Nghiên cứu lựa chọn công nghệ phù hợp và tính toán thiết kế công nghệ nhà máy xử lý nước thải thị xã sơn tây thành phố hà nội

DANH M ỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu ôxy sinh hoá TSS Tổng chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hoà tan UASB Bể lọc ngược qua tầng cặn kị khí SBR Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ Aer

TR ƯƠNG THỊ LAN

TH ẢI THỊ XÃ SƠN TÂY – THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Hà Nội - 2009

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

HÀ NỘI 2008

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo – TS Đặng Xuân Hiển, người đã tận tình hướng dẫn, động viên tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này

Đồng thời, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy, Cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các Thầy, Cô giáo tại Viện Khoa học

và Công nghệ Môi trường đã trang bị cho tôi những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu để tôi có thể nâng cao kiến thức và hoàn thành được Luận văn này

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè và đồng nghiệp, những người đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình làm Luận văn

Hà Nội, ngày 09 tháng 11 năm 2009

Học viên

Trương Thị Lan

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Người làm Luận văn

Trương Thị Lan

M ỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn……… 1

Lời cam đoan……… 2

Mục lục……… 3

Danh mục các chữ viết tắt……… 7

Danh mục các bảng……… 8

Danh mục các hình ……… 9

MỞ ĐẦU 11

Chương 1 - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC VÀ ĐẶC TRƯNG,, THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI THỊ XÃ SƠN TÂY

13 1.1 Hiện trạng hệ thống thoát và thu gom nước thải thị xã Sơn Tây 13

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên 13

1.1.1.1 Vị trí địa lý 13

1.1.1.2 Địa hình 13

1.1.1.3 Khí hậu 13

1.1.1.4 Thuỷ văn 14

1.1.2 Đặc điểm kinh tế – xã hội 16

1.1.2.1 Dân số và tổ chức hành chính 16

1.1.2.2 Kinh tế 16

1.1.3 Hệ thống thoát nước thị xã Sơn Tây 17

1.2 Đặc trưng nước thải thị xã Sơn Tây 21 Chương 2 – NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 24

2.1 Công nghệ xử lý nước thải đô thị trên thế giới và tại Việt Nam 24

2.1.1 Định nghĩa nước thải đô thị 24

2.1.2 Công nghệ xử lý nước thải đô thị 25

2.1.2.1 Kênh ôxy hoá tuần hoàn 33

2.1.2.2 Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ 35

2.1.2.3 Quá trình A2/O 37

2.1.2.4 Quá trình Bardenpho 5 giai đoạn 38

2.1.2.5 Quá trình Phoredox 39

2.1.2.6 Quá trình UCT 40

2.1.2.7 Bể thông khí sinh học truyền thống (Bể Aerotank) 41

2.1.3 Công nghệ xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam 42

2.1.3.1 Nhà máy xử lý nước thải Bãi Cháy – Thành phố Hạ Long 42

2.1.3.2 Nhà máy xử lý nước thải Yên Sở 47

2.1.3.3 Nhà máy xử lý nước thải Trúc Bạch 48

2.1.4 Công nghệ xử lý nước thải đô thị trên thế giới 49

2.1.4.1 Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ thống sinh học bãi lọc ngầm và bãi lọc trồng cây thượng nguồn sông Funan 49

2.1.4.2 Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt số 4 lưu vực sông Funan 50

2.2 So sánh lựa chọn công nghệ phù hợp xử lý nước thải thị xã Sơn Tây 50

2.2.1 Ứng dụng phương pháp mô hình trong lựa chọn công nghệ xử lý nước thải đô thị 50

2.2.2 So sánh lựa chọn công nghệ xử lý nước thải đô thị theo phương pháp ma trận 71

2.2.3 Công nghệ đề xuất xử lý nước thải thị xã Sơn Tây 73

Chương 3 – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỊ XÃ SƠN TÂY 74

3.1 Dân số tính toán thiết kế nhà máy xử lý nước thải thị xã Sơn Tây 74

3.2 Vị trí đặt trạm xử lý 75

3.2 Số liệu tính toán thiết kế 76

3.2.1 Tiêu chuẩn thải nước 76

3.2.2 Lưu lượng nước thải 76

3.2.3 Lưu luợng tính toán đặc trưng của nước thải 77

3.2.4 Xác định nồng độ bẩn của nước thải 77

3.3 Mức độ cần thiết làm sạch của nước thải 78

3.3.1 Mức độ cần thiết làm sạch theo chất lơ lửng 78

3.3.2 Mức độ cần thiết làm sạch theo BOD5 của hỗn hợp nước thải và nước nguồn 78

3.3.3 Chọn phương án xử lý 78

3.3.4 Chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ 79

3.4 Tính toán các công trình xử lý nước thải 81

3.4.1 Ngăn tiếp nhận nước thải 81

3.4.2 Mương dẫn nước thải 82

3.4.3 Song chắn rác 82

3.4.4 Bể lắng cát ngang 86

3.4.5 Bể điều hòa 90

3.4.6 Bể lắng ngang cấp 1 92

3.4.7 Tính toán bể phản ứng Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR) 96

3.4.8 Trạm khử trùng nước thải 101

3.4.9 Bể tiếp xúc vách ngăn 102

3.4.10 Bể nén bùn đứng……… 103

3.4.11 Máy ép cặn băng tải 107

KẾT LUẬN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

TÓM TẮT LUẬN VĂN (Tiếng Việt) 112 TÓM TẮT LUẬN VĂN (Tiếng Anh) 113 PHỤ LỤC 114

DANH M ỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu ôxy sinh hoá

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

TDS Tổng chất rắn hoà tan

UASB Bể lọc ngược qua tầng cặn kị khí

SBR Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ

Aerotank

Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, gió được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ ôxy cho vi sinh vật ôxy hoá chất hữu cơ có trong nước thải

JICA Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

DANH M ỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê các loại mương, cống toàn thị xã Sơn Tây

Bảng 1.2 Kết quả phân tích nước thải thị xã Sơn Tây (5/2009)

Bảng 2.1 Thông số thiết kế Nhà máy xử lý nước thải Bãi Cháy – Thành phố Hạ

Long Bảng 2.2 Giá trị giới hạn cho mục đích tắm và giải trí

Bảng 2.3 Các công đoạn xử lý của Nhà máy xử lý nước thải Bãi Cháy – Thành

phố Hạ Long

Bảng 2.4 Các công trình xử lý nước thải tại Yên Sở

Bảng 2.5 Thông số đầu vào cho chương trình Denikaplus

Bảng 2.6 QCVN 14 – 2008/BTNMT

Bảng 2.7 Chất lượng nước thải sau xử lý cho chương trình Denikaplus

Bảng 2.8 Tải lượng của dòng vào

Bảng 2.9 So sánh 5 Kịch bản

Bảng 2.10 So sánh công nghệ xử lý nước thải đô thị

Bảng 3.1 Dân số khu vực nghiên cứu dự báo đến năm 2020

Bảng 3.2 Kích thước ngăn tiếp nhận

Bảng 3.3 Bảng tính toán thủy lực mương

DANH M ỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Thành phần nước thải đô thị

