là yếu tố quan trọng đối với con người cũng như các thủy sinh vật khác

Oxy là chất khí hoạt động hóa học mạnh, tham gia mạnh mẽ vào các quá trình hóa sinh học trong nước:

- Oxy hóa các chất khử vô cơ: Fe2+, Mn2+, S2-, NH3…

- Oxy hóa các chất hữu cơ trong nước, và kết quả của quá trình này là nước nhiễm bẩn trở nên sạch hơn Quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, được thực hiện nhờ vai trò quan trọng của một số vi sinh vật hiếu khí trong nước

- Oxy là chất oxy hóa quan trọng giúp các sinh vật nước tồn tại và phát triển Các quá trình trên đều tiêu thụ oxy hòa tan Như đã đề cập, khả năng hòa tan của Oxy vào nước tương đối thấp, do vậy cần phải hiểu rằng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên là rất có giới hạn Cũng vì lý do trên, hàm lượng oxy hòa tan là thông số đặc trưng cho mức độ nhiễm bẩn chất hữu

cơ của nước mặt

Nitơ và các hợp chất chứa nitơ

Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất Nitơ là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với lượng rất lớn Các protein này dần dần bị vi sinh vật

dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4

Như vậy, trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần chứa Nitơ: từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion Nitơ vô cơ là sản phẩm quá trình khoáng hóa các chất kể trên:

- Các hợp chất hữu cơ thô đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng

trong nước, có thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự nhiên giàu protein

- Các hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ (NH4

+

, NO2 -

, NO3 -

)

Thuật ngữ “Nitơ tổng” là tổng Nitơ tồn tại ở tất cả các dạng trên Nitơ là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật

Phospho và các hợp chất chứa phospho

Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các chất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành công nghiệp trôi theo dòng nước

Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ và phosphat hữu cơ

Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật Việc xác định P tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1)

Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam

Chất hoạt động bề mặt

Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt

Vi khuẩn:

Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về đường

ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa

Vi rút:

Vi rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan Thông thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi rút

Giun sán (helminths)

Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả

Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm bẩn rác, phân người và động vật Trong người và động vật thường có vi khuẩn E coli sinh sống và phát triển Đây là loại vi khuẩn vô hại thường được bài tiết qua phân

ra môi trường Sự có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác Do đó nếu sau xử lý trong nước không còn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệng của nước qua việc xác định số lượng số lượng E.coli đơn giản và

nhanh chĩng Do đĩ vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước

2.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

a Phương pháp xử lý cơ học

Xử lý cơ học (hay cịn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất khơng tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi ) ra khỏi nước thải, điều hịa lưu lượng và nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước thải

Các cơng trình xử lý nước thải băng phương pháp cơ học thơng dụng

* Song chắn rác và lưới chắn rác

+ Song chắn rác

Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc cĩ thể đặt tại các miệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất cĩ kích thước lơn như: Nhánh cây, gỗ, lá cây, giấy, nilơng, vải vụn và các loại rác khác Đồng thời bảo vệ các cơng trình và thiết bị phía sau như bơm, tránh ách tắc đường ống, mương dẫn

+ Lưới chắn rác

Lưới chắn rác dùng để khử các chất lơ lửng cĩ kích thước nhỏ, thu hồi các thành phần quý khơng tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác cĩ kích thước nhỏ Kích thước mắt lưới từ 0,5 ÷ 1,0 mm

Lưới chắn rác thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay trịn (hay cịn gọi là trống quay) hoặc đật trên các khung hình đĩa

Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân huỷ cặn

Loại chắn rác

* Bể điều hòa

Bể điều hòa được dùng để duy trì dòng thải và nồng độ các chất ô nhiễm vào công trình, làm cho công trình làm việc ổn định, khắc phục những sự cố vận hành do dao động về nồng độ và lưu lượng của quá trình xử lý nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý sinh học Bể điều hòa có thể được phân làm ba loại như sau:

Bể điều hòa lưu lượng

* Bể lọc

Nhằm 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 sinh hoạt

Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các tạp chất không hoà 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 hoặc đông tụ cơ học

