tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản vinh quang, công suất 14 000 tấn sản phẩm năm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT Ô nhiễm do nước thải tại các cơ sở chế biến thuỷ sản gồm nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt: Nước thải sản xuất: si

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII

MỞ ĐẦU: CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ: NƯỚC THẢI SẢN XUẤT 4

1.1 ĐẶC TRƯNG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT THỦY SẢN 4

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4

1.2.1 Phương pháp cơ học 4

1.2.1.1.Thiết bị chắn rác 4

1.2.1.2.Thiết bị nghiền rác 6

1.2.1.3.Lưới lọc rác 6

1.2.1.4.Bể lắng cát 7

1.2.1.5.Bể điều hòa 10

1.2.1.6.Bể lắng 11

1.2.1.7.Bể tách dầu 14

1.2.1.8.Lọc 15

1.2.2 Phương pháp hóa – lý 15

1.2.2.1.Keo tụ tạo bông 16

1.2.2.2.Trung hòa 17

1.2.2.3.Hấp thụ 18

1.2.2.4.Tuyển nổi 18

1.2.2.5.Hấp phụ 20

1.2.2.6.Phương pháp trích ly 22

1.2.2.7.Phương pháp trao đổi ion 22

1.2.2.8.Xử lý bằng màng 23

1.2.3 Phương pháp sinh học 24

1.2.3.1.Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên 24

1.2.3.2.Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo 28

1.2.4 Xử lý hoàn thiện 37

1.2.5 Một số công nghệ xử lý nước thải thủy sản thực tế 38

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN VÀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỦY SẢN VINH QUANG 40

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN NƯỚC TA 40

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỦY SẢN VINH QUANG 41

2.2.1 Thông tin chung 41

2.2.2 Vị trí địa lý 42

2.2.3 Lịch sử hình thành và phát triển 42

2.2.4 Thị trường tiêu thụ 42

2.3 SƠ ĐỒ MẶT BẰNG VÀ CƠ CẤU TỔ CHỨC CỦA NHÀ MÁY 42

2.3.1 Sơ đồ mặt bằng của nhà máy 43

2.3.2 Sơ đồ tổ chức của nhà máy 44

2.3.3 Nhiệm vụ chức năng của từng bộ phận 44

2.3.4 Tình hình nhân sự 45

2.3.5 Chính sách chất lượng của công ty 45

2.4 ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU THỦY VĂN VÀ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG 46

2.4.1 Nhiệt độ 46

2.4.2 Chế độ mưa 46

2.4.3 Chế độ gió 46

2.4.4 Chất lượng không khí 46

2.4.5 Các vấn đề vệ sinh môi trường 47

2.5 ĐẶC TÍNH NGUYÊN LIỆU VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 49

2.5.1 Đặc tính nguyên liệu 49

2.5.2 Quy trình công nghệ sản xuất 57

2.6 NGUỒN GỐC PHÁT SINH VÀ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM 61 2.6.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải 61

2.6.2 Tác động của nước thải chế biến thủy sản đến môi trường 63

2.7 PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU NƯỚC THẢI 64

2.7.1 Thành phần và tính chất nước thải của nhà máy 64

2.7.2 Yêu cầu sau xử lý 66

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỦY SẢN VINH QUANG CÔNG SUẤT 14.000 TẤN SẢN PHẨM/NĂM 67

3.1 ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 67

3.2 ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 69

3.2.1 Đề xuất các công nghệ xử lý 69

3.2.2 Cơ sở để lựa chọn công nghệ 71

3.2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ 75

3.3 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 78

3.3.1 Xác định các thông số tính toán 78

3.3.2 Tính toán các công trình đơn vị 78

3.3.2.1.Song chắn rác 78

3.3.2.2.Bể thu gom 81

3.3.2.3.Máy sàng rác 83

3.3.2.4.Bể điều hòa 83

3.3.2.5.Bể tuyển nổi 88

3.3.2.6.Bể Anoxic 97

3.3.2.7.Bể Aerotank 99

3.3.2.8.Bể lắng (Bể lắng đứng) 106

3.3.2.9.Bể khử trùng 111

3.3.2.10 Bể nén bùn 114

3.3.2.11 Máy ép bùn 118

3.4 DỰ TOÁN KINH PHÍ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 121

3.4.1 Dự toán chi phí đầu tư 121

3.4.1.1.Dự toán chi phí xây dựng 121

3.4.1.2.Dự toán chi phí phần thiết bị 121

3.4.2 Chi phí xử lý 1 m3 nước thải 124

3.4.2.1.Chi phí khấu hao 124

3.4.2.2.Chi phí điện năng 124

3.4.2.3.Chi phí công nhân 125

3.4.2.4.Chi phí sửa chữa và bảo dưỡng 125

3.4.2.5.Chi phí hóa chất 125

3.5 QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH 125

3.5.1 Thi công 125

3.5.1.1.Công trình 125

3.5.1.2.Lực lượng thi công 126

3.5.1.3.Biện pháp thi công 126

3.5.1.4.Giải pháp và chỉ tiêu kỹ thuật: 127

3.5.1.5.Lắp đặt hệ thống thiết bị, đường ống công nghệ: 127

3.5.1.6.Lắp đặt hệ thống đường điện kỹ thuật: 128

3.5.2 Quản lý và vận hành trạm xử lý nước thải 128

3.5.2.1.Kiểm tra và chuẩn bị vận hành: 128

3.5.2.2.Vận hành hệ thống xử lý nước thải: 129

3.5.3 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục sự cố trong vận hành HTXL 133

3.5.3 Tổ chức quản lý và kỹ thuật an toàn 137

3.5.3.1.Tổ chức quản lý: 137

3.5.3.2.Kỹ thuật an toàn: 138

3.5.3.3.Bảo trì: 138

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 140

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT

SX -TM sản xuất - thương mại IQF cấp đông nhanh từng cá thể

ĐTM báo cáo đánh giá tác động môi trường

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Sản lượng khai thác thủy sản qua từng năm 41

Bảng 2.2: Kết quả phân tích mẫu khí môi trường xung quanh của công ty cổ phần thủy sản Vinh Quang ngày 18/02/2016 47

Bảng 2.3: Phân loại cá tra và cá basa 49

Bảng 2.4: Thành phần thức ăn trong ruột cá tra và basa ngoài tự nhiên 51

Bảng 2.5: Thành phần dinh dưỡng của cá (trên mỗi 3.5 oz) 55

Bảng 2.6: Kết quả phân tích mẫu nước thải của Công ty Cổ phần Thủy sản Vinh Quang ngày 18/02/2016 66