Hình 2.2 Các bước xử lý nước thải đô thị

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý sinh hoát khử photpho trong nước thải bằng BHT Hình 2.4 Sơ đồ kênh ôxy hóa tuần hoàn

Hình 2.5 Sơ đồ hoạt động của hệ thống Aeroten hoạt động gián đoạn SBR Hình 2.6 Các giai đoạn của bể Aerotank hoạt động gián đoạn

Hình 2.7 Quá trình AAO

Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống Bardenpho

Hình 2.9 Sơ đồ quá trình Phoredox

Hình 2.10 Quá trình UTC

Hình 2.11 Quang cảnh Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch

Hình 2.12 Giao diện chương trình Denikaplus

Hình 2.13 Bộ thông số đầu vào cho Kịch bản 1

Hình 2.14 Tải lượng các thông số đầu vào

Hình 2.15 Xử lý nước thải bằng phương pháp Aerotank truyền thống

Hình 2.16 Kết quả của Kịch bản 1

Hình 2.17 Kết quả của Kịch bản 1 (tiếp)

Hình 2.18 Trang kết quả tính toán của Kịch bản 1

Hình 2.19 Bộ thông số đầu vào của Kịch bản 2

Hình 2.20 Xử lý nước thải bằng phương pháp Mương ôxy hóa tuần hoàn Hình 2.21 Kết quả của Kịch bản 2

Hình 2.22 Kết quả của Kịch bản 2 (tiếp)

Hình 2.23 Kết quả của Kịch bản 2 (tiếp)

Hình 2.24 Kết quả của Kịch bản 2 (tiếp)

Hình 2.25 Bộ thông số đầu vào của Kịch bản 3

Hình 2.26 Xử lý nước thải bằng phương pháp AO

Hình 2.27 Kết quả của Kịch bản 3

Hình 2.28 Kết quả của Kịch bản 3 (tiếp)

Hình 2.29 Tổng hợp kết quả của Kịch bản 3

Hình 2.30 Bộ thông số đầu vào của Kịch bản 4

Hình 2.31 Xử lý nước thải bằng phương pháp SBR Hình 2.32 Kết quả của Kịch bản 4

Hình 2.33 Kết quả của Kịch bản 4 (tiếp)

Hình 2.34 Kết quả của Kịch bản 4 (tiếp)

Hình 2.35 Kết quả của Kịch bản 4 (tiếp)

Hình 2.36 Bộ thông số đầu vào của Kịch bản 5

Hình 2.37 Xử lý nước thải bằng phương pháp SBR Hình 2.38 Kết quả của Kịch bản 5

Hình 2.39 Kết quả của Kịch bản 5 (tiếp)

Hình 2.40 Kết quả của Kịch bản 5 (tiếp)

Hình 2.41 Kết quả của Kịch bản 5 (tiếp)

Hình 3.1 Vị trí đặt trạm xử lý nước thải thị xã Sơn Tây Hình 3.2 Sơ đồ ngăn tiếp nhận

M Ở ĐẦU

Tại Việt Nam, trong 10 năm gần đây, quá trình công nghiệp hóa đã nâng cao

tỷ trọng của công nghiệp trong toàn bộ các ngành kinh tế Đó là tỷ trọng về lao động,

về giá trị gia tăng… Quá trình công nghiệp hóa là một phần của quá trình hiện đại hóa Cùng với quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa phát triển Tuy nhiên, quá trình

đô thị hóa tại Việt Nam diễn ra khá tự phát, vừa làm vừa học, sai đâu sửa đấy, gồm các chuỗi biện pháp tình thế hơn là chiến lược, thiếu khoa học bài bản dẫn tới thực trạng hỗn độn khó kiểm soát như hiện nay Hậu quả để lại là những bất cập về mặt

xã hội, quy hoạch, kiến trúc, sản xuất và môi trường Nước thải, một trong những vấn đề môi trường bức xúc của quá trình đô thị hóa, không được xử lý hay được xử

lý không triệt để, xả thải trực tiếp vào các nguồn nước mặt, đất, nước ngầm, phát tán chất ô nhiễm vào bầu khí quyển gây nên hiện tượng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Hiện nay, sông hồ ở Hà Nội đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Tổng lượng nước thải sinh hoạt của khu vực nội thành Hà Nội khoảng 500.000m3/ngày đêm, trong đó

có khoảng 100.000m3/ngày đêm là nước thải của cơ sở công nghiệp, dịch vụ và bệnh viện Lượng nước thải này thoát qua hệ thống cống và bốn sông tiêu chính của thành phố là sông Tô Lịch, Lừ, Sét và Kim Ngưu Nước thải sinh hoạt phần lớn qua

xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại trước khi xả vào tuyến cống chung hoặc kênh mương

ao, hồ Tuy nhiên, các bể tự hoại làm việc kém hiệu quả do xây dựng không đúng quy cách nên hàm lượng các chất bẩn trong nước thải cao, ảnh hưởng xấu tới chất lượng nước trong các kênh, mương, ao hồ mà phần lớn là nhiễm bẩn hữu cơ và chất rắn lơ lửng Nước thải từ hoạt động sản xuất, bệnh viện và cơ sở dịch vụ chứa nhiều chất gây ô nhiễm chưa được xử lý chiếm tới 90% tổng lượng nước thải đều được xả vào nguồn nước mặt Nhiều cơ sở công nghiệp (hoá chất, cao su, công nghiệp thực phẩm, da, vật liệu xây dựng ) xả nước trực tiếp có nồng độ chất bẩn cao vào hệ thống sông hồ dẫn đến tình trạng ô nhiễm cục bộ môi trường nước

Với diện tích 11.346,85 ha và dân số năm 2008 là 181.831 người, Sơn Tây là thị xã của thành phố Hà Nội từ tháng 5 năm 2009 và là đô thị loại 3 của Việt Nam

Tỷ trọng ngành công nghiệp chiếm 43,2%, ngành thương mại – du lịch - dịch vụ chiếm 36,1%, ngành nông nghiệp chiếm 20,7% Ngành kinh tế của Sơn Tây phát triển theo định hướng phát triển ngành du lịch, dịch vụ chủ yếu và các ngành công nghiệp nhẹ Các hoạt động sinh hoạt, sản xuất ở đây có khả năng gây tác động đến môi trường đất, không khí và đặc biệt là môi trường nước do hiện nay Sơn Tây đang

sử dụng hệ thống thoát nước chung cho cả nước mưa và nước thải sinh hoạt và chưa

có trạm xử lý nước thải Nước thải chưa qua xử lý được xả trực tiếp vào sông Tích Giang Theo kết quả quan trắc nước mặt sông Tích Giang cho thấy, hiện tại chất lượng nước sông Tích Giang đạt tiêu chuẩn cho phép Nhưng với tốc độ phát triển kinh tế - xã hội ngày càng nhanh, nồng độ chất hữu cơ và chất độc hại trong nước thải càng lớn, việc xả nước thải ra nguồn tiếp nhận mà không qua xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận Thông qua Luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ phù hợp và tính toán thiết kế công nghệ nhà máy xử lý nước thải thị xã Sơn Tây – thành phố Hà Nội” với các nội dung:

- Chương 1 – Đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước và đặc trưng,

thành phần nước thải thị xã Sơn Tây

- Chương 2 – Nghiên cứu tổng quan các công nghệ xử lý nước thải đô

Chương 1 - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC VÀ ĐẶC

TRƯNG, THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI THỊ XÃ SƠN TÂY

1.1 Hi ện trạng hệ thống thoát và thu gom nước thải thị xã Sơn Tây

Thị xã Sơn Tây là đô thị loại III, là một trong những đô thị của tỉnh Hà Tây cũ, nằm

ở phía Tây của thủ đô Hà Nội, cách Hà Nội 40 km theo Quốc lộ 32, cách thành phố

Hà Đông khoảng 40 km theo đường cao tốc Láng Hoà Lạc Sơn Tây nằm ở toạ độ

từ 21o01‘12‘‘đến 21o10‘20‘‘vĩ độ Bắc và từ 105o24‘52‘‘đến 105o32‘14‘‘ kinh độ Đông Ranh giới giáp với các đơn vị hành chính sau:

- Phía Bắc giáp sông Hồng và địa giới tỉnh Vĩnh Phúc;

- Phía Nam giáp địa giới huyện Thạch Thất;

- Phía Đông giáp địa giới huyện Phúc Thọ;

- Phía Tây giáp địa giới huyện Ba Vì

- Khu vực Sơn Tây mới có địa hình bằng phẳng

- Khu vực phường Sơn Lộc, Xuân Khanh, Thanh Mỹ có địa hình cao thấp không đồng đều, gò đồi bán sơn địa, thấp dần từ Tây sang Đông Độ dốc 10% - 30% Cao độ +10 đến +65m, cao nhất là 112m (Xuân Sơn, Xuân Khanh)

- Khu vực Sơn Đông, Cổ Đông có địa hình đồi thoải

1.1.1.3 Khí hậu

Khí hậu của Sơn Tây nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa và nóng vào mùa hè, khô và lạnh vào mùa đông Sơn Tây còn mang thêm khí hậu của vùng bán sơn địa

* Nhiệt độ

- Nhiệt độ trung bình năm: 22,3oC;

- Nhiệt độ cao nhất trung bình năm: 27,2oC;

- Nhiệt độ thấp nhất trung bình năm: 20,7oC;

- Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối: 41oC;

- Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối: 4,5oC;

- Biên độ trung bình của nhiệt độ không khí là 6,5oC

* Độ ẩm:

- Độ ẩm tương đối trung bình: 84%;

- Độ ẩm tương đối thấp nhất trung bình năm 66%

* Mưa:

- Lượng mưa trung bình năm là 1839 mm;

- Mưa nhiều nhất vào các tháng 7, 8, 9 Trong các tháng này, lượng mưa đạt 822,8 mm;

- Mưa ít nhất vào các thàng 12, 1, 2 Trong các tháng mùa khô, lượng mưa chỉ đạt 19,9 mm;

- Số ngày mưa trong năm là 140,2 ngày

* Gió:

Hướng gió chủ đạo trong năm là: Đông – Nam

1.1.1.4 Thủy văn

Thị xã Sơn Tây có các sông chính chảy qua sau đây:

- Sông Hồng: chảy qua phía Bắc thị xã Sơn Tây dài 5,6 km, rộng 1000m, với đặc điểm thuỷ văn:

+ Diện tích: 143.600km2;

+ Dung tích nước: 118 km3;

+ Lưu lượng dòng chảy trung bình: 2685m3/s;

+ Tỷ suất lưu lượng hàng năm: 26l/s/km2;

+ Lưu lượng tối thiểu vào tháng 3 hoặc tháng 4;

+ Lưu lượng trầm tích trung bình hàng năm: 125 triệu tấn;

+ Độ đục trung bình là: 1.060g/m3 ở phía hạ lưu

Theo số liệu đo đạc của Trạm thuỷ văn Hà Nội thuộc Cục Thuỷ văn từ năm 1957 đến nay cho thấy, lưu lượng, vận tốc và mực nước sông Hồng tại khu vực từ Sơn Tây đến Hà Nội, về mùa cạn (tháng 5-10) chỉ chiếm khoảng 22 – 30% lưu lượng hàng năm và chủ yếu là được bổ cập bằng nước ngầm Vận tốc lũ lớn nhất tại Hà Nội không quá 3 m/s, thường xảy ra vào tháng 7 và 8 Mực nước sông Hồng tại Sơn Tây dao động rất lớn giữa mùa mưa và mùa khô Về mùa mưa, nhất là từ tháng 7 đến tháng 9, mực nước dâng cao tới 10 – 12 m

- Sông Tích: bắt nguồn từ núi Tản Viên thuộc dãy núi Ba Vì theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, có chiều dài 110 km đổ vào sông Đáy tại Ba Thá Diện tích lưu vực

1330 km2, phần phía bờ phải 910 km2, phần phía bờ trái 390 km2 Lưu vực dài 75,5

km, rộng 17,6 km, độ cao trung bình lưu vực 92 m, độ dốc trung bình lưu vực 5,8%,

mật độ lưới sông 0,66 km/km2 Đoạn sông Tích chảy qua thị xã Sơn tây dài 10km, rộng trung bình 50m

Sông Tích là trục tiêu chính của thành phố, dòng chảy quanh co, độ dốc đáy sông từ 0,8% đến 1,0% Sông Tích đôi khi gây lũ lụt khi mùa mưa đến

Các hồ ở khu vực Sơn Tây

Trên thượng nguồn sông Tích và sông Hang có các hồ chứa nước là hồ Đồng Mô,

hồ Xuân Khanh và các hồ nhỏ khác

- Hồ Đồng Mô:

+ Diện tích lưu vực: 96 km2;

+ Dung tích: 84,5 triệu m3;

+ Thi công xây dựng năm 1970 và hoàn thiện năm 1974;

+ Nhiệm vụ: cấp nước tưới trên 5.300 ha;

- Hồ Xuân Khanh:

+ Diện tích lưu vực: 4,07 km2;

+ Dung tích: 6,12 triệu m3 nước;

+ Dung tích hữu ích: 5,61 triệu m3;

+ Xây dựng năm 1964 và hoàn thành đưa vào khai thác năm 1966;

+ Nhiệm vụ: cấp nước tưới gần 1.000 ha đất canh tác;

- Ngoài ra, còn có một số hồ nhỏ và đập dâng khác

1.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

1.1.2.1 Dân số và tổ chức hành chính

Thị xã Sơn Tây với tổng diện tích 11.346,85 ha và dân số là 181.831 người (năm 2008) Đến năm 2020, dự báo dân số thị xã Sơn Tây là 209.534 người

Thị xã Sơn Tây là trung tâm văn hoá, kinh tế của khu vực phía Tây Hà Nội, hiện có

15 đơn vị hành chính với 9 phường: Sơn Lộc, Phú Thịnh, Ngô Quyền, Trung Hưng, Viên Sơn, Trung Sơn Trầm, Xuân Khanh, Lê Lợi, Quang Trung và 6 xã: Thanh Mỹ, Kim Sơn, Xuân Sơn, Đường Lâm, Sơn Đông, Cổ Đông