Nếu điều kiện vệ sinh cho phép thì sau khi xử lý cơ học nước thải được khử và xả lại vào nguồn, nhưng thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý

sơ bộ trước khi qua giai đoạn xử lý sinh học

Bể lọc thường làm việc với hai chế độ lọc và rửa lọc Quá trình lọc chỉ

áp dụng cho các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng có trong nước thải Các loại bể lọc thường được phân loại như sau:

+ Lọc qua vách lọc

Phương pháp xử lý hoá học thường được áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp Tuỳ thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hoá học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải

* Phương pháp trung hoà

Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kềm về trạng thái trung tính pH = 6.5 – 8.5 Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: Trộn lẫn nước thải chứa acid và chứa kềm, bổ sung thêm tác nhân hoá học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hoà, hấp thụ khí chứa acid bằng nước thải chứa kềm,…nước thải của một số ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp hóa chất, do quá trình công nghệ có thể chứa acid hoặc bazơ có khả năng gây ăn mòn vật liệu, phá vỡ các quá trình sinh hóa của các công trình xử lý sinh học, đồng thời gây ra các tác hại khác, do đó cần thực hiện quá trình trung hòa nước thải

Các phương pháp trung hòa bao gồm:

- Trung hòa lẫn nhau giữa nước thải chứa acid và nước thải chứa kiềm

- Trung hòa dịch thải có tinh acid, dùng các loại chất kiềm như: NaOH, KOH, NaCO3, NH4OH, hoặc lọc qua các vật liệu trung hòa như: CaCO3, Dolomit…

- Đối với dịch thải có tính kiềm thì trung hòa bởi acid hoặc khí acid

Để lựa chọn tác chất thực hiện phản ứng trung hòa, cần dựa vào các yếu tố:

- Loại acid hay bazơ có trong nước thải và nồng độ của chúng

- Độ hòa tan của các muối được hình thành do kết quả phản ứng hóa học

* Phương pháp đông tụ và keo tụ

Dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ (phèn) và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn

Phương pháp đông tụ - keo tụ là quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương, độ bền tập hợp bị phá hủy, hiện tượng lắng xảy ra

Sử dụng đông tụ hiệu quả khi các hạt keo phân tán có kích thước 100µm Để tạo đông tụ, cần có thêm các chất đông tụ như:

1-+ Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O Độ hòa tan của phèn nhôm trong nước ở

200C là 362 g/l pH tối ưu từ 4.5-8

+ Phèn sắt FeSO4.7H2O Độ hòa tan của phèn nhôm trong nước ở 200C

là 265 g/l Quá trình đông tụ bằng phèn sắt xảy ra tốt nhất ở pH >9

+ Các muối FeCl3.6H2O, Fe2(SO4)3.9H2O, MgCl2.6H2O, MgSO4.7H2O, …

+ Vôi

c Phương pháp xử lý hóa lý

Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được

áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học Phương pháp xử lý hóa lý bao gồm các phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc, lọc ngược Phương pháp hóa lý được sử dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có nhiều ưu điểm như:

+ Loại được các hợp chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học

+ Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật

+ Có thể thu hồi các chất khác nhau

+ Hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn

* Tuyển nổi

Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia của hai pha khí – nước và xảy ra khi có năng lượng tự do trên bề mặt phân chia, đồng thời cũng do các hiện tượng thấm ướt bề mặt xuất hiện theo chu vi thấm ướt ở những nơi tiếp xúc khí – nước

+ Tuyển nổi dạng bọt: Được sử dụng để tách ra khỏi nước thải các chất không tan và làm giảm một phần nồng độ của một số chất hòa tan

+ Phân ly dạng bọt: Được ứng dụng để xử lý các chất hòa tan có trong nước thải, ví dụ như chất hoạt động bề mặt

Ưu điểm: Phương pháp tuyển nổi là có thể thu cặn với độ ẩm nhở, có thể thu tạp chất

* Trích ly

Tách các chất bẩn hoà tan ra khỏi nước thải bằng cách bổ sung một chất dung môi không hoà tan vào nước, nhưng độ hoà tan của chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước

d Phương pháp xử lý sinh học

Thực chất của phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh để phân huỷ - oxy hoá các chất hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong nước thải Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như: Cacbon, nitơ, phosphor, kali…vi sinh vật sử dụng vật chất này để kiến tạo tế bào cũng như tích luỹ năng lượng cho quá trình sinh trường và phát triển chính vì vậy sinh khối vi sinh vật không ngừng tăng lên