Bảng 3.1: Mức độ xử lý cần thiết (E) 68

Bảng 3.2: Ưu, nhược điểm của 2 phương án 72

Bảng 3.3: Tính toán hiệu xuất các công trình công nghệ 1 74

Bảng 3.4: Hệ số không điều hòa chung 78

Bảng 3.5: hệ số 𝛃 để tính sức cản cục bộ của song chắn rác 80

Bảng 3.6: Các thông số xây dựng mương đặt song chắn rác 81

Bảng 3.7: Thông số thiết kế bể thu gom 83

Bảng 3.8: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa 84

Bảng 3.9: Các thông số cho thiết bị khuấy tán khí 85

Bảng 3.10: Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa 87

Bảng 3.11: Thông số thiết kế cho bể tuyển nổi thổi khí 89

Bảng 3.12: Độ hòa tan của không khí theo nhiệt độ 89

Bảng 3.13: Thông số về chân đỡ: 93

Bảng 3.14: Các thông số thiết kế bể tuyển nổi 97

Bảng 3.15: Thông số thiết kế bể Anoxic 99

Bảng 3.16: Các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn 101

Bảng 3.17: Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aerotank 106

Bảng 3.18: Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng II (bể lắng đứng) 111

Bảng 3.19: Liệu lượng Chlorine 113

Bảng 3.20: Tóm tắt các thống số thiết kế bể tiếp xúc khử trùng 114

Bảng 3.21: Các thông số thiết kế bể nén bùn trọng lực 115

Bảng 3.22: Tóm tắt các thông số thiết kế bể nén bùn 118

Bảng 3.23: Tóm tắt các thông số thiết kế máy ép bùn 120

Bảng 3.24: Bảng chi phí xây dựng trạm xử lý nước thải 121

Bảng 3.25: Bảng chi phí thiết bị trạm xử lý nước thải 122

Bảng 3.26: Chi phí điện năng 124

Bảng 3.27: Nguyên nhân và biện pháp khắc phục sự cố trong vận hành HTXL 134

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Thiết bị chắn rác 5

Hình 1.2: Máy nghiền rác 6

Hình 1.3: Bể lắng cát ngang 8

Hình 1.4: Bể lắng cát đứng 9

Hình 1.5: Bể lắng cát sục khí 9

Hình 1.6: Bể lắng ngang 12

Hình 1.7: Bể lắng ly tâm 13

Hình 1.8: Bể tách dầu 14

Hình 1.9: Các dạng lọc 15

Hình 1.10: Bể tuyển nổi 20

Hình 1.11: Sơ đồ các tháp lọc hấp thụ 21

Hình 1.12: Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên 28

Hình 1.13: Mô hình hoạt động của bể UASB 30

Hình 1.14: Bể hiếu khí 32

Hình 1.15: Bể Aerotank thông thường 33

Hình 1.16: Bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn 34

Hình 1.17: Mương oxy hóa 35

Hình 1.18: Bể lọc sinh học 36

Hình 1.19: Bể khử trùng 38

Hình 1.20: Hệ thống XLNT Công ty Beseaco đạt tiêu chuẩn TCVN 5945:2005- Cột A, với công suất 300 m3/ng.đ 38

Hình 1.21: Hệ thống XLNT Công ty TNHH Hùng cá đạt QCVN 11:2008 - Cột A, với công suất 1000 m3/ng.đ 39

Hình 2.1: Công ty cổ phần thủy sản Vinh Quang 41

Hình 2.2: Sơ đồ mặt bằng nhà máy 43

Hình 2.3: Sơ đồ tổ chức nhà máy 44

Hình 2.4: Cá tra 43

Hình 2.5: Cá basa 44

Hình 2.6: Hình các dạng sản phẩm 54

Hình 2.7: Sơ đồ quy trình sản xuất 57

Hình 3.1: Quy trình công nghệ xử lý nước thải 1200 m3/ngđ phương án 1 69

Hình 3.2: Quy trình công nghệ xử lý nước thải 1200 m3/ngđ phương án 2 70

Hình 3.3: Sơ đồ lắp đặt xong chắn rác 81

MỞ ĐẦU

 Tính cấp thiết của đề tài

Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề được đặt lên hàng đầu hiện nay Chế biến thủy sản giữ vai trò quan trọng và không thể thiếu trong hệ thống sản xuất kinh tế của nước ta Song, vấn đề nước thải trong chế biến thủy sản lại khiến nhiều người lo ngại

Theo các Sở Tài Nguyên và Môi Trường, vi phạm chủ yếu của các cơ sở sản xuất chế biến nói chung là chưa đầu tư hệ thống xử lý nước thải hoặc có đầu tư nhưng lại không đạt chuẩn và không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật xử lý nước thải đạt chất lượng đầu ra theo quy định

Cũng theo thống kê cho biết, chỉ riêng lĩnh vực chế biến thủy sản hiện vẫn có đến 16% cơ sở chế biến tập trung chưa có hệ thống xử lý nước thải Trong đó, một số

cơ sở chưa có đủ 5 công đoạn quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải gồm: bể tuyển nổi (dùng để tách dầu, mỡ), bể điều hòa, bể sinh học kỵ khí, bể sinh học bùn hoạt tính

và bể khử trùng Do đó, hiệu quả xử lý ô nhiễm môi trường còn thấp

Lo ngại hơn nữa, ngoài các doanh nghiệp hoạt động trong khu công nghiệp tập trung thì có rất nhiều cơ sở chế biến nhỏ lẻ nằm lẫn trong các khu dân cư cũng góp phần không nhỏ gây ô nhiễm Các cơ sở này thường không được đầu tư nhiều về máy móc lẫn công nghệ, và thường bị phát hiện xả thải trực tiếp ra môi trường

Rất nhiều trường hợp vi phạm đã bị phát hiện và xử lý trên địa bàn cả nước, thế nhưng con số đó vẫn còn chưa xuể Cụ thể, ở Bà Rịa - Vũng Tàu nhiều năm nay đã tập trung xử lý xử phạt 22 cơ sở vi phạm gây ô nhiễm nguồn nước, đã đầu tư hệ thống xử

lý nước thải đạt chuẩn theo quy định Song, người dân vẫn cho rằng nhiều doanh nghiệp đang lén lúc xả thải ra môi trường Còn ở Bạc Liêu, đoàn liên ngành đã kiểm tra tại 88 cơ sở sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và bệnh viện (trong đó có 63 cơ sở thu mua, sơ chế và nhà máy chế biến thủy sản), phát hiện 9 cơ sở vi phạm pháp luật về bảo

vệ môi trường, đã phạt hành chính với tổng số tiền lên đến 1,1 tỷ đồng, bên cạnh đó cũng cảnh cáo 29 cơ sở khác,… Còn ở Tp.Cần Thơ, chỉ riêng công ty CP Chế biến Thực phẩm Sông Hậu năm 2014 đã bị phạt hành chính trên 778 triệu đồng do không thu gom triệt để chất thải nguy hại vào khu lưu trữ tạm thời theo quy định, dầu mỡ xả thải vào môi trường nước không đúng quy định, xả thải vượt quy chuẩn kỹ thuật về chất thải Thậm chí phải đình chỉ hoạt động 3 tháng do sản xuất có phát sinh nguồn nước thải vượt quy chuẩn cho phép

Theo những dữ liệu trên cho thấy, ô nhiễm môi trường nước có sự “góp sức” rất lớn của các doanh nghiệp chế biến thủy sản, do phần lớn đều được tập trung ở một số

vị trí như hạ lưu các con sông với mật độ dày đặc và sản lượng chế biến lớn Bên cạnh