Mức độ tăng trưởng kinh tế trong những năm vừa qua đạt 13,28% Ngành công

nghiệp - tiểu thủ công nghiệp chiếm 48%; ngành thương mại - dịch vụ - du lịch

chiếm 35,6%, ngành nông nghiệp chiếm 18,4% tỷ trọng GDP của toàn thành phố

1.1.3 Hệ thống thoát nước thị xã Sơn Tây

Hiện nay, thành phố Sơn Tây đang sử dụng hệ thống thoát nước chung cho cả nước

mưa và nước thải sinh hoạt Hệ thống này hoàn toàn là hệ thống thoát nước tự chảy

Mương cống hiện có chỉ được xây dựng ở khu vực quanh thành cổ Sơn Tây thuộc

địa phận ba phường Quang Trung, Lê Lợi, Ngô Quyền và một số đoạn cống trên

tuyến Quốc lộ 21A thuộc phường Sơn Lộc Các khu vực khác chỉ có cống ngang

đường, nước thoát tự nhiên, bằng rãnh đất

Bảng 1.1 Thống kê các loại mương, cống toàn thị xã Sơn Tây

Kích ước (mm)

th-1 phía (1)

2 phía (2)

Chiều dài tuyến (m)

Tổng chiều dài (m)

1 Ngô Quyền Mương nắp đan

B400 X H600 2 520 1040

2 Phùng Hưng Mương nắp đan

B400 X H600 2 300 600

3 Phó Đức Chính Mương nắp đan

B600 X H800 1 400 400

4 Phan Chu Trinh Mương nắp đan

B400 X H600 1 180 180

5

Đường phố

Đinh Tiên Hoàng Mương nắp đan

B600 X H800 2 322 644

6 Phạm Ngũ Lão Mương nắp đan

B400 X H600 1 400 400

Kích ước (mm)

th-1 phía (1)

2 phía (2)

Chiều dài tuyến (m)

Tổng chiều dài (m)

7 Trưng Vương Mương nắp đan

B600 X H800 2 308 616

8

Đường phố

Phùng Khắc Khoan Mương nắp đan

B600 X H800 2 820 1640

9

Đường phố

Hoàng Diệu Mương nắp đan

B400 X H600 2 530 1060

10

Đường

Nguyễn Thái Học Mương nắp đan

B400 X H600 1 400 400

11 Quang Trung Mương nắp đan

B600 X H800 2 740 1480

12 Cầu Trì Mương nắp đan

B600 X H800 2 683 1366

13 Hồng Hà Mương nắp đan

B600 X H800 2 800 1600

14 Phạm Hồng Thái Mương nắp đan

B400 X H600 2 440 880

15 Lê Lợi Mương nắp đan

B600 X H800 2 800 1600

16 Lê Lai + Đốc Ngữ Mương nắp đan

B400 X H600 2 600 1200

17 Bùi Thị Xuân Mương nắp đan

B400 X H600 2 400 800

18 Phà Xa + Trạng Trình Mương nắp đan

B400 X H600 2 700 1400

Kích ước (mm)

th-1 phía (1)

2 phía (2)

Chiều dài tuyến (m)

Tổng chiều dài (m)

19 Lê Quí Đôn Mương nắp đan

B400 X H600 2 170 340

20 Thư Viện + Lạc Sơn Mương nắp đan

B400 X H600 2 350 700

21 K65 + Tả Hùng Mương nắp đan

B400 X H600 2 120 240

22 Chùa Mới Mương nắp đan

B400 X H600 2 300 600

23

Hiệu thuốc Lê Lợi +

XN Bánh kẹo Mương nắp đan

B400 X H600 2 170 340

24 Đường 32 Mương nắp đan

B800 X H1200 2 7000 14000

25 Đường 21A Mương nắp đan

B800 X H1000 2 3000 6000

26 Đường Phú Nhi Mương nắp đan

B600 X H800 2 2000 4000

27 Cống bao Thành cổ

Cống ngầm BTCT D600 1 1400 1400

Kích ước (mm)

th-1 phía (1)

2 phía (2)

Chiều dài tuyến (m)

Tổng chiều dài (m)

33

Cầu Mỗ - ngã 3 Sơn

Lộc (QL21A) Mương nắp đan D800 2 800 1600

“Nguồn: Phòng Quản lý Đô thị - Thị xã Sơn Tây„

Hệ thống thoát nước cho đến nay chỉ đáp ứng cho một số khu vực chính, một số

tuyến phố chính Một số khu vực, ngõ xóm mới được hình thành do quá trình đô thị

hoá mạnh nên chưa có hệ thống thoát nước Việc xây dựng không đồng bộ, chắp vá

và thiếu bảo dưỡng, dễn đến hệ thống hư hỏng, hoạt động kém hiệu quả

Hệ thống thoát nước hạn chế về quy mô, xuống cấp, thiếu bảo dưỡng và quá tải do

quá trình đô thị hóa nhanh Nhiều cống được xây dựng thiếu tính thực tế, không tính

đến chế độ thủy lực, tốc độ tự làm sạch hoặc khả năng tương tác với toàn mạng Tại

một số khu vực, cống bị đứt đoạn

Công suất hệ thống còn bị hạn chế do các cống nối đặt dưới đường có kích thước

nhỏ, do kênh, rãnh bị thu hẹp/lấn chiếm, bùn rác tích tụ và thiếu giếng thu nước

mưa, giếng kiểm tra và tẩy rửa Trong mùa mưa xảy ra ngập úng trên diện rộng như

khu vực ao bệnh viện trên đường Lê Lợi; đường phố Phùng Khắc Khoan; ngã 3

đường Phó Đức Chính, Trưng Vương, Phạm Hồng Thái; khu vực chợ cũ tại ngã 3

đường Nguyễn Thái Học và đường phố Hoàng Diệu; ngã 3 đường Phó Đức Chính,

Phùng Hưng và Phan Chu Trinh, Ngã 4 Ngân hàng - Lê Lợi Ngoài ra, dọc tuyến

đường 32, đoạn qua phường Phú Thịnh và xã Viên Sơn cũng xảy ra ngập úng cục

bộ sau các trận mưa lớn Ngập úng thường xuyên diễn ra tại các khu vực thành thị khi có mưa lớn gây thiệt hại về của cải và gián đoạn các hoạt động kinh tế xã hội Các cống thoát nước bị bùn đất làm tắc nghẽn hoặc không đủ lớn gây tràn nước trong các trận mưa, mang theo nước thải, nước mưa và chất thải rắn tới các khu vực trũng, ứ đọng trong các ao tù trong nhiều ngày