Những công trình xử lý sinh học phân thành hai nhóm:

Những công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên: Cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học… thường quá trình xử lý xảy ra chậm

Những công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo: Bể lọc sinh học (bể biophin), bể làm thoáng sinh học (bể aeroten)… Do các điều kiện tạo nên bằng nhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn

Quá trình xử lý sinh học có thể đạt hiệu suất khử trùng 99,9% (trong các công trình trong điều kiện tự nhiên) theo BOD tới 90- 95 %

Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã được xử

lý sơ bộ qua các công trình cơ học, hóa học, hóa lý

* Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên

- Ao hồ sinh học (Ao hồ ổn định nước thải)

Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xưa Phương pháp này cũng không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao Quy trình được tóm tắt như sau:

Nước thải → loại bỏ rác, cát, sỏi → Các ao hồ ổn định → Nước đã xử lý

* Hồ hiếu khí

Ao nông 0,3 – 0,5 m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật gồm 2 loại: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo

Hình 2.1 Ao hiếu khí với kệ thống cung cấp khí

* Hồ tùy nghi

Là sự kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có đều ở trong nước và phân hủy kị khí (chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng lắng

Ao hồ tùy nghi được chia làm ba vùng: Lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng kị khi tùy tiện và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí

Chiều sâu của hồ khoảng 1 – 1,5 m

Hình 2.2 Hồ tùy nghi

* Hồ ổn định bậc ba

Nước thải sau khi xử lý cơ bản (bậc II) chưa đạt tiêu chuẩn là nước sạch

để xả vào nguồn thì có thể phải qua xử lý bổ sung (bậc III) Một trong các công trình xử lý bậc III là ao hồ ổn định sinh học kết hợp với thả bèo nuôi cá

- 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 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 sử dụng oxy của không khí qua các khe đất và chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất khoáng + Cánh đồng tưới

+ Cánh đồng lọc

Hình 2.3 Xử lý nước thải bằng đất

* Các công trình xử lý hiếu khí nhân tạo

Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo có thể kể đến hai quá trình cơ bản:

+ Quá trình xử lý sinh trưởng lơ lủng

+ Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính

Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu khí như: Aeroten bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật bám dính), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay

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 hóa thành các chất vô cơ như H2O, CO2

không độc hại cho môi trường

Quá trình sinh học có thể diễn ra 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

Hình 2.4 Các vi sinh vật hình sợi tiêu biểu trong bể bùn hoạt tính

Một số loại bể Aeroten thường dùng trong xử lý nước thải

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ bể Aeroten truyền thống

- Bể Aeroten tải trọng cao

Hoạt động của bể Aeroten tải trọng cao tương tự như bể có dòng chảy nút, chịu được tải trọng chất bẩn cao và có hiệu suất làm sạch cũng cao, sử dụng ít năng lượng, lượng bùn sinh ra thấp

Nước thải đi vào có đọ nhiễm bẩn cao, thường là BOD>500 mg/l Tải trọng bùn hoạt tính là 400 – 1000 mg BOD/g bùn (không cho) trong một ngày đêm

- Bể Aeroten cĩ hệ thống cấp khí giảm dần theo chiều dịng chảy

Nồng độ chất hữu cơ vào bể Aeroten được giảm dần từ đầu đến cuối bể

do đĩ nhu cầu cung cấp oxy cũng tỷ lệ thuận với nồng độ các chất hữu cơ

+ Cĩ thể áp dụng tải trọng cao(F/M cao), chất lượng nước ra tốt

- Bể Aeroten cĩ ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định(Contact Stabilitation)

Bể cĩ 2 ngăn: Ngăn tiếp xúc và ngăn tái sinh

Tuần hoàn bùn

Bể AerotankNgăn tái sinh bùn hoạt tínhNgăn tiếp xúc

Bể

lắng

đợt 1

Nước thải

Xả bùn tươi

nguồn tiếp nhận

Bể lắngđợt 2

Xả bùn hoạt tính thừa

Xả ra

Hình 2.6 Sơ đồ làm việc của Bể Aeroten cĩ ngăn tiếp xúc

Ưu điểm của dạng bể này là Bể Aeroten cĩ ngăn tiếp xúc cĩ dung tích nhỏ, chịu được sự dao động của lưu lượng và chất lượng nước thải, cĩ thể ứng dụng cho nước thải cĩ hàm lượng keo cao