đó là công nghệ chế biến còn thô sơ, đối với các doanh nghiệp xuất khẩu sản phẩm thô thì chỉ sử dụng khoảng 60% cho xuất khẩu, còn lại thì vứt bỏ hoặc sử dụng không hiệu quả dễ gây ô nhiễm môi trường Thiết nghĩ, để hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm như hiện nay, cần nâng cao nhận thức của từng người dân, cán bộ quản lý đơn

vị kết hợp với tiếp thu các công nghệ xử lý nước thải công nghiệp nói chung và cho

ngành chế biến thủy sản nói riêng

Nhận thức được mức độ cấp thiết về vần đề xử lý nước thải cho các nhà máy

Được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đinh Tuấn, tôi thực hiện đồ án “Tính toán, thiết

kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản Vinh Quang, công suất 14.000 tấn sản phẩm/năm”

 Mục tiêu luận văn

Trong phạm vi đồ án sẽ thu thập các số liệu cần thiết và từ đó dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản Vinh Quang, công suất 14.000 tấn sản phẩm/năm để một cách hợp lý nhất nhằm giảm thiểu tác hại lên môi trường trong điều kiện phù hợp với thực tế của nhà máy thủy sản Vinh Quang

 Phạm vi thực hiện

Việc ứng dụng công nghệ xử lý chung cho 1 ngành công nghiệp là rất khó khăn,

do mỗi nhà máy có đặc trưng riêng về công nghệ, nguyên liệu, nhiên liệu… nên thành phần và tính chất nước thải khác nhau Phạm vi ứng dụng của đề tài là xử lý nước thải của nhà máy chế biến thủy sản Vinh Quang và một số công ty khác nếu có cùng đặc tính chất thải đặc trưng

 Nội dung luận văn

 Phần thuyết minh và tính toán:

- Tổng quan về nước thải thủy sản và đặc trưng của nước thải

- Đề xuất 02 phương án công nghệ xử lý nước thải được yêu cầu xử lý, từ đó phân tích lựa chọn công nghệ thích hợp

- Tính toán các công trình đơn vị của phương án đã chọn

- Tính toán và lựa chọn thiết bị (bơm nước thải, máy thổi khí…) cho các công trình đơn vị tính toán trên

- Khai toán sơ bộ chi phí xây dựng công trình

 Bản vẽ kỹ thuật

- Vẽ bản vẽ mặt cắt công nghệ của phương án chọn: 01 bản vẽ khổ A2

- Vẽ chi tiết các công trình đơn vị hoàn chỉnh: các bản vẽ khổ A2

Xử lý thông tin định tính: Đây là việc đưa ra những phán đoán về bản chất của

sự kiện

Phương pháp chuyên gia: Là phương pháp sử dụng trí tuệ của đội ngũ chuyên gia để xem xét nhận định bản chất của đối tượng, tìm ra 1 giải pháp tối ưu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

NƯỚC THẢI SẢN XUẤT

Ô nhiễm do nước thải tại các cơ sở chế biến thuỷ sản gồm nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt:

Nước thải sản xuất: sinh ra trong quá trình chế biến và nước vệ sinh nhà xưởng, máy móc, thiết bị… Thành phần nước thải có chứa các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, các chất cặn bã, vi sinh vật và dầu mỡ Lưu lượng và thành phần nước thải chế biến thủy sản rất khác nhau giữa các nhà máy tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sử dụng, và thành phần các chất sử dụng trong chế biến (các chất tẩy rửa, phụ gia…)

Nước thải sinh hoạt: sinh ra tại các khu vực vệ sinh và nhà ăn Thành phần nước thải có chứa các cặn bã, các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và

vi sinh

Nước thải thủy sản bao gồm: nước thải chế biến cá, nước thải rã đông, nước

thải mực, nước thải sản xuất cá, nước thải sản xuất tôm…

Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải qua thiết bị chắn rác Thiết

bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chức năng chắn giữ các tạp

vật thô (giấy, rau, cỏ, rác ), nhằm đảm bảo đảm cho máy bơm, các công trình và thiết

bị xử lý nước thải hoạt động ổn định

b) Phân loại

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình

và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm Tùy theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc

di động Các loại song chắn rác được trình bày như sau:

- Theo kích thước: thô, trung bình, mịn

- Theo hình dạng: song chắn rác, lưới chắn rác

- Theo phương pháp làm sạch: thủ công, cơ khí, phun nước áp lực

- Theo bề mặt lưới chắn: cố định, di động

c) Một số thiết bị chắn rác thông dụng

- Song chắn rác thô: gồm nhiều thanh thép không gỉ xếp song song nhau và được hàn cố định trên khung thép

- Song chắn rác làm sạch bằng cơ khí: thu rác bằng cơ giới

- Song chắn rác làm sạch bằng thủ công: dung biện pháp thủ công để vớt rác

- Chắn rác di động: 1 số thiết bị chắn rác thường gặp như chắn rác dây đai, chắn rác đĩa, trống chắn rác quay, lưới chắn rác mịn…

Hình 1.1: Thiết bị chắn rác

d) Ưu, nhược điểm

 Ưu điểm:

- Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt

- Giữ lại tất cả tạp vật lớn

 Nhược điểm:

- Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn

- Làm tăng trở lực của hệ thống theo thời gian

Lưới lọc là tấm thép mỏng đục lỗ hoặc lõi dây thép đan với kích thước mắt lưới không lớn hơn 5 mm để chắn giữ rác

Thông thường lưới lọc được sử dụng để xử lý sơ bộ, thu hồi các sản phẩm quý ở dạng chất lỏng không tan trong nước thải công nghiệp như công nghiệp dệt, xenluloza, giấy, da Các chất bị giữ lại là sợi gỗ, len, lông động vật

b) Phân loại

Lưới lọc phân biệt thành loại phẳng và loại trụ, theo phương pháp làm sạch thì phân thành loại khô và loại ướt Loại khô làm sạch bằng bàn chải sắt, loại ướt làm sạch bằng thủy lực

c) Ưu, nhược điểm

 Ưu điểm:

- Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt

- Giữ lại tất cả tạp vật nhỏ

 Nhược điểm:

- Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật nhỏ

- Làm tăng trở lực của hệ thống theo thời gian

- Dễ gây tắc nghẽn theo thời gian

- Phải xử lý rác thứ cập

1.2.1.4 Bể lắng cát

a) Nhiệm vụ

- Loại bỏ các hạt cặn lớn vô cơ như cát, sỏi Kích thước hạt > 200µm

- Bảo vệ các trang thiết bị cơ khí động (bơm) tránh bị mài mòn

- Giảm cặn lắng trong ống, mương dẫn và bể phân hủy

- Giảm tần suất làm sạch bể phân hủy

b) Nguyên tắc lắng

Dưới tác dụng của lực trọng trường, các phần tử rắn có tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước sẽ được lắng xuống đáy Bể lắng cát phải được tính toán với tốc độ dòng chảy đủ lớn (0,3 m/s) để các phân tử hữu cơ nhỏ không lắng lại và đủ nhỏ (0,15 m/s)

để cát và các tạp chất rắn vô cơ không bị cuốn theo dòng chảy ra khỏi bể

c) Phân loại

 Bể lắng cát ngang:

Bể lắng ngang là bể hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể, có 2 hay nhiều ngăn hoạt động đồng thời Nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bể

Chiều sâu của bể lắng H 1,5 – 4 m, chiều dài L (8 - 12).H, chiều rộng B 3 – 6 m Bể lắng ngang được ứng dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.000 m3/ngày Hiệu quả lắng 60%

Trong bể lắng, 1 hạt chuyển động theo dòng nước có vận tốc v, dưới tác dụng của trọng lực chuyển động xuống dưới với vận tốc Như vậy, bể lắng có thể lắng những hạt mà quỹ đạo của chúng cắt ngang đáy bể trong phạm vi chiều dài của nó Vận tốc chuyển động của nước trong bể lắng không lớn hơn 0,01 m/s Thời gian lắng 1

- 3 giờ

Hình 1.3: Bể lắng cát ngang

 Bể lắng cát đứng:

Cấu tạo: Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ có đáy chóp

Nguyên tắc: Nước thải được vào hệ thống theo ống trung tâm Sau đó, nước

chảy từ dưới lên trên vào các rãnh chảy tràn uá trình lắng cặn diễn ra trong dòng đi lên, vận tốc nước là 0,5 - 0,6 m/s Chiều cao vùng lắng khoảng 4 - 5m Mỗi hạt chuyển động theo nước lên trên với vận tốc v và dưới tác dụng của trọng lực, hạt chuyển động xuống dưới với vận tốc Nếu v hạt lắng nhanh, nếu v hạt bị nước cuốn lên trên Các hạt cặn lắng xuống dưới dáy bể được lấy ra bằng hệ thống hút bùn

Hiệu quả lắng của bể lắng đứng thấp hơn bể lắng ngang khoảng 10 - 20%

Hình 1.4: Bể lắng cát đứng

 Bể lắng cát sục khí:

Cấu tạo: Bể lắng cát sục khí có cấu tạo giống như bể lắng ngang

Nguyên tắc: Dọc theo chiều ngang một bên vách của bể đặt hệ thống sục khí

nhằm tạo cho nước thải chuyển động theo quỹ đạo tròn và xoắn ốc quanh trục theo hướng dòng chảy Do vận tốc ngang trong vòng xoắn ốc lớn nên các hạt cặn hữu cơ lơ lửng không lắng xuống, nên trong thành phần cặn lắng chủ yếu là cát từ 90 ÷ 95%

Phạm vi hoạt động: Hiệu suất làm việc của bể lắng cát có sục khí khá cao, phù

hợp với những trạm xử lý nước thải có công suất lớn Bể lắng sục khí cần có chiều sâu

ít nhất bằng 2m để tạo nên vòng xoáy có hiệu quả

Ưu điểm:

- Hiệu quả không phụ thuộc vào lưu lượng

- uá trình sục khí cung cấp năng lượng tách chất hữu cơ ra khỏi cát

- Hiệu quả tách cát cao

- Tránh quá trình phân hủy chất hữu cơ khi vận tốc dòng chảy nhỏ

Hình 1.5: Bể lắng cát sục khí

1.2.1.5 Bể điều hòa

a) Nhiệm vụ

- Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải

- Tiết kiệm hóa chất để trung hòa nước thải

- Ổn định lưu lượng

- Giảm và ngăn cản nồng độ các chất độc hại đi vào công trình xử lý sinh học tiếp theo

b) Phân loại

Có 2 loại bể điều hòa:

- Bể điều hòa lưu lượng: có thể đặt sau song chắn rác, trước trạm bơm, bơm đều nước thải lên bể lắng đợt I

Điều kiện sử dụng: Khi lưu lượng thay đổi theo thời gian, còn nồng độ ổn định

suốt thời gian làm việc của nhà máy trong ngày và khi lưu lượng nước thải thay đổi lớn theo giờ trong ngày

- Bể điều hòa nồng độ: đặt sau bể lắng cát, trước bể lắng đợt I

Điều kiện sử dụng: lưu lượng vào bể không thay đổi suốt thời gian làm việc

nhưng nồng độ chất ô nhiễm thay đổi theo giờ trong 1 chu kỳ làm việc

c) Ưu, nhược điểm

 Ưu điểm:

- Khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động của lưu lượng

- Nâng cao hiệu suất của các quá trình phía sau

- Giảm kích thước và chi phi của những xử lý phía sau

- Xử lý sinh học được nâng cao, giảm nhẹ quá tải, pha loãng các chất gây ức chế sinh học và pH được ổn định

- Chất lượng đầu ra và hiệu quả nén bùn của bể lắng đợt 2 được cải thiện do bông cặn đặc chắc hơn

- Diện tích bề mặt lọc giảm, hiệu quả lọc được nâng cao, và hơn nữa chu kì rửa lọc đồng đều hơn do tải lượng thuỷ lực thấp hơn

- Trong xử lý hoá học, ổn định tải lượng sẽ dể dàng điều khiển giai đoạn chuẩn bị

và châm hoá chất tăng cường độ tin cậy của quá trình

 Nhược điểm:

- Diện tích mặt bằng hoặc chỗ xây dựng cần tương đối lớn,

- Bể điều hoà ở những nơi gần khu dân cư cần được che kín để hạn chế mùi

- Đòi hỏi phải khuấy trộn và bảo dưỡng và chi phí đầu tư tăng

d) Bố trí bể điều hòa

- Bể điều hòa trên dòng thải: làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào công đoạn phía sau

- Bể điều hòa ngoài dòng thải: chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó

Vị trí tốt nhất để đặt bể điều hòa cần xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải Do lưu lượng của dòng thải biến động không đều theo thời gian Việc biến động này do nhiều nguyên nhân như kế hoạch gia tăng sản xuất, qui trình công nghệ sản xuất, thay đổi nguyên liệu đầu vào Ngoài ra còn lưu lượng còn phụ thuộc nhiều vào thiết kế của hệ thống thu gom nước và các yếu tố thời tiết như lượng mưa

Hình 1.6: Bể điều hòa 1.2.1.6 Bể lắng

b) Phân loại

 Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại:

- Bể lắng đợt 1: được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lững không hòa tan Bể lắng có cấu tạo mặt bằng là hình chữ nhật hay hình tròn, được thiết kế để loại bỏ bằng trọng lực các hạt cặn Bể lắng được chia làm bốn vùng: vùng phân phối nước vào, vùng lắng các hạt cặn, vùng thu nước ra, vùng chứa và cô đặc cặn

- Bể lắng đợt 2: được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

 Theo cấu tạo và hướng dòng chảy, người ta chia bể lắng thành các dạng:

- Bể lắng ngang:

Cấu tạo: Bể lắng ngang có hình dạng chữ nhật trên mặt bằng, tỷ lệ giữa chiều

rộng và chiều dài không nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4m Trong bể lắng nước thải chuyển động theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể và được dẫn tới các công trình

xử lý tiếp theo, vận tốc dòng chảy trong vùng công tác của bể không được vượt quá 40 mm/s Bể lắng ngang có hố thu cặn đầu bể, nước trong được thu vào ở máng cuối bể