Ở những khu vực thiếu hệ thống thoát nước bẩn phù hợp, trong mùa mưa, chất gây

ô nhiễm từ phân người dễ dàng phát tán qua dòng nước mưa bị nhiễm bẩn gây ra những rủi ro lớn cho sức khoẻ Cống bị tràn dồn nước thải về những khu vực dân cư

có địa hình thấp Nhìn chung, các bể tự hoại được xây dựng với chất lượng kém, kích thước không phù hợp và không được hút bùn thường xuyên do khó tiếp cận hoặc chi phí cao Chất rắn thải ra cống gây tắc nghẽn và huỷ hoại môi trường, nước thải thấm xuống đất, gây ô nhiễm tầng nước ngầm mạch nông Bùn lấy từ một số bể

tự hoại được vận chuyển đến bãi rác của thành phố để chôn lấp Hệ sinh thái dưới nước cũng bị đe dọa bởi một số lượng lớn nước thải và nước thải công nghiệp do các khu vực trung tâm thành thị thải ra

Các hộ gia đình ở các phường xã có nhà vệ sinh với bể tự hoại có thể xử lý sơ bộ chất thải trước khi xả vào hệ thống cống, các kênh mương hở, các hố tự thấm hoặc

xả ra mặt đất Số hộ gia đình còn lại sử dụng các loại hố xí không hợp vệ sinh Nước thải chưa được xử lý hoặc chỉ được xử lý cục bộ từ bệnh viện và các ngành công nghiệp được xả trực tiếp ra hệ thống cống và kênh mương

Những khu vực thiếu hệ thống thoát nước bẩn phù hợp, trong mùa mưa, chất gây ô nhiễm từ phân người dễ dàng phát tán qua dòng nước mưa bị nhiễm bẩn gây ra những rủi ro lớn cho sức khoẻ

1.2 Đặc trưng nước thải thị xã Sơn Tây

Nước thải của thị xã Sơn Tây được lấy mẫu và phân tích tại 03 địa điểm:

- W1: Hố ga ven Quốc lộ 32, ngã 4 phường Viên Sơn – phường Quang Trung - phường Lê Lợi

- W2: Hố ga ven Quốc lộ 32, ngã 3 phường Ngô Quyền - phường Phú Thịnh – xã Đường Lâm

- W3: Hố ga thoát nước nội thị ngã 3 phường Quang Trung - phường Ngô Quyền

Bảng 1.2 Kết quả phân tích chất lượng nước thải thị xã Sơn Tây (5/2009)

QCVN 14:2008/ BTNMT

Việt Nam Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp 1,3 lần Quy chuẩn Việt Nam Do nước thải được lấy phần lớn là nước thải sinh hoạt nên chỉ số Coliform, đặc trưng cho hàm lượng vi sinh vật trong nước cao gấp 6 – 7 lần Quy chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 2.1 Công ngh ệ xử lý nước thải đô thị trên thế giới và tại Việt Nam

2.1.1 Định nghĩa nước thải đô thị

Nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một thành phố Đó là hỗn hợp của các loại nước thải sau:

Hình 2.1 Thành phần nước thải đô thị

Nước thải sinh hoạt: Là nước đã được sử dụng 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 hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn,… cũng tạo ra loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ 55 đến 65% tổng lượng chất bẩn), giàu chất dinh dưỡng (các muối nito và photpho) Vì vậy đó

là nguồn để các loại vi khuẩn gây bệnh phát triển

Nước thải công nghiệp: Trong sản xuất công nghiệp, nước được sử dụng như

nguyên liệu, phương tiện sản xuất Nước còn được dùng để giải nhiệt, làm nguội

Nước thải đô thị

Nước thải sinh

hoạt Nước thải công nghiệp Nước thấm qua Nước thải tự nhiên

thiết bị, làm sạch bụi và khí độc hại Ngoài ra, nước còn được sử dụng để vệ sinh công nghiệp, phục vụ nhu cầu vệ sinh, ăn uống… của công nhân

Nước thải sản xuất trong các nhà máy, xí nghiệp được chia thành hai nhóm: nhóm nước thải sản xuất không bẩn (quy ước sạch) và nước bẩn Nước thải sản xuất không bẩn chủ yếu tạo ra khi làm nguội thiết bị, giải nhiệt trong các trạm làm lạnh, ngưng tụ hơi nước,… Nước thải sản xuất bẩn có thể chứa nhiều loại tạp chất với nồng độ khác nhau, có loại chứa chất bẩn chủ yếu là chất vô cơ, có loại chứa chất bẩn chủ yếu là chất hữu cơ

Nước thấm qua: Ở những nơi mạng lưới ống thoát nước đặt thấp hơn mực nước

ngầm mạch nông, luôn luôn có một lượng nước ngầm thâm nhập vào hệ thống cống qua các thành hố ga, qua chỗ nối ống qua thành ống có chất lượng xấu và qua các chỗ gãy vỡ chưa kịp sửa chữa Ở những nơi mạng ống thoát nước đặt cao hơn mực nước ngầm, lượng nước thâm nhập vào cống chỉ xảy ra trong lúc mưa và một thời gian ngắn sau mưa, vì khi nước mưa thấm xuống đất chưa kịp tiêu thoát hết, mực nước ngầm tạm thời dâng cao

Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như là nước thải tự nhiên

2.1.2 Công nghệ xử lý nước thải đô thị

Nước thải đô thị thường được xử lý theo 3 bước sau:

Hình 2.2 Các bước xử lý nước thải đô thị

Bước thứ nhất (xử lý bậc một hay xử lý sơ bộ): Làm trong nước thải bằng phương

pháp cơ học để loại cặn và các chất rắn lớn đảm bảo cho các công trình xử lý nước

Tách rác, cát và cặn lắng trong nước thải (bằng các biện pháp

cơ học)

Khử trùng diện vi khuẩn gây bệnh dịch (bằng các biện pháp hóa học hoặc

vật lý)

Khử các chất độc hại và đảm

bảo điều kiện làm việc bình thường của các công trình xử lý sinh học nước thải (bằng các

biện pháp cơ học, hóa học hoặc

hóa lý)

Tách các chất hữu cơ trong nước thải (biện pháp sinh học)

Khử các chất dinh dưỡng (N-P) và khử trùng nước thải (các biện pháp sinh học, hóa học hoặc

hóa lý)

Xả nước thải ra nguồn và tăng cường quá trình

tự làm sạch của nguồn nước

Nước thải sinh hoạt Nước thải bệnh viện Nước thải sản xuất

thải phía sau hoạt động ổn định Đây là mức độ bắt buộc đối với tất cả các dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Các công trình được sử dụng trong bước này như song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ…

Bước thứ hai (xử lý bậc hai hay xử lý sinh học): xử lý nước thải bằng phương

pháp sinh học Giai đoạn xử lý này được xác định dựa vào mục đích sử dụng và quá trình tự làm sạch của nguồn nước

Bước thứ ba (xử lý bậc ba hay xử lý triệt để): Loại bỏ các hợp chất nito và phốtpho

khỏi nước thải Giai đoạn này rất có ý nghĩa đối với các nước khí hậu nhiệt đới, nơi

mà quá trình phú dưỡng ảnh hưởng sâu sắc đến chất lượng nước mặt

Giai đoạn khử trùng: Giai đoạn khử sau quá trình làm sạch nước thải là yêu cầu

bắt buộc đối với một số loại nước thải hoặc một số dây chuyền công nghệ xử lý

Giai đoạn xử lý bùn cặn nước thải: Trong nước thải có các chất không hòa tan như

rác, cát, cặn lắng… Các loại cát (chủ yếu là thành phần vô cơ có tỷ trọng lớn) được phơi khô và đổ san nền, rác được nghiền nhỏ hoặc vận chuyển về bãi chôn lấp rác Cặn lắng được giữ lại trong các bể lắng đợt một (thường được gọi là cặn sơ cấp) có hàm lượng hữu cơ lớn được kết hợp với bùn thứ cấp (chủ yếu là sinh khối vi sinh vật dư), hình thành trong quá trình xử lý sinh học nước thải, xử lý theo các bước tách nước sơ bộ, ổn đinh sinh học trong điều kiện yếm khí hoặc hiếu khí và làm khô Bùn cặn sau xử lý có thể sử dụng làm phân bón