- Bể Aeroten làm thống kéo dài

Khi nước thải cĩ tỉ số F/M (Tỉ lệ giữa BOD5 và bùn hoạt tính mg BOD5/mg bùn hoạt tính) thấp, tải trọng thấp, thời gian thơng khí thường 20-30h

Tuần hoàn bùn hoạt tính

Bể Aerotank làm thoáng kéo dài

20 -30 giờ lưu nươc trong bể Nước thải

Lưới chắn rác

Bể lắng đợt 2

Xả ra nguồn tiếp nhận

Định kỳ xả bùn hoạt tính thừa

- Bể Aeroten khuấy trộn hồn chỉnh

Xả bùn tươi

Xả ra Máy khuấy bề mặt

Hình 2.7 Sơ đồ làm việc của Bể Aeroten khuấy trộn hồn chỉnh

Ưu điểm: Pha lỗng ngay tức khác nồng độ các chất ơ nhiễm trong tồn thể tích bể, khơng xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể,

áp dụng thích hợp cho loại nước thải cĩ chỉ số bùn cao, cặn khĩ lắng

- Oxytank

Dựa trên nguyên lý làm việc của Aeroten khuấy đảo hồn chỉnh người ta thay khơng khí nén bằng sục khí oxy tinh khiết

Ưu điểm:

+ Hiệu suất cao nên tăng được tải trọng BOD

+ Giảm thời gian sục khí

+ Lắng bùn dễ dàng

+ Giảm bùn đáng kể trong quá trình xử lý

- Mương oxy hóa

Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh có dạng vòng hình chữ O làm viếc 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

- Bể lọc sinh học – Biofilter

Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Trong

bể chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám Có 2 dạng:

+ Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Là bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập nước Giá trị BOD của nước thải sau khi làm sạch đạt tới 10 ÷ 15mg/l Với lưu lượng nước thải không quá 1000 m3/ngày

+ Bể lọc sinh học cao tải: Lớp vật liệu lọc đặt ngập trong nước Tải trọng nước thải tới10 ÷ 30m3/m2ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc sinh học nhỏ giọt Tháp lọc sinh học cũng có thể được xem như là một bể lọc sinh học nhưng có chiều cao khá lớn

- Đĩa quay sinh học RBC (Rotating biological contactors)

RBC gồm một loại đĩa tròn xếp liền nhau bằng polystyren hay PVC Những đĩa này được nhúng chìm trong nước thải và quay từ từ Trong khi vận hành, sinh vật tăng trưởng sẽ bám dính vào bề mặt đĩa và hình thành một lớp màng nhày trên toàn bộ bề mặt ướt của đĩa

Đĩa quay làm cho sinh khối luôn tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải

và không khí để hấp thụ oxy, đồng thời tạo sự trao đổi oxy và duy trì sinh khối trong điều kiện hiếu khí

- Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reactor)

SBR là một bể dạng của bể Aeroten Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi qua song chắn rác, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể Ưu điểm là khử được các hợp chất Nitơ, photpho khi vận hành đúng quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí

Bể SBR hoạt động theo 5 pha:

+ Pha làm đầy (fill): Thời gian bơm nước vào bể kéo dài từ 1 – 3 giờ Dòng nước thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc vào mục tiêu

xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy sục khí

+ Pha phản ứng, thổi khí (React): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải

và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cung cấp oxy vào nước và khuấy trộng đều hỗn hợp Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2

và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3

- + Pha lắng (settle): 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 giờ

+ Pha rút nước (draw): Khoảng 0.5 giờ

+ Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình trên và số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể

Xả bùn dư là một giai đoạn quan trọng không thuộc 5 giai đoạn cơ bản trên, nhưng nó cũng ảnh hưởng lớn đến năng suất của hệ Lượng và tần xuất

xả bùn được xác định bởi năng suất yêu cầu, cũng giống như hệ hoạt động liên tục thông thường Trong hệ hoạt động gián đoạn, việc xả thường được thực hiện ở giai đoạn lắng hoặc giai đoạn tháo nước trong Đặc điểm duy nhất là ở

bể SBR không cần tuần hoàn bùn hoạt hóa Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, cho nên không có sự mất mát bùn hoạt tính ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính để giữ nồng độ

Hình 2.8 Quá trình vận hành bể SBR