Ưu điểm: dễ thiết kế, dễ thi công và vận hành đơn giản

Nhược điểm: thời gian lưu dài và chiếm mặt bằng không nhỏ, chi phí lại xây

dựng cao

Phạm vi áp dụng: sử dụng cho các trạm xử lý có công suất > 15000 m3/ngđ

Hình 1.7: Bể lắng ngang

- Bể lắng đứng:

Cấu tạo: Bể lắng đứng có dạng hình tròn hoặc hình chữ nhật trên mặt bằng, đáy

dạng nón hay chóp cụt Có cấu tạo đơn giản, đường kính không vượt quá 3 lần chiều sâu công tác và có thể đến 10m Chiều cao công tác của vùng lắng từ 2,7-3,8 m Vận

tốc dòng chảy trong vùng công tác vào khoảng lớn hơn 0,7 mm/s Thời gian lắng thường từ 1-2 h Nước thải được dẫn vào ống trung tâm và chuyển động từ dưới lên theo phương thẳng đứng Vận tốc dòng nước chuyển động lên phải nhỏ hơn vận tốc của các hạt lắng Nước trong được tập trung vào máng thu phía trên Cặn lắng được chứa ở phần hình nón hoặc chóp cụt phía dưới Hiệu suất của bể lắng đứng thấp vào khoảng 45-48%

Ưu điểm: sử dụng ít diện tích đất nhưng có hiệu suất lắng cao, dễ xả bùn, cặn Nhược điểm: Vận tốc lắng không lớn, chỉ lắng được cặn có tỉ trọng lớn

Phạm vi áp dụng: sử dụng khi trạm có công suất < 20.000 m3/ngđ

- Bể lắng ly tâm:

Cấu tạo: Có mặt bằng hình tròn, đường kính từ 16 ÷ 40m (có thể lên đến 60m),

chiều cao 1/16 ÷ 1/10 đường kính bể Trong bể lắng nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể Cặn lắng được dồn vào hố thu cặn được xây dựng ở trung tâm đáy bể bằng

hệ thống cào gom cặn ở phần dưới dàn quay hợp với trục 1 góc 450 Đáy bể thường được thiết kế với độ dốc i = 0,02 – 0,05 Dàn quay với tốc độ 2 - 3 vòng trong 1 giờ Nước trong được thu vào máng đặt dọc theo thành bể phía trên Hiệu quả lắng là 60%

Ưu điểm: Tiết kiệm diện tích, hiệu suất xử lý nước thải cao và cặn có tỉ trọng

nhỏ cũng có thể lắng được

Nhược điểm: Vận hành đòi hỏi kinh nghiệm, chi phí vận hành cao do sử dụng

điện năng

Phạm vi áp dụng: thường dùng để sơ lắng nguồn nước có hàm lượng cặn cao,

áp dụng cho trạm có công suất ≥ 20.000 m3/ngđ

Hình 1.9: Bể lắng ly tâm

Hình 1.8: Bể lắng đứng

- Bể lắng vách nghiêng:

Cấu tạo: Loại bể lắng này có khối tấm hoặc ống tạo thành lớp mỏng để chuyển chế độ dòng chảy từ rối sang dạng chảy tầng, do đó làm quá trình lắng xảy ra dễ dàng hơn Cặn liên tục trượt về phía dưới hoặc nổi lên trên tùy thuộc vào cách bố trí lớp mỏng Người ta bố trí khối lớp mỏng thuận chiều hoặc ngược chiều với dòng chảy trong bể Khi nước và cặn chảy cùng chiều thì vận tốc trong bể là 0.4 - 0,5 m/h

Khối lớp mỏng thưởng nghiêng một góc khoảng 35 - 600 Khối lớp mỏng có thể

là các ống, vách inox hoặc PVC ghép với nhau có khe hở từ 25 - 150 mm

Ưu điểm: hiệu quả lắng cao

Nhược điểm: ít được áp dụng trong xử lý nước thải có nồng độ hữu cơ cao do

việc hình thành lớp màng vi sinh bám dính gây cản trở dòng lưu chất trong vách

1.2.1.7 Bể tách dầu

Nhiệm vụ: loại bỏ các chất nổi (dầu, mỡ, hạt nhựa nhẹ…) ra khỏi nước thải mà

không gây ảnh hưởng tới công trình xử lý hóa lý, sinh học phía sau

Nguyên tắc:

- Tách dầu bằng trọng lực: các hạt dầu, mỡ có tỷ trọng nhẹ hơn nước sẽ nổi lên mặt nước và gạt ra ngoài, còn các hạt cặn dính dầu nặng hơn nước sẽ lắng xuống đáy và được tháo ra ngoài

- Dùng lực ly tâm: lọc qua lớp vật liệu có khả năng dính bám dầu mỡ

Ưu điểm: tiết kiệm hóa chất keo tụ, giảm tải trọng chất bẩn và giữ ổn định cho

các quá trình xử lý tiếp theo

Phạm vi áp dụng: Bể tách dầu thường được áp dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ (nước thải công ngiệp), nhằm tách các tạp chất nhẹ

Hình 1.10: Bể tách dầu

1.2.1.8 Lọc

a) Nhiệm vụ

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải, mà các bể lắng không thể loại được chúng Người ta tiến hành quá trình lọc nhờ các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại

Được áp dụng khử các hạt mịn vô cơ và hữu cơ khó lắng

Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi, thậm chí

cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương

thùng quay

chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường Giai đoạn xử lý hoá

lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh

Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, đông tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc …

Nhược điểm: ít được áp dụng do giá thành cao và có khả năng sinh ra các sản phẩm phụ khác có tính độc hại

1.2.2.1 Keo tụ tạo bông

- Phế thải: chứa nhôm, sắt, xỉ

Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:

Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O,

NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O

Trong số đó phổ biến nhất là Al2(SO4)3 nó hoạt đông hiệu quả khi pH = 5 ÷ 7,5, nhôm sunfat tan tốt trong nước và có giá thành tương đối rẻ, nó được sử dụng ở dạng khô hoặc dạng dung dịch 50%

d) Các yếu tố ảnh hướng

- pH

Nước thải sản xuất của nhiều ngành công nghiệp có thể chứa axit hoặc kiềm

Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại, ta cần phải trung hòa nước thải trung hòa còn nhằm mục đích tách 1 số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về 6.6 – 7.6

b) Nguyên tắc

Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dung dịch nước thải Ngoài ra, có thể tận dụng nước thải có tính axit trung hòa nước thải có tính kiềm hoặc ngược lại

Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:

- Trộn nước thải axit với kiềm

- Bổ sung các tác nhân hóa học

- Lọc nước axit qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa

- Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước axit

c) Các chất trung hòa chủ yếu

1 số hóa chất dùng để trung hòa: CaCO3, Cao, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, CaO0.6MgO0.4, (Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4, NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3…

Để trung hòa nước thải chứa axit có thể sử dụng các tác nhân hóa học như: NaOH, KOH, Na2CO3, CaCO3, MgCO3… Song tác nhân rẻ nhất là vôi sữa 5 ÷ 8% Ca(OH)2, tiếp đó là soda và NaOH ở dạng phế thải