Nước thải sinh hoạt được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi hai chỉ tiêu BOD và COD Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của

vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng 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 nên sinh khối của chúng được tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình ôxy hóa sinh hóa

Để thực hiện quá trình ôxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh

vật Quá trình ôxy hóa sinh hóa thực chất là quá trình chuyển hóa các chất thông qua các phản ứng hóa học Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình ôxy hóa sinh hóa ở điều kiện hiếu khí có dạng như sau:

Phản ứng ôxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào:

CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2 xCO2 + (y-3)/2H2O + NH3 + ΔH, (2.1) Phản ứng tổng hợp xây dựng tế bào:

CxHyOzN + NH3 + O2 C5H7NO2 + CO2+ ΔH, (2.2)

Trong đó: CxHyOzN: là tất cả các chất hữu cơ trong nước thải

C5H7NO2: là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh vật

ΔH: là năng lượng

Lượng ôxy tiêu tốn cho hai phản ứng trên là tổng BOD của nước thải

Nếu tiếp tục tiến hành quá trình ôxy hóa thì khi không đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng ôxy hóa chất liệu tế bào (tự ôxy hóa):

C5H7OzN + 5O2 5 CO2 + NH3 + 2H2O + ΔH, (2.3)

NH3 + O2 HNO2 + O2 HNO3, (2.4)

Phương pháp sinh học xử lý nước thải được chia thành hai dạng chính như sau:

Phương pháp hiếu khí: Quá trình xử lý nước thải được dựa trên sự ôxy hóa các

chất hữu cơ có trong nước thải nhờ ôxy tự do hòa tan Nếu ôxy được cấp bằng thiết

bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo Ngược lai, nếu ôxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu tố

tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính (bể aroten trộn, kênh ôxy hóa tuần hoàn) hoặc màng sinh vật (bể lọc sinh học, đĩa lọc sinh học) Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

thường được tiến hành trong hồ (hồ sinh vật ôxy hóa, hồ sinh vật ổn định) hoặc trong đất ngập nước (các loại bãi lọc, đầm lầy nhân tạo)

Phương pháp kị khí: Quá trình xử lý được dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ

giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kị khí Đối với các hệ thống thoát nước quy

mô vừa và nhỏ, người ta thường dùng các công trình kết hợp giữa việc tách cặn lắng (làm trong nước) với phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng Các công trình được ứng dụng rộng rãi là các bể tự hoại, giếng thấm, bể lắng hai vỏ (bể lắng Imhoff), bể lắng trong kết hợp với ngăn lên men, bể lọc ngược qua tầng cặn kị khí (UASB)

Tuy nhiên, hiện nay cùng với quá trình chuyển hóa các chất bẩn trong nước thải hay chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản, để giảm nguy cơ gây phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận nước thải, cần thiết phải khử các muối nito và photpho có trong đó

Nito và Photpho là những nguyên tố chủ yếu cần thiết cho các nguyên sinh vật và thực vật phát triển và chúng được biết tới như là thành phần dinh dưỡng cơ bản có mặt trong nước thải, chủ yếu là nước thải sinh hoạt Dòng thải có chứa Nito và Photpho có thể thúc đẩy nhanh quá trình phì dưỡng ở các sông, hồ, ao và gây ra sự phát triển của tảo và thực vật thủy sinh trong vùng nước nông Thêm vào đó, sự xuất hiện của tảo và các thực vật thủy sinh trong thủy vực sẽ ảnh hưởng đến mỹ quan và các giá trị sử dụng của nguồn nước, đặc biệt khi mà nguồn nước được sử dụng với mục đích làm nước cấp, sự sinh sản của cá và ảnh hưởng đến các hoạt động giải trí Hàm lượng Nito trong nước thải đã qua xử lý cao có thể gây ra những tác động không mong muốn, đó là làm giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nguồn nước tiếp nhận, gây độc đối với thủy sinh vật, ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng bằng Clo, nguy hại đối với sức khỏe con người, và ảnh hưởng đến khả năng tái sử dụng nước Chính vì vậy, việc quản lý Nito và Phốtpho đang trở nên ngày càng quan trọng trong lĩnh vực quản lý chất lượng nước và trong việc thiết kế các nhà máy xử lý nước thải

Trong việc lựa chọn chiến lược quản lý Nito và Photpho, điều quan trọng là đánh giá đặc tính của nước thải, các nguồn thải, mức độ kiểm soát Nito và Photpho yêu cầu Việc loại bỏ Nito và Photpho cũng cần tính đến yếu tố thời vụ Cách quản lý Nito và Photpho còn liên quan đến khả năng hợp nhất sự loại bỏ Nito và Photpho với hệ thống xử lý sinh học chính Các tiếp cận được sử dụng và sơ đồ được lựa chọn sẽ dựa trên tính đáng tin cậy về mục tiêu chất lượng dòng nước thải sau xử lý, quá trình vận hành và chi phí

Nito tồn tại ở nhiều dạng bởi Nito có nhiều số ôxy hóa khác nhau Trong hợp chất amoni và hợp chất hữu cơ chứa

Kiểm soát và loại bỏ Nito:

Nito có nguồn gốc từ động, thực vật, số ôxy hóa của Nito là -3 Khi Nito tồn tại ở dạng Nitrat, số ôxy hóa của Nito là +5 Trong môi trường việc chuyển đổi từ số ôxy hóa này sang số ôxy hóa khác được thực hiện bẳng các cơ thể sống theo phương pháp sinh học Dạng tồn tại chủ yếu của Nỉto trong nước thải sinh hoạt mà yêu cầu phải xử lý là Nito hữu cơ, Nito ammoniac và nito nitrat

Sự tồn tại của Nito trong nước thải sinh hoạt được coi là điều không mong muốn bởi những nguyên nhân sau:

- Amoniac tự do độc hại đối với cá và nhiều động vật thủy sinh khác

- Ion Amoniac được coi là chất tiêu thụ ôxy và sẽ làm suy giảm ôxy hòa tan trong nguồn nước tiếp nhận

- Ở tất cả các dạng, Nito có thể được coi là chất dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh và góp phần làm tăng hiện tượng phì dưỡng

- Nitrat trong nước cấp sinh hoạt vượt quá 45mg/l cũng có thể gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người Mặc dù bản thân nitrat không phải là chất gây nguy hiểm Tuy nhiên, trong đường ruột trẻ nhỏ thường tìm thấy loại vi khuẩn có thể chuyển hóa nitrat thành nitrit Nitrit này có ái lực với hồng cầu trong máu mạnh hơn ôxy, khi nó thay thế ôxy sẽ tạo thành

methemoglobin, hợp chất này có thể nhận ôxy và gây ra bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ, thậm chí có thể gây tử vong

Trong xử lý nước thải, NO3- thường được khử trong điều kiện thiếu ôxy (Anocix) tức không cấp ôxy từ ngoài vào Vi khuẩn thu năng lượng để tăng trưởng từ quá trình chuyển NO3- thành khí N2 và cần có nguồn Cacbon để tổng hợp thành tế bào

Do đó, khi khử NO3- bằng công đoạn riêng sau các công đoạn khử BOD và nitrat hoá mà thiếu các hợp chất hữu cơ cacbon thì phải thêm các hợp chất chứa cácbon vào nước để vi khuẩn thu nhận làm nguồn tổng hợp thành tế bào

Quá trình khử NO3- được mô tả bằng các phản ứng sau:

NO3- + 1,183CH3OH + 0,273H2CO3 0,091C5H7O2N + 0,454N2 + 1,82H2O + HCO3-, (2.5)

NO2- + 0,681CH3OH + 0,555H2CO3 0,047C5H7O2N + 0,476N2 + 1,251H2O + HCO3-, (2.6)

Quá trình khử Photpho:

Photpho tồn tại trong nước thải dưới nhiều dạng khác nhau Các dạng tồn tại điển hình của Photphat được phân loại theo các đặc tính vật lý: photphat hòa tan và photphat dạng hạt (thông thường dựa trên cơ sở lọc qua 0.45 micromet màng lọc) và đặc tính hóa học: orthophotphat (PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4), polyphotphat [Na3(PO4)6], photphat hữu cơ (thường dựa trên cơ sở thủy phân axit và sự tiêu hóa) Photpho trong nước thải có nguồn gốc từ những nguồn sau:

- Nước

- Phân và chất thải

- Chất thải công nghiệp và thương mại

- Chất tẩy rửa tổng hợp và chất tẩy rửa gia dụng

Khi làm thí nghiệm loại bỏ nito bằng phương pháp sinh học ra khỏi nước thải, Barnard năm 1974 đã nhận thấy rằng có một mối quan hệ giữa việc loại bỏ photpho

bằng phương pháp sinh học với nitrat Sauk hi xem xét tổng thể các nhà máy và quá trình PhoStrip, ông cho rằng quá trình loại bỏ photpho bằng phương pháp sinh học cần các vi sinh vật trong giai đoạn phân hủy yếm khí trong sự thiếu mặt cả nitrat và ôxy hòa tan Năm 1975, Fuhs và Chen nhận thấy rằng vi khuẩn Acinetobacter và đặc biệt là giống Lwoffi như một sinh vật tích lũy photphat dư thừa trong các tế bào của chúng khi chúng có axit béo dễ bay hơi mạch ngắn, đặc biệt là acetate, như kho

dự trữ thức ăn Nicholls và Osborn năm 1978 cho rằng giai đoạn phân hủy kị khí, không có mặt nitrat là cần thiết để vi khuẩn Acinetobacter tổng hợp vào trong tế bào,

sử dụng polyphotphat dự trữ như nguồn năng lượng và giải phóng phophat vào pha lỏng Acetate được dự trữ như poly β hydroxybuterate (PHB) trong các tế bào của mình cho tới khi chúng bước vào giai đoạn phân hủy hiếu khí noi mà PHB được chuyển hóa dưới điều kiện hiếu khí, cung cấp năng lượng dưới dạng orthophotphat Năm 1986, Comeau lần đầu tiên giới thiệu mô hình loại bỏ photpho bằng phương pháp sinh học bởi vi khuẩn Acinetobacter Nhóm vi khuẩn Acinetobacter sp là vi khuẩn kỵ khí tuỳ tiện có khả năng tích luỹ polyphotphat trong sinh khối tương đối cao (từ 2 đến 5% P) Người ta đã ứng dụng quá trình photphoril hoá của vi khuẩn để khử photpho theo sơ đồ sau:

Bể sinh học kỵ khí Bể sinh học thiếu khí Bể sinh học hiếu khí Bể lắng

(Anarerobic) (Anoxic) (Aerobic)

Bùn hoạt tính tuần hoàn

Các chất hữu cơ cacbon

tích lũy thành sinh khối

Bùn hoạt tính dư Hạt volutin chứa Poly photphát (Bùn chứa Plyphotphat hàm lượng cao)

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý sinh hoát khử photpho trong nước thải bằng BHT

2.1.2.1 Kênh ôxy hóa tuần hoàn

a Cấu tạo kênh ôxy hóa tuần hoàn

Kênh ôxy hóa tuần hoàn có cấu tạo hình ôvan trên mặt bằng để dễ sử dụng diện tích

mặt thoáng Mặt cắt ướt của kênh hình thang có độ sâu trung bình lớp nước từ 1,0

đến 1,8m Trong điều kiện cho phép, độ sâu của kênh ôxy hóa tuần hoàn có thể tới

3,0m Vận tốc dòng chảy trong kênh từ 0,1 đến 0,4m/s Diện tích đất cần thiết để

xây dựng toàn bộ kênh ôxy hóa tuần hoàn theo Arceivala và Alagarsamy là

0,125m2/người vùng khí hậu nóng và 1,2m2/người cho vùng khí hậu ôn đới

Để đảm bảo lưu thông vận chuyển nước, bùn và cung cấp ôxy, người ta thường lắp

đặt hệ thống khuấy trộn dạng guồng quay (trục ngang) vận tốc từ 60 đến 110

vòng/phút hoặc dạng đĩa quay (trục đứng) Kênh được chống thấm bằng các tấm bê

tong hoặc màng nhựa tổng hợp lát bề mặt

Ngoài công trình chính là kênh ôxy hóa tuần hoàn, trong hệ thống xử lý nước thải

còn có bể lắng đợt 2, trạm bơm bùn và sân phơi bùn

CO2 + H2O

O2

Năng lượng

PO43-

Nước sau

xử lý

b Nguyên tắc hoạt động

Kênh ôxy hóa tuần hoàn hoạt động theo nguyên lý thổi khí bùn hoạt tính kéo dài Liều lượng bùn hoạt tính trong kênh ôxy hóa tuần hoàn từ 2000 đến 6000 mg/l Để đảm bảo thời gian lưu bùn từ 10-33 ngày, hệ số tuần hoàn bùn từ 0,75 đến 1,5 Quá trình thổi khí đảm bảo cho việc khử BOD và ổn định bùn nhờ hô hấp nội bào

Vì vậy, bùn hoạt tính dư ít gây hôi thối và khối lượng giảm đáng kể Lượng ôxy cần

cấp nằm khoảng 2,0 đến 2,5 kg O2/kg BOD5 được khử Trong thực tế để đảm bảo cho quá trình khử nitrat, theo Gray 1990, lượng ôxy này nằm trong khoảng 1,5 đến 1,8 kg O2/kg BOD5