Để trung hòa kiềm có thể sử dụng khí axit như: CO2, SO2, NO2, N2O3… Việc

sử dụng khí axit không những cho phép trung hòa nước thải mà còn tăng hiệu quả ra khỏi các cấu tử độc hại

d) Các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn chất trung hòa

- Tốc độ phản ứng

- Bùn phát sinh

- An toàn và dễ kiểm soát khi lưu trữ hay sử dụng

- Tổng chi phí bao gồm chi phí hóa chất và chi phí thiết bị

- Ảnh hưởng của phản ứng : tỏa nhiệt, tạo cáu cặn và muối hòa tan

- Ảnh hưởng khi dùng hóa chất cần thiết

1.2.2.3 Hấp thụ

Phương pháp này được dùng để loại bỏ hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất

có mùi vị và màu khó chịu

Các chất hấp thụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoặc silicagel, keo nhôm, 1 số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như si mạ, sắt… Trong số này, than hoạt tính là chất được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp thụ Lượng chất hấp thụ này tùy thuộc vào khả năng hấp thụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn trong nước thải Các chất hữu cơ có thể bị hấp thụ: phennol, allcyllbenzen, sunfonicaid, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm

Sử dụng phương pháp này có thể hấp thụ đến 58 – 95% chất hữu cơ và màu Ngoài ra, để loại kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại người ta còn dùng than bùn để hấp thụ và nuôi bèo tây trên mặt hồ

1.2.2.4 Tuyển nổi

a) Nhiệm vụ

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan, hoặc lỏng có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách, gọi là tuyển nổi tự nhiên

b) Nguyên tắc

Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí

và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt

Bản chất của quá trình này ngược lại với quá trình lắng, các chất lơ lửng sẽ nổi lên bề mặt và tạo thành lớp trên bề mặt bể dưới sức đẩy của các hạt khí

Tác nhân thông dụng trong các phương pháp tuyển nổi xử lý nước thải là không khí Không khí được cấp vào nước và tạo bọt theo các phương pháp sau:

- Sục khí vào nước ở áp suất cao, sau đó giảm áp – gọi là tuyển nổi bằng không khí hòa tan

- Sục khí ở áp suất khí quyển gọi là tuyển nổi bằng không khí

- Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát nước ở áp suất chân không gọi là tuyển nổi chân không

c) Các yếu tố ảnh hưởng

Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượng chất rắn Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng từ 15 đến 30 m (bình thường từ 50 - 120 m) Điều kiện tốt nhất để tách các hạt trong quá trình tuyển nổi là khi tỷ số giữa lượng pha khí và pha rắn đạt (0,01 - 0,1)

- Thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư vận hành không lớn

- Hiệu quả xử lý cao (95% - 98%), vận tốc lớn hơn so với lắng

- Thu hồi các cặn có độ ẩm thấp (90% - 95%)

- Có độ lựa chọn tách các tạp chất

- Tuyển nổi kèm theo thổi khí nên giảm: chất hoạt động bề mặt và chất dễ bay hơi; vi khuẩn và vi sinh vật

e) Phân loại

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun, qua các tấm xốp)

- Tuyển nổi với tách không khí từ nước (tuyển nổi chân không, tuyển nổi không

áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước)

Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học

Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc 2 pha không hòa tan

là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng Dung chất (chất bị hấp thụ) sẽ đi qua từ pha lỏng (pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dịch được cân bằng

Hấp phụ chất bẩn hòa tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những chất

đó từ nước vào bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của trường lực bề mặt

Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại được các phân

tử của các chất không phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được những chất phân ly

Hình 1.13: Sơ đồ các tháp lọc hấp thụ

Những chấp hấp phụ có thể là: than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, cacbon sunfat, than nâu, than bùn, than cốc, đôlômit, cao lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng Bông cặn của những chất keo tụ (hudroxit của kim loại)

và bùn hoạt tính từ bể aeroten cũng có khả năng hấp phụ

c) Ưu điểm

Hiệu quả cao 80 ÷ 95%, có khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải đồng thời

có khả năng thu hồi các chất này

Người ta phân biệt 2 kiểu hấp phụ:

- Hấp phụ trong điều kiện tĩnh

- Hấp phụ trong điều kiện động

1.2.2.6 Phương pháp trích ly

Trong hỗn hợp 2 chất lỏng không hòa tan lẫn nhau, bất kì 1 chất thứ 3 nào khác

sẽ hòa tan trong 2 chất lỏng trên theo quy luật phân bố Như vậy trong nước thải chứa chất bẩn, nếu chúng ta đưa vào 1 dung môi và khuấy đều thì các chất bẩn đó sẽ hòa tan vào dung môi theo đúng quy luật phân bố đã nói và nồng độ chất bẩn trong nước sẽ giảm đi Tiếp tục tách dung môi ra khỏi nước thì nước thải coi như được làm sạch Phương pháp tách chất bẩn hòa tan như vậy gọi là phương pháp trích ly

Hiệu suất xử lý nước thải tùy thuộc vào khả năng phân bố của chất bẩn trong dung môi, giá trị của hệ số phân bố hay khả năng trích ly của dung môi

Kỹ thuật trích ly tiến hành như sau: cho dung môi vào nước thải và trộn đều cho tới khi đạt trạng thái cân bằng Tiếp đó cho qua bể lắng Do sự chênh lẹch về trọng lượng riêng nên hỗn hợp sẽ phân ra 2 lớp và dễ tách biệt chúng ra bằng phương pháp

cơ học Nếu trích ly 1 lần mà không đạt yêu cầu tách chất bẩn ra khỏi nước thải thì phải trích ly nhiều lần Nếu dung môi có tỉ trọng bé hơn tỉ trọng nước thải thì dẫn nước thải từ trên xuống và dung môi từ dưới lên Ngược lại nếu dung môi có tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng nước thải thì cho nước chuyển động từ dưới lên, dung môi từ trên xuống Phương pháp trích ly được phân loại thành:

- Tháp trích ly với vòng tiếp xúc

- Tháp trích ly kiểu vòi phun tia

- Tháp trích ly với đĩa roto quay

- Tháp trích ly kiểu rung

- Tháp trích ly kiểu lắng – trộn

1.2.2.7 Phương pháp trao đổi ion

a) Nhiệm vụ

Phương pháp này cho phép thu hồi các kim loại có giá trị và đạt được mức độ

xử lý cao Vì vậy nó là phương pháp để ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý

nước cấp và nước thải

b) Nguyên tắc

Trao đổi ion là 1 quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi ion với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau

Các chất trao đổi ion có thể là những chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét Fenspat, chất mica khác nhau…

c) Phạm vi áp dụng

Khử cứng (Ca, Mg): cho nước ăn uống, cấp nồi hơi

Khử sắt, nitrate, nitrite cho nước uống

Khử khoáng: cho nước cấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, điện tử

Xử lý nước thải: xi mạ (Cr, Zn, Cu, Pb…)

Thu hồi các kim loại quý: vàng, bạc, platium, uranium

1.2.2.8 Xử lý bằng màng

Màng được định nghĩa là 1 pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác Nó

có thể là chất rắn, dạng gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc là 1 chất lỏng

Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất

đó qua màng

Xử lý bằng màng được phân loại thành:

- Thẩm thấu ngược (thường được sử dụng để khử các chất có khối lượng phân tử thấp, áp suất thẩm thấu cao)

- Siêu lọc (thường được sử dụng để khử các chất có khối lượng phân tử bột, áp suất thẩm thấu thấp)

- Thẩm tách và điện thẩm tách

- Phương pháp làm thoáng và chưng bay hơi (thường được dùng để xử lý các chất thải chứa các chất bẩn dễ bay hơi như: hydrosunfua, cacbon sunfua, đisunfit, đimetyl sunfit, metyl mecaptan…)

- Phương pháp oxi hóa khử (để xử lý những chất độc hại chứa các kim loại nặng như: đồng, chì, niken, coban, sắt, mangan, crom…)

 Oxy hóa bằng Clo (thường dùng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải)

 Oxy hóa bằng hydro peoxit (H2O2) (thường dùng để oxy hóa các nitrit, aldehit, phennol, xyanua, chất thải chứa lưu huỳnh và chất nhuộm mạnh)

 Oxy hóa bằng oxy trong không khí (dùng để tách sắt ra khỏi nước cấp, oxy hóa sunfua trong nước thải của nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ)

 Oxy hóa bằng pyroluzit (thường được sử dụng để oxy hóa asen)

 Ozon hóa (dùng để khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các vị lạ có trong nước Làm sạch nước thải khỏi phenol, sản xuất dầu mỏ, H2S, các hợp chất Asen, các chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm…

- Phương pháp điện hóa (không cần sử dụng các tác nhân hóa học nhưng tiêu hao điện năng)

 Oxy hóa của anot và khử các catot

 Đông tụ điện

 Tuyển nổi bằng điện

Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tác khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải

1.2.3 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và 1 số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản vì thế sinh khối của chúng được tăng lên uá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ

vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Phương pháp sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc điều kiện kỵ khí (không có oxy)

Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải chứa chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ Do vậy phương pháp này thường được áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:

- Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh

- Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải

- Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

1.2.3.1 Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

Cơ sở của phương pháp này dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước Các công trình đặc trưng: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học…

Cơ chế hoạt động: cho nước thải thấm qua lớp đất bề mặt thì cặn được giữ lại, nhờ có oxy và các vi khuẩn hiếu khí mà quá trình oxy hóa diễn ra

Phương pháp xử lý sinh học đang là phương pháp tối ưu nhất do chi phí thấp nhưng lại có hiệu quả cao và đảm bảo an toàn Mặt khác, phương pháp này còn có thể thu được sản phẩm phụ có giá trị kinh tế và tái sử dụng năng lượng, làm tăng hiệu quả kinh tế của phương pháp

a) Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

Nhiệm vụ: Trong nước thải sinh hoạt chứa thành phần dinh dưỡng cho cây

trồng: đạm, lân, kali là một nguồn phân bón tốt có lượng N cao thích hợp với sự phát triển của thực vật Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước thải nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng

và cánh đồng lọc

Cấu tạo: Cánh đồng tưới và bãi lọc là những mảnh đất được san phẳng hoặc tạo

dốc không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô bằng các bờ đất Nước thải phân

bố vào các ô bằng hệ thống mạng lưới phân phối gồm: mương chính, máng phân phối

và hệ thống lưới trong các ô Nếu khu vực chỉ dùng xử lý nước thải, hoặc chứa nước thải khi cần thiết gọi là bãi lọc

Nguyên tắc: dưới tác dụng của vi sinh vật, ánh sáng mặt trời, không khí và

dưới ảnh hưởng của các hoạt động sống thực vật, chất thải bị hấp thụ và giữ lại trong đất, sau đó các loại vi khuẩn có sẵn trong đất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ Nước thải sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng

sử dụng Phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hoặc bổ sung cho nước nguồn

Nhược điểm: Phương pháp này chỉ được dùng ở những nơi có lượng nước thải

nhỏ, vùng đất khô cằn, xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm

b) Cánh đồng tưới nông nghiệp

Nước thải của thành phố, thị trấn, xí nghiệp công nghiệp nếu không chứa các chất độc hại hay chứa với nồng độ cho phép là nguồn lợi có thể sử dụng để tưới cho cây trồng Vì vậy, cánh đồng tưới nông nghiệp vừa để phục vụ cho nông nghiệp, vừa

để xử lý nước thải Người ta dự trữ nước thải trong các đầm hồ hoặc xả ra cánh đồng

cỏ, cánh đồng trồng cây ưa nước hay vào vùng dự trữ

Trước khi đưa vào cánh đồng, nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể lắng Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng công cộng và có

ý kiến chuyên gia nông nghiệp

c) Hồ sinh học

Nguyên tắc: Hồ sinh vật là ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi

là hồ oxy hoá, hồ ổn định nước thải… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh

ra từ sự phân huỷ, oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp hơn 60C

Phân loại: Theo quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu

khí, hồ tuỳ nghi và hồ kỵ khí

Ưu điểm:

- Dễ xây dựng

- Chi phí thấp

- Tính đệm (chịu được hàm lượng kim loại cao)

- Hiệu quả cao (hiệu suất xử lý BOD > 90%, N từ 70 – 90 % và P từ 30 – 50%)

- Có khả năng xử lý các loại sinh vật gây bệnh cao và có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới đối với chất lượng nước tưới cây

- Hiệu quả kinh tế cao khi kết hợp nuôi cá, trồng tảo

Nhiệm vụ: Dùng để lắng và phân hủy cặn lắng, có độ sâu từ 2.4 – 3.6 m, với sự

tham gia của các chủng loại vi khuẩn kỵ khí Xử lý lý BOD và tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh

Nguyên tắc: Các vi sinh vật này tiến hành các phản ứng hoá sinh học để phân

huỷ và biến đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản, dễ xử lý Quá trình ổn định nước thải trong hồ xảy ra dưới tác dụng kết hợp của quá trình kết tủa

và quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành CO2, CH4, các khí khác, các acid hữu cơ và

tế bào mới

Cấu tạo:

- Có 2 ngăn để dự phòng việc xả bùn

- Cửa xả nước vào hồ phải đặt chìm, nếu diện tích hồ < 0.5 ha chỉ cần 1 miệng

xả, nếu lớn hơn thì phải bố trí thêm

- Cửa tháo nước ra khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nước bề mặt và nó tấm ngăn để bùn không thoát ra cùng nước

Ưu điểm:

- Hiệu suất giảm BOD trong hồ có thể lên đến 70 - 85%

- Xử lý được nước thải ô nhiễm hữu cơ cao có hàm lượng chất lơ lửng lớn

- Giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí

- Chuyển đổi vật chất dạng hòa tan thành dạng vật chất lắng đọng như bùn đáy

- Hòa tan một số dạng hữu cơ khác

- Thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ

- Chứa các vật chất không hòa tan và không phân hủy như bùn đáy

- Cho phép xử lý một phần dòng thải chảy qua

Nhiệm vụ: ngăn không cho tảo phát triển

Nguyên tắc: Quá trình xử lí nước thải xảy ra trong điều kiện đầy đủ oxy, oxy

được cung cấp qua mặt thoáng và nhờ quang hợp của tảo hoặc hồ được làm thoáng cưỡng bức nhờ các hệ thống thiết bị cấp khí