Kênh ôxy hóa tuần hoàn có tải trọng chất bẩn hữu cơ thấp (0,05 g BOD5/g bùn.ngày); thời gian nước lưu lại lớn từ 18 đến 30 giờ và bùn giữ lại trong hệ thống trung bình từ 10 đến 33 ngày Các chất hữu cơ trong công trình hầu như được ôxy hóa hoàn toàn, hiệu quả khử BOD đạt 85 đến 95% Trong vùng hiếu khí (hàm lượng ôxy hòa tan trên 2,0mg/l) diễn ra quá trình ôxy hóa hiếu khí các chất hữu cơ và nitrat hóa Trong vùng thiếu khí (hàm lượng ôxy hòa tan thường dưới 0,5 mg/l) diễn

ra quá trình hô hấp kỵ khí và khử nitrat

Để khử N trong nước thải, người ta thường tạo điều kiện cho quá trình khử nitrat diễn ra trong công trình Kênh ôxy hóa tuần hoàn hoạt động theo nguyên tắc của aeroten đẩy và các guồng quay được bố trí theo một chiều dài nhất định nên dễ tạo cho nó được các vùng hiếu khí (aerobic) và thiếu khí (anoxic) luân phiên thay đổi Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa cũng được tuần tự thực hiện trong các vùng này Hiệu quả khử Nito trong kênh ôxy hóa tuần hoàn có thể đạt từ 40-80%

Hình 2.4 Sơ đồ kênh ôxy hóa tuần hoàn

Tuabin làm thoáng bề mặt Phòng điều khiển

Lưới chắn và trạm bơm Muong Oxy hoá

Bể cô đặc bùn

Sân phơi

Kênh ôxy hóa tuần hoàn có ưu điểm là lượng bùn dư thấp, được ổn định tương đối, hiệu quả xử lý BOD cao, các chất dinh dưỡng như N, P được khử đáng kể, quản lý

và vận hành không phức tạp Do thời gian nước lưu lớn nên công trình có tính đệm cao Tuy nhiên, công trình xây dựng hở và diện tích chiếm đất lớn (dung tích cần thiết của kênh ôxy hóa tuần hoàn lớn gấp 3-10 lần so với aeroten xử lý nước thải cùng mức độ) là những yếu tố hạn chế sử dụng nó cho các trường hợp xử lý nước thải quy mô lớn Kênh ôxy hóa tuần hoàn thường được sử dụng cho các vùng dân

cư số dân từ 200 đến 15.000 người

Ưu điểm:

+ Hiệu quả xử lý BOD5, Nito, Photpho cao

+ Quản lý đơn giản

+ Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng của nước xử lý Nhược điểm:

+ Kênh ôxy hóa đòi hỏi diện tích lớn nên chỉ thích hợp ở những nơi đất rộng

2.1.2.2 Aerôten hoạt động theo mẻ (hệ SBR)

a Nguyên tắc hoạt động

Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing Batch Reactor – SBR) là một

dạng công trình xử lý sinh học nước thải bẳng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn

ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn của bể tối thiểu là 2 Sơ đồ hoạt động của bể:

Bể lắng cát

Bể lắng đợt một

Hình 2.5 Sơ đồ hoạt động của hệ thống Aeroten hoạt động gián đoạn SBR

Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi

khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư

Nước thải vào

1 Làm đầy nước thải 4

5

Hình 2.6 Các giai đoạn của bể Aerotank hoạt động gián đoạn

Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính

lưu lại từ chu kỳ trước Sau đấy, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước thứ

hai với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu Quá trình diễn ra gần với điều

kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được ôxy hóa trong giai đoạn này Bước thứ

ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh Sau đó nước trong nằm phía trên lớp

bùn được xả ra khỏi bể Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong

quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo

cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục

Xả nước

thải

Công trình hoạt động gián đoạn, có chu kỳ Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn… diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 20mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng

từ 3 đến 25 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12mg/l Bể Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt 2 Trong nhiều trường hợp, người ta cũng có thể bỏ qua bể điều hòa và bể lắng đợt một

Hệ thống Aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nito và photpho sinh hóa do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp ôxy Các ngăn bể được sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí dạng Jet hoặc thiết bị khuấy trộn cơ học Chu kỳ hoạt động của ngăn bể được điều khiển bằng rơle thời gian Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn…

Quá trình A2/O là một dạng của quá trình A/O và cung cấp vùng phân hủy thiếu khí cho quá trình khử Nito Thời gian lưu trong vùng phân hủy thiếu khí khoảng gần 1 giờ Vùng phân hủy thiếu khí thiếu ôxy hòa tan, nhưng lượng ôxy giới hạn về mặt hóa học dưới dạng nitrat hay nitrit được tạo ra bằng cách tuần hoàn chất lỏng hỗn

hợp đã được nitrat hóa từ vùng phân hủy hiếu khí Hàm lượng photpho trong dòng

ra nhỏ hơn 2mg/L có thể được mong đợi mà không lọc dòng ra, nếu dòng ra được lọc thì hàm lượng photpho dòng ra có thể nhỏ hơn 1.5mg/L

Các đặc điểm chính của quy trình này như sau:

+ Làm giảm các chi phí hoạt động bằn cách tiết kiệm chi phí cho hoá chất + Làm giảm lượng bùn thừa vì chỉ một lượng bùn kết tủa nhỏ được tạo ra + Hạn chế mùi khó chịu vì diện tích bề mặt của bể phản ứng sinh học do độ sâu của bể phản ứng lớn hơn

+ Giảm kích thước của công trình bao che

Chất lượng xử lý bùn được nâng cao do sự tuần hoàn của các vi khuẩn kỵ khí, hiếu khí và thiếu khí, gây tác động thuận lợi Chất lượng nước đầu ra được nâng cao do

lượng các chất lơ lửng không tan thấp

Lượng bùn tuần hoàn có thể làm giảm xuống do sự tập trung của hàm lượng cặn lơ

lửng, vì vậy khả năng lắng cặn tăng lên

Tuần hoàn

Hình 2.7 Quá trình AAO

Đặc tính của quá trình Bardenpho 5 giai đoạn có thể được thay đổi để loại bỏ kết

hợp Nito và Photpho Thứ tự các giai đoạn của quá trình và phương pháp tuần hoàn

khác với quá trình AAO Hệ thống quá trình 5 giai đoạn cung cấp giai đoạn phân

hủy yếm khí, thiếu khí và hiếu khí để loại bỏ carbon, nito và phopho Giai đoạn

phân hủy thiếu khí thứ hai được cung cấp cho quá trình khử nito thêm vào mà sử

dụng nitrat được sinh ra trong giai đoạn phân hủy hiếu khí như chất nhận electron

và các hợp chất carbon hữu cơ nội sinh như chất cho electron Giai đoạn phân hủy

hiếu khí cuối cùng lấy nito còn thừa từ dung dịch để tối thiểu hóa sự giải phóng

photpho trong bể làm sạch cuối cùng Hỗn hợp chất lỏng từ bể phân hủy hiếu khí

đầu tiên được tái chế đến bể phân hủy thiếu khí Thời gian lưu của quá trình lâu hơn

so với quá trình AAO, do đó làm tăng khả quá trình ôxy hóa carbon