Phân loại: Chia làm 2 loại:

- Hồ làm thoáng tự nhiên: oxy cung cấp cho quá trình oxy hóa chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật (rong, tảo…) Để đảm bảo ánh sáng có thể xuyên qua, chiều sâu của hồ khoảng 30 ÷ 40cm Thời gian lưu nước khoảng 3 ÷ 12 ngày

- Hồ làm thoáng nhân tạo: nguồn cung cấp oxy cho quá trình oxy sinh hóa là bằng thiết bị bơm khí nén hoặc máy khuấy cơ học Chiều sâu của hồ 2 ÷ 4,5m Thời gian lưu nước khoảng 1 ÷ 3 ngày

 Hồ tùy nghi

Nguyên tắc: Có độ sâu từ 1.5 – 2.5 m, trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu

lớp nước có thể diễn ra 2 quá trình: oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí các chất bẩn hữu cơ Trong hồ sinh vật tùy tiện vi khuẩn và tảo có quan hệ tương hổ đóng vai trò cơ bản đối với sự chuyển hóa các chất

Cấu tạo: Hồ được chia thành 3 ngăn:

- Ngăn bề mặt: vi khuẩn và tảo sinh sống cộng sinh

- Ngăn đáy: tích lũy cặn lắng và cặn này bị phân hủy nhờ vi khuẩn kỵ khí

- Ngăn trung gian: chất hữu cơ trong nước thải chịu sự phân hủy của vi khuẩn tùy nghi

Hình 1.14: Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

1.2.3.2 Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo

a) Xử lý kỵ khí trong điều kiện nhân tạo:

Nguyên tắc: Phân hủy kỵ khí là quá trình quân hủy các chất hữu cơ thành chất

khí (CH4 và CO2) trong điều kiện không có oxy Việc chuyển hóa các axit hữu cơ thành khí mêtan sản sinh ra ít năng lượng Lượng chất hữu cơ chuyển hóa thành khí vào khoảng 80 ÷ 90%

Các yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ SS Nhiệt độ thích hợp

cho phản ứng sinh khí là từ 32 ÷ 35%

Ưu điểm:

- Lượng bùn sản sinh ra rất thấp, vì thế chi phí cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều

so với các quá trình xử lý hiếu khí

- Tiết kiệm được lượng ôxy cần thiết phải cung cấp cho vi sinh vật trong quá trình hiếu khí nên giảm được chi phí điện năng đối với thiết bị cấp khí

- Tiêu thụ ít năng lượng hơn, chỉ sử dụng cho bơm nước thải vào nên chi phí vận hành thấp

- Diện tích đất sử dụng ít, chi phí xây dựng thấp

- Tạo ra khí biogas có chứa 60 – 75% methane là khí đốt có năng lượng cao

- Có thể giữ sinh khối trong thời gian dài khoảng vài tháng mà không cần cung cấp dòng nước thải vào

- Chịu được tải trọng hữu cơ cao

- Tiêu thụ ít chất dinh dưỡng

- Áp dụng được ở quy mô nhỏ và lớn

Nhược điểm:

- Vi sinh vật kỵ khí nhạy cảm và bị ức chế với nhiều hợp chất độc hại

- Thời gian khởi động quá trình chậm khi không đủ bùn cung cấp ban đầu

- Cần có các công trình xử lý phía sau để đảm bảo yêu cầu chất lượng nước ra

- Sự phân hủy kỵ khí là quá trình sinh hóa và sinh học phức tạp có thể phải nghiên cứu chi tiết thêm

- Có thể phát sinh mùi hôi khó chịu

- Có thể tạo ra nước thải sau xử lý khó chịu về khía cạnh cảm quan

- Không xử lý được nitơ, photpho và vi sinh gây bệnh

 Quá trình xử lý kỵ khí với VSV sinh trưởng lơ lửng:

- Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc:

Công trình gồm thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn với:

 Bể phản ứng: làm bằng bê tông, thép hay chất dẻo có lớp chống ăn mòn phía trong, có cách biệt để duy trì nhiệt độ mong muốn ở khu vực giữa Khuấy trộn bằng cách bơm khí vào bình chứa làm bằng vật liệu không gỉ

 Bể lắng: như một thiết bị cô đặc, vì bùn tách ra có nồng độ cao và từ đây cho bùn hồi lưu trở lại bể phản ứng Tỉ lệ bùn tuần hoàn khoảng 50 ÷ 100%

Giữa 2 thiết bị chính có đặt một thiết bị khử khí để loại khí tắc Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy được đưa sang bể lắng

hay bể tuyển nổi để tách riêng phần bùn và nước Bùn thường tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, vì lượng bùn dư thải bỏ rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm

- Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược):

Cấu tạo: Bể UASB có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gạch, thường

có mặt bằng hình chữ nhật, được cách nhiệt với bên ngoài

Phạm vi áp dụng: Bể này được sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loại nước

thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lương mới, nó phù hợp cho xử lý nước thải bia

Nguyên tắc

Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ (bông bùn) và các chất hữu cơ bị phân hủy

Các bọt khí mêtan và NH3, H2S nổi lên trên và được thu bằng các chụp thu khí

để dẫn ra khỏi bể Nước thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách 2 pha lỏng và rắn Sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại vùng lớp bông bùn Sự tạo thành bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành UASB

Thường cho thêm vào bể 150 mg/l Ca2+

để đẩy mạnh sự tạo thành hạt bùn và 5

÷ 10 mg/l Fe2+ để giảm bớt sự tạo thành các sợi bùn nhỏ Để duy trì lớp bông bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ dòng chảy thường lấy khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 ÷ 5 năm/lần nếu nước thải đưa vào đã qua lắng I, hoặc 3 ÷ 6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực tiếp

Hình 1.15: Mô hình hoạt động của bể UASB

Đây là một trong những quá trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do 2 đặc điểm chính sau:

- Cả 3 quá trình, phân hủy - lắng bùn - tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình

- Tạo thành các loại bùn có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

Ưu điểm

- Ít tiêu tốn năng lượng vận hành

- Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn

- Bùn sinh ra dễ tách nước

- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng

- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí mathane

- Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp nhiên liệu

 Quá trình xử lý kỵ khí với VSV sinh trưởng dạng bám dính:

Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định: dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám

Ưu điểm: khả năng tách các chất hữu cơ cao, thời gian lưu nước ngắn, vi sinh

vật dễ thích nghi với nước thải, quản lý vận hành đơn giản, ít tốn năng lượng và dễ hợp khối với bể tự hoại và các công trình xử lý nước thải khác

b) Xử lý hiếu khí trong điều kiện nhân tạo:

Nguyên tắc: phương pháp sinh học hiếu khí là phương pháp sử dụng các vi

sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ

Các yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ, kim loại nặng, chất dinh dưỡng, oxi, pH

 Quá trình xử lý kỵ khí với VSV sinh trưởng lơ lửng: