KỸ THUẬT xử lý nước THẢI

Xử lý nước thải là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước thải như nước thải hộ gia đình, thương mại và cơ quan. Nó bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm và sản xuất nước thải được xử lý an toàn với môi trường.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÔNG NGHIỆP,

CÁC NGUỒN TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI TRONG TỰ NHIÊN 2

1.1 Các loại nước thải 2

1.1.1 Một số dạng nước thải chủ yếu của nước thải 2

1.1.2 Thành phần nước thải 2

1.1.3 Lựa chọn lưu lượng tính toán 7

1.2.Các nguồn tiếp nhận nước thải trong tự nhiên 8

1.2.1.Tác động của nước thải đối với nguồn tiếp nhận hay sự ô nhiễm nguồn nước, phân vùng ô nhiễm 8

1.2.2.Quá trình tự làm sạch của nguồn nước 9

1.3.Một số thông số đặc trưng của nước thải phục vụ việc thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý và kiểm soát hoạt động của nhà máy xử lý nước thải 10

1.4 Phân tích, thiết kế công nghệ nhà máy xử lý nước thải 10

1.4.1.Các tiêu chuẩn thiết kế 10

1.4.2.Các số liệu cần thiết cho công tác thiết kế (lưu lượng, các chỉ tiêu chất lượng nước thải cần thiết dùng để thiết kế, ) 10

1.4.3.Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải và sơ đồ dây chuyền công nghệ của nhà máy xử lý nước thải 11

1.4.4.Tính toán thuỷ lực 12

1.5.Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi lựa chọn công nghệ của nhà máy xử lý nước (chi phí đầu tư,chi phí vận hành và bảo dưỡng, diện tích đất sử dụng, chất ô nhiễm thứ cấp tạo ra,…) 13

1.6.Một số sơ đồ dây chuyền công nghệ cơ bản xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp 14

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC 16

2.1.Một số vấn đề thoát nước và thu gom nước thải 17

2.1.1.Các hệ thống thoát nước và thu gom nước thải 17

2.1.2.Nguyên tắc thiết kế và lắp đặt hệ thống thoát nước thải 17

2.1.3.Các trạm bơm nước thải 17

2.2 Xử lý sơ bộ 18

2.2.1.Lọc qua song chắn rác/lưới chắn rác 18

2.2.2.Bể tách dầu/mỡ 18

2.2.3.Lắng cát 18

2.2.4.Bể điều hoà lưu lượng, nồng độ 19

2.3 Kỹ thuật lắng nước thải 20

2.3.1.Lý thuyết lắng nước thải 20

2.3.2.Cấu tạo và các đặc trưng của bể lắng bậc I 22

2.3.3.Các loại bể lắng thường dùng trong xử lý nước thải 22

2.4 Kỹ thuật tuyển nổi 25

2.4.1.Khái niệm, nguyên lý và bản chất của quá trình tuyển nổi 25

2.4.2.Các phương pháp tuyển nổi 25

2.4.3.Cơ chế, động học và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tuyển nổi 30

2.4.4.Giới thiệu một số công nghệ và sơ đồ xử lý nước bằng phương pháp tuyển nổi31 2.4.5.Phương pháp tính toán thiết kế 33

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HOÁ HỌC VÀ HOÁ LÝ 36

3.1 Phương pháp trung hòa 36

3.1.1.Kết hợp và trộn hai dòng thải có tính axít và tính kiềm 36

3.1.2.Sử dụng các tác nhân hóa học như: H2SO4, NaOH, Ca(OH)2, 36

3.1.3.Sử dụng các vật liệu có tác dụng trung hòa như CaCO3, 38

3.2 Phương pháp kết tủa hóa học 38

3.2.1 Kết tủa ở dạng các muối (sử dụng các tác nhân hóa học như: Na2CO3, Na2SO4, Na2S) 38

3.2.2 Kết tủa ở dạng các hydroxyt (sử dụng các tác nhân hóa học như: NaOH,Ca(OH)2,) 39

3.3 Phương pháp keo tụ - đông tụ 39

3.3.1.Khái niệm về keo tụ, đông tụ 39

3.3.2.Cấu tạo và tính chất của các hạt keo, cơ chế quá trình keo tụ, kết bông 39

3.3.3.Cơ chế keo tụ bởi kim loại hoá trị 3 và động học quá trình keo tụ (bởi Al 3+ và Fe3+) 44

3.3.4.Động học quá trình keo tụ 45

3.3.5.Các phương pháp làm keo mất ổn định và phá bền của các huyền phù keo, các biện pháp keo tụ khác nhau 46

3.3.6.Tính toán hệ thống keo tụ - đông tụ 48

3.4.Phương pháp ôxy hóa, phương pháp khử 51

3.4.1.Một số chất ôxy hóa như Clo, O3, H2O2 hay kết hợp O3/H2O2 51

3.4.2.Các chất khử như Na2S2O6, FeSO4, 54

3.4.3.Cơ chế phản ứng và ứng dụng 55

3.4.4.Các ví dụ về phản ứng của ôzôn với hydro cacbon thơm, phenol, thuốc trừ sâu56 3.4.5.Sản xuất ozon, các thiết bị phản ứng sản xuất ozon 57

3.5 Kỹ thuật ô xy hóa nâng cao (AOPs) 59

3.5.1.Kỹ thuật Fenton 59

3.5.2 Kỹ thuật điện hóa 60

3.5.3 Kỹ thuật Fenton điện hóa 62

3.5.4 Kỹ thuật AOPs khác 62

3.6 Kỹ thuật màng 63

3.6.1 Một số loại màng 63

3.6.2 Cơ chế tách chất bẩn qua màng 64

3.7.Phương pháp trao đổi ion 65

3.7.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình trao đổi ion 65

3.7.2 Các chất trao đổi ion thường ứng dụng trong thực tế 67

3.7.3 Tính toán thiết kế hệ thống trao đổi ion 69

3.8.Công nghệ hấp phụ và ứng dụng trong xử lý nước thải 69

3.8.1.Một số chất hấp phụ (than hoạt tính, zeolit, ) 69

3.8.2 Cơ sở lý thuyết hấp phụ 70

3.8.3.Ứng dụng chất hấp phụ PAC, GAC trong xử lý nước thải 75

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC (XỬ LÝ BẬC II) 77

4.1.Nguyên lý chung của phương pháp xử lý sinh học 77

4.1.1 Chức năng và phân loại: 77

4.1.2 Cơ chế các quá trình sinh học và động học quá trình phản ứng sinh hóa 77

4.2.Lọc sinh học 78

4.2.1.Các dạng bể lọc sinh học (biophil nhỏ giọt, Biophil cao tải, bể lọc sinh học ngập nước, đĩa sinh học, ) 78

4.2.2.Cơ chế quá trình sinh học trong bể lọc 79

4.2.3.Cấu tạo, sơ đồ hệ thống lọc sinh học và nguyên lý làm việc của bể lọc sinh học, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng 80

4.2.4.Tính toán công nghệ thiết kế bể lọc sinh học: tải trọng BOD, tải lượng thuỷ lực, thể tích môi trường lọc, tốc độ tuần hoàn và hiệu suất 81

4.3.Bể aeroten 83

4.3.1.Các quá trình sinh học trong hệ thống bùn hoạt tính và cơ chế của quá trình (cơ

chế, tác nhân sinh học) 83

4.3.2.Phân loại bể Aeroten (bể Aeroten làm việc liên tục, bể Aeroten làm việc gián đoạn - SBR, mương ô xy hóa, ) 84

4.3.3.Phân tích quá trình (Hệ thống thiết bị phản ứng khuấy trộn hoàn toàn; hệ thống thiết bị phản ứng dòng đẩy) 87

4.3.4.Các thông số cần xem xét khi thiết kế và vận hành 87

4.3.5.Tính toán công nghệ thiết kế bể aeroten 87

4.4.Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên 90

4.4.1.Phân loại hồ sinh học 90

4.4.2.Nguyên lý kết cấu và cơ chế hoạt động của các dạng hồ sinh học và wetland kiến tạo 91

4.4.3.Nguyên lý thiết kế, cấu tạo hồ sinh học và wetland kiến tạo phục vụ làm sạch nước thải 94

4.4.4.Xử lý các chất hữu cơ và loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong các hồ xử lý ở điều kiện tự nhiên 95

4.4.5.Xử lý chất hữu cơ trong wetland kiến tạo ở điều kiện tự nhiên 95

4.4.6 Xử lý nước thải trên các cánh đồng tưới và cánh đồng lọc 97

4.4.7.Tính toán thiết kế 98

4.5.Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí 99

4.5.1.Cơ chế quá trình: các phản ứng xảy ra và tác nhân sinh học, các yếu tố ảnh hưởng 99

4.5.2.Các yếu tố chính ảnh hưởng tới hiệu suất quá trình phân huỷ kỵ khí (nhiệt độ, pH, tải lượng dòng vào, khuấy trộn, tỷ lệ C/N, các chất độc, ) 100

4.5.3.Các dạng công trình xử lý sinh học yếm khí (bể tự hoại, bể biogas, bể UASB, bể lọc kỵ khí) 102

4.5.4.Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của công trình xử lý yếm khí 106

4.5.5.Các thông số công nghệ đặc trưng và tính toán thiết kế công trình xử lý 106

4.5.6.Phạm vi ứng dụng của phương pháp sinh học yếm khí trong xử lý nước thải 107

CHƯƠNG 5: KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI VÀ XỬ LÝ BẬC III 110

5.1 Xử lý nitơ và phốtpho trong nước thải bằng phương pháp hoá lý 110

5.1.1.Kỹ thuật xử lý nitơ bằng phương pháp hóa lý; 110

5.1.2 Kỹ thuật xử lý phốtpho bằng phương pháp hóa học; 110

5.2 Xử lý nitơ và phốt pho trong nước thải bằng phương pháp sinh học 110

5.2.1 Vai trò của nito và phốt pho 110

5.2.2 Quá trình nitrat hóa và phản nitrat sinh học; các yếu tố ảnh hưởng 111

5.2.3.Cơ chế quá trình khử phốtpho bằng phương pháp hóa học 113

5.2.4.Cơ chế quá trình khử phốtpho bằng phương pháp sinh học 115

5.2.5.Một số công nghệ xử lý ni tơ và phốt pho bằng phương pháp sinh học (công nghệ AO, AAO; BARDENPHO, DENIPHOR, PHOREDOX; công nghệ hợp khối sinh học Bio-combinator, AO-MBR, AO-MBBR; công nghệ lai ghép (Hybrid) trong xử lý sinh học nước thải) 116

5.3.Phương pháp tiên tiến xử lý chất hữu cơ và độ mầu trong nước thải sau xử lý sinh học 120

5.4 Các phương pháp khử trùng nước thải 123

5.4.1.Cơ sở lý thuyết quá trình khử trùng 123

5.4.2.Khử trùng nước thải bởi clo và các dẫn xuất 123

5.4.3.Clo, axit hypoclorơ và ion hypoclorit 125

5.4.4.Dioxyt clo (ClO2) 127

CHƯƠNG 6: XỬ LÝ BÙN 129

6.1.Các nguồn phát sinh bùn trong Nhà máy xử lý nước thải, các tính chất đặc trưng của bùn thải từ các công đoạn xử lý 129

6.2.Các phương pháp xử lý bùn (sân phơi bùn, bể mêtan, phương pháp nhiệt): cơ chế phân giải yếm khí và các yếu tố ảnh hưởng (cơ chế, tác nhân sinh học, các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, pH, tỷ lệ C:N, các chất độc, ) 130

6.3.Một số công trình xử lý bùn cặn 133

6.3.1.Bể tự hoại 133

6.3.2.Bể mêtan lên men trong điều kiện kỵ khí 134

6.4.Khử tách nước, làm khô bùn cặn: 135

6.4.1.Các loại bùn cặn và thành phần tính chất của chúng 135

6.4.2.Phương pháp trọng lực (bể nén bùn) 136

6.4.3.Phương pháp hóa học 136

6.4.4.Phương pháp cơ giới (ép băng tải, ép khung bản) 138

6.4.5.Sân phơi bùn 139

6.5.Xử lý và sử dụng bùn cặn sau xử lý 140

CHƯƠNG 1: THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÔNG NGHIỆP, CÁC NGUỒN TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI TRONG TỰ NHIÊN

1.1 Các loại nước thải

1.1.1 Một số dạng nước thải chủ yếu của nước thải

Người ta định nghĩa nước thải là chất lỏng được thải ra trong quá trình của conngười và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng Thông thường nước thải đượcphân theo nguồn gốc phát sinh ra chúng

a, Nước thải sinh hoạt

Là nước thải được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộngđộng: tắm giặt giũ, tẫy rửa, vệ sinh cá nhân….chúng thường được thải ra từ các căn

hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, các công trình công cộng khác

Thành phần nước thải thải sinh hoạt gồm hai loại:

+ Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.+ Nước thải nhiễm bẩn từ các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chấtrửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà

b, Nước thải công nghiệp

Là loại nước thải sau quá trình sản xuất, phụ thuộc vào loại hình công nghiệp.Đặc tính ô nhiễm của và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộcvào loại vào loại hình công nghiệp và công nghệ lựa chọn

Có hai loại nước thải công nghiệp:

+ Nước thải công nghiệp quy ước sạch: là loại nước thải sau khi sử dụng đểlàm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà

+ Loại nước thải công nghiệp nhiễm bẩn đặc trưng của công nghiệp đó cầnđược xử lý trước khi xã vào mạng lưới thoát nước chung hoặc vào nguồn nước tùytheo mức độ tiếp nhận

Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban đầu, do có

sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc sản xuất Sự thayđổi nhiệt độ nước thải sẽ ảnh hưởng đến một số yếu tố khác như tốc độ lắng của cáchạt rắn lơ lửng, độ oxy hòa tan và các hoạt động sinh hóa khác trong nước thải

 Hàm lượng chất rắn

Nước chiếm 99,9% trong nước thải, 0,1% là các thành phần rắn khiến nướcthải không trong suốt Một số chỉ tiêu thể hiện hàm lượng rắn trong dòng thải lỏngnhư Độ đục, tổng rắn lơ lửng (TSS), tổng rắn hòa tan (TDS)

 Độ màu

Nước sạch không có màu, nước có màu biểu hiện nước bị ô nhiễm Nếu bề dàycủa nước lớn, ta có cảm giác nước có màu xanh nhẹ đó là do nước hấp thụ chọn lọcmột số bước sóng nhất định của ánh sáng mặt trời Nước có màu xanh đậm chứng tỏtrong nước có các chất phú dưỡng hoặc các thực vật nổi phát triển quá mức và sảnphẩm phân hủy của thực vật đã chết

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ sẽ làm xuất hiện axit humic (mùn) hòa tanlàm nước có màu vàng Nước thải của các nhà máy, công xưởng, lò mổ… có nhiềumàu sắc khác nhau

Nước có màu tác động đến khả năng xuyên qua của ánh sáng mặt trời khi điqua nước, do đó gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái Màu do hóa chất gây nên rất độc hạivới sinh vật trong nước Cường độ của màu thường được xác định bằng phương pháp

đo quang sau khi đã lọc các chất vẩn đục

 Mùi vị

Nước sạch không mùi, không vị Nước có mùi lạ là triệu chứng nước bị ônhiễm Mùi vị trong nước gây ra do hai nguyên nhân chủ yếu:

- Do các sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước

- Do nước thải có chứa những chất khác nhau, màu và mùi vị của nước đặctrưng cho từng loại

Mùi vị của nước được xác định theo cường độ tương đối quy ước Tiêu chuẩnnước uống phải không có mùi, vị lạ

1.1.2.2.Các thành phần Hóa học trong nước thải

pH > 7: dòng thải mang tính kiềm

pH < 7: dòng thải mang tính axit

Trong đó dòng thải công nghiệp thường có pH > 5 hoặc pH < 10

 Oxy hòa tan (DO)

Oxy hòa tan trong nước cần thiết cho quá trình hô hấp của các sinh vật thủysinh và quá trình tự làm sạch của nước Oxy hòa tan được tạo ra nhờ quá trình hòa tancủa oxy khí quyển vào nước và nhờ quá trình quang hợp của tảo và các loài thực vậtthủy sinh Nồng độ DO phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất khí quyển,tốc độ dòng chảy và đặc biệt là sự có mặt của các chất hữu cơ và vi sinh vật Khi DOthấp, các loài thủy sinh giảm hoạt động hoặc chết Do vậy, DO là một chỉ số quantrọng để đánh giá độ ô nhiễm của nước.

Thực tế, độ oxy hòa tan có ảnh hưởng nhiều đến đặc tính của nước thải Nếudòng nước thải có DO quá thấp thường có mùi hôi thối, và sẫm mầu (thường có mầuđen)

 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD)

Nhu cầu oxy hóa sinh học là nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt là BOD, làlượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật hiếukhí Như vậy BOD là chỉ tiêu để đánh giá hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinhhọc và là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước thải

 Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)

Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóatoàn bộ các chất hữu cơ có trong nước thành CO2 và nước Chỉ số COD được sử dụngrộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải và sự ô nhiễm củanước tự nhiên

COD và BOD đều là các chỉ số định lượng chất hữu cơ trong nước có khả năng

bị oxy hóa nhưng BOD chỉ cho biết lượng các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bằng vi sinhvật trong nước, còn COD cho biết tổng lượng các chất hữu cơ có trong nước bị oxyhóa bằng tác nhân hóa học Do đó tỷ số COD:BOD luôn lớn hơn 1

 Hàm lượng nitơ

Nito có trong nước thải thường là các hợp chất protein và các sản phẩm phânhủy như amoni, nitrit, nitrat Chúng có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước,Trong nước rất cần thiết có một lượng nito thích hợp, đặc biệt là trong nước thải, mốiquan hệ giữa BOD với N và P có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và khả năng oxyhóa của bùn hoạt tính Vì vậy, trong nước thải, các chỉ số như tổng nitơ, amoni, nitrit

và nitrat là chỉ số quan trọng cần được xác định trước khi đưa ra lựa chọn công nghệ

xử lý

 Hàm lượng photpho (P)

Photpho tồn tại trong nước ở các dạng H2PO4-, HPO42-, PO43-, cácpolyphosphate và Na3(PO3)6 và photpho hữu cơ Đây là một trong những nguồn dinh

dưỡng cho thực vật thủy sinh, gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phúdưỡng ở các thủy vực Hàm lượng P thừa trong nước thải làm cho các loại tảo và thựcvật lớn phát triển nhanh chóng, làm che lấp bề mặt các thủy vực, hạn chế lượng oxykhông khí hòa tan vào trong nước Sau đó tảo và thực vật thủy sinh tự chết và phânhủy gây thiếu oxy hòa tan và làm cho các sinh vật thủy sinh bị tiêu diệt.

Trong nước thải, chỉ số tổng photpho hoặc phosphate được xác định để đánhgiá chất lượng nước thải và đưa ra lựa chọn công nghệ xử lý nước thải thích hợp

 Hàm lượng kim loại nặng

Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với người và động vật Nướcthải có chứa kim loại nặng thường là các dòng thải công nghiệp với một số kim loạinhư asen (As), chì (Pb), cadimi (Cd), crom (Cr), v.v

 Tổng dầu mỡ

Dầu mỡ thường phát sinh từ khu vực nhà bếp hoặc từ ngành công nghiệp chếbiến thịt, từ các lò mổ Dầu mỡ nếu đi vào hệ thống thoát nước thải sẽ đóng kết trênđường ống và làm giảm thể tích của đường ống, gây tắc nghẽn dòng chảy, gây mùikhó chịu và ảnh hưởng đến môi trường Do vậy hàm lượng dầu mỡ động thực vật làmột chỉ số cần được xác định để quyết định xem có cần áp dụng tiền xử lý để loại bỏdầu mỡ ra khỏi nước thải hay không

 Cặn hữu cơ

Cặn hữu cơ trong nước thải có nguồn gốc từ các thức ăn của người, động vật đãtiêu hóa và một phần nhỏ dư thừa thải ra và từ xác động vật chết, cây lá thối rữa tạonên Thành phần hóa học của chất hữu cơ là cacbon (C), hydro (H2), oxy (O2), một sốchất có thêm nitơ (N2), photpho (P), lưu huỳnh (S) Dạng tồn tại của cặn hữu cơ trongnước thải chủ yếu là protein, cacbonhydrat, chất béo và các sản phẩm phân hủy củachúng Các hợp chất hữu cơ bị thối rữa hay phân hủy do hoạt động sống của vi khuẩn

và vi sinh có trong nước, nó dễ cháy, dễ bắt lửa Cặn hữu cơ cháy và bay hơi hoàntoàn ở nhiệt độ cao 550o đến 6000C, nên đôi khi còn gọi là cặn bay hơi

 Cặn vô cơ

Cặn vô cơ là các chất trơ, không bị phân hủy, đôi khi có những hợp chất hữu cơphức tạp (như sunfat) ở điều kiện nhất định có thể bị phân rã Cặn vô cơ có nguồn gốckhoáng chất như các muối khoáng, cát, sạn, bùn, độ kiềm, độ cứng và các chất thườnggặp trong nước cấp Cặn vô cơ không bị cháy ở nhiệt độ cao Đem sấy tiếp cặn khôđến 550oC đến 600oC toàn bộ cặn hữu cơ sẽ cháy và bay hơi hết, lượng còn lại là cặn

vô cơ, đôi khi còn gọi là độ tro của cặn

 Cặn lơ lửng

Cặn lơ lửng có thể nhận biết bằng mắt thường, có thể loại nó ra khỏi nước bằngquá trình keo tụ, lắng,lọc Để xác định hàm lượng cặn lơ lửng, lấy mẫu nước thải lọcqua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy khô ở 105 oC đem cân sẽ được hàm lượng cặn lơ lửngbiểu thị bằng mg/l Trong nước thải sinh hoạt cặn lơ lửng chứa 70% cặn hữu cơ, 30%cặn vô cơ Cặn lơ lửng gồm cặn lắng được và cặn ở dạng keo không lắng được.

1.1.2.3.Sinh học

Nước thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật chủ yếu là vi sinh từ 105 - 106 con trong

1 ml Hai nguồn chủ yếu đưa vi sinh vào nước thải là phân, nước tiểu và từ đất

Nước thải và đất chứa vô số vinh sinh đặc biệt là vi khuẩn Tế bào vi sinh hìnhthành từ chất hữu cơ nên có thể coi tập hợp vi sinh là một phần của tổng chất hữu cơ

có trong nước thải, phần này sống, hoạt động, tăng trưởng để phân hủy phần hữu cơcòn lại của nước thải Phần lớn vi sinh có trong nước thải không phải là vi khuẩn gâybệnh Có thể có một số ít vi khuẩn gây bệnh như: thương hàn, tả, lỵ và vi trùng gan.Thường phân loại vi sinh có trong nước thải bằng hình dạng (hình thái học) Vi sinhtrong xử lý nước thải có thể phân làm ba nhóm là: Vi khuẩn, nấm và tế bào nguyênsinh

 Vi khuẩn (Bacteria)

Đóng vai trò quan trọng đầu tiên trong việc phân hủy chất hữa cơ, nó là cơ thểsống đơn bào, có khả năng phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn lơ lửng hoặcdính bám vào bề mặt vật cứng Có rất nhiều loại vi khuẩn không thể chỉ tên và mô tảhết được, loại dễ nhận biết nhất là vi khuẩn Coli phân

Vi khuẩn có khả năng sinh sản rất nhanh, khi tiếp xúc với chất dinh dưỡng cótrong nước thải, chúng hấp thụ nhanh thức ăn qua thành tế bào

Có ba loại vi khuẩn cơ bản là: Khuẩn que, khuẩn cầu và khuẩn xoắn thường cótrong nước thải dưới dạng tụ tập lại thành màng mỏng như lưới, hoặc liên kết với nhauthành khối như bông cặn Đại đa số vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phânhủy chất hữu cơ, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng,nhưng thường cũng có loại vi khuẩn dạng lông tơ (filamentous) kết với nhau thànhlưới nhẹ nổi lên bề mặt làm ngăn cản quá trình lắng ở bể lắng đợt 2

Vi khuẩn ký sinh (paracitic bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăncủa nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruột củangười và động vật, và đi vào nước thải theo phân và nước tiểu Vi khuẩn ký sinh cónhiều loại là vi trùng gây bệnh, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu của người bịbệnh

Vi khuẩn hoại sinh (saprophytic bacteria) vi khuẩn hoại sinh dùng chất hữu cơkhông hoạt động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống

và sinh sản rồi thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vô cơ.Bằng quá trình hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò cực kỳ quan trọngtrong việc làm sạch nước thải Nếu không có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn,quá trình phân hủy sẽ không xảy ra Có rất nhiều loại vi khuẩn hoại sinh, mỗi loàiđóng một vai trò đặc biệt trong một công đoạn của quá trình phân hủy hoàn toàn cặnhữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành quy trình sống và sinhsản ở giai đoạn đó

 Nấm (Fungi)

Là một loại vi sinh, phần lớn là dạng lông tơ (filamentous) hoàn toàn khác vớicác dạng của vi khuẩn, nói chung vi sinh dạng nấm có kích thước lớn hơn vi khuẩn vàkhông có vai trò trong giai đoạn ban đầu phân hủy các chất hữu cơ trong quá trình xử

lý nước thải Vì có kích thước lớn, tỷ trọng nhẹ vi sinh dạng nấm nếu phát triển mạnh

mẽ sẽ kết thành lưới nổi lên mặt nước gây cản trở quá trình lắng ở bể lắng đợt 2 Mốt

số loại nấm gây bệnh về da có thể có trong nước thải

 Tế bào nguyên sinh (Protozoa)

Là một loại động vật được đặc trưng bằng một vài giai đoạn hoạt động trongquá trình sống của nó, nguyên sinh động vật là một phần trong tổng số các loại vi sinh

có trong nước thải Thức ăn chính của nguyên sinh động vật là vi khuẩn cho nênchúng là chất chỉ thị quan trọng chỉ hiệu quả xử lý của các công trình xử lý nước thải.Amip là một nguyên sinh động vật gây bệnh kiết lỵ rất khó tiêu diệt bằng quy trìnhtiệt trùng thông thường vẫn dùng trong các nhà máy xử lý nước thải Trong số thànhphần vi sinh khác có số lượng ít trong nước thải sinh hoạt là virut (viruses) Virut rất

bé chỉ có thể phát hiện bằng kính hiển vi điện tử Virut đóng vai trò rất quan trọng vìchúng lấy năng lượng để hoạt động và sinh sản từ mô tế bào sống và là ký sinh trùng.Trong số các virut gây bệnh tìm thấy trong nước thải có virut gây bệnh viêm gan(hepatilis), viêm tủy, bại liệt (polio) và một số virut gây bệnh đường ruột

Tảo (algae) là loại vi thảo mộc sống dưới nước cần có năng lượng ánh sáng mặttrời để phát triển Nước thải nếu không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thường không

có tảo Tảo thường đống vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp oxy cho hồ xử lý

ổn định nước thải thông qua quá trình quang hợp Tảo phát triển rất nhanh khi trongnước có dư chất dinh dưỡng là Nitơ và Photpho (đặc biệt là photpho) Sự phát triểnquá mạnh của tảo làm bẩn nước trong suối, hồ, sông Thường tảo được phân loại theomàu sắc: xanh, xanh lơ, nâu, đỏ v.v…Tảo không gây độc hại cho người nhưng nếunguồn nước cấp có nhiều tảo, nhất là tảo xanh sẽ rất khó xử lý vì tảo nhẹ và khó lắng

1.1.3 Lựa chọn lưu lượng tính toán

Khi thiết kế nhà máy xử lý nước thải phải tuân theo quy hoạch phát triển củakhu dân cư như tăng dân số, xây dựng các điểm công nghiệp mới, mở rộng mặt bằng

đô thị, tăng lượng nước cấp do tăng mức sống v.v…trong khoảng thời gian xác địnhcủa dự án

1 Lưu lượng ngày trung bình: Dùng để tính toán năng lượng điện tiêu thụ,lượng hóa chất tiêu thụ, lượng bùn cặn cần xử lý và vận chuyển ra nguồn tiếp nhận,lượng nước xả ra nguồn tiếp nhận

2 Lượng nước giờ lớn nhất (max), giờ ít nhất (min) trong ngày dùng để tínhtoán mạng lưới thoát nước, chọn và bố trí thiết bị và máy bơm của trạm bơm nướcthải, song chắn rác, bể lắng cát và bể điều hòa lưu lượng

3 Khi nhà máy xử lý nước thải có lưu lượng ứng với hệ số không điều hòa K ≤1,5 có thể không xây bể điều hòa lưu lượng mà lấy lưu lượng trung bình trong các giờcao điểm: 6, 7, 11, 12, 18, 19 giờ để tính toán tải trọng thủy lực cho các công trình xử

lý sinh học, các bể lắng và lấy lưu lượng giờ trung bình để tính toán các công trình xử

lý bùn

4 Ở những nhà máy xử lý nước thải từ hệ thống cống chung có giếng táchnước, phải thiết kế hồ chứa khi nước mưa dư ra với thể tích: W = nqsh×1 t: Thời giancủa cơn mưa dài nhất Về mùa mưa lượng nước này phải được bơm vào nhà máy vớilưu lượng: qbổ sung T: Thời gian bơm không được dài hơn thời gian giữa hai cơn mưa

và lưu lượng bổ sung (qbổ sung ) có trị số vừa đủ để không làm tăng tải trọng thủy lựccủa các công trình xử lý lên hơn 1,5 lần so với tải trọng khi làm việc bình thường

5 Khi nhà máy xử lý nước thải có lưu lượng ứng với hệ số không điều hòa K

> 1,5 nên làm bể điều hòa lưu lượng và chất lượng Tính toán các công trình trong hệthống xử lý sau bể điều hòa với lưu lượng và chất lượng trung bình của 24 giờ làmviệc trong ngày

1.2.Các nguồn tiếp nhận nước thải trong tự nhiên

1.2.1.Tác động của nước thải đối với nguồn tiếp nhận hay sự ô nhiễm nguồn nước, phân vùng ô nhiễm

Khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận, nước của nguồn tiếp nhận sẽ bị nhiễmbẩn Mức độ nhiễm bẩn của hỗn hợp nước phụ thuộc vào: lưu lượng và chất lượngnước thải, khối lượng và chất lượng nước có sẵn trong nguồn, mức độ khuấy trộn đểpha loãng Khi lưu lượng và tổng hàm lượng chất bẩn trong nước thải nhỏ so vớilượng nước của nguồn tiếp nhận, ôxy hòa tan có trong nước ở nguồn tiếp nhận đủ đểcấp cho quá trình làm sạch hiếu khí các chất hữu cơ thì sự hủy hoại nguồn nước sẽkhông phát triển, tuy vậy các chất nổi hoặc lơ lửng, vi trùng gây bệnh, kim loại nặng

nếu không loại bỏ trước vẫn đe dọa đến sức khỏe và sinh hoạt cộng đồng thông quahoạt động của các loài cá, chim và các sinh vật có ích khác

Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nước là tỉ lệ người mắc các bệnh cấp vàmạn tính liên quan đến ô nhiễm nước như viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư… ngàycàng tăng Người dân sinh sống quanh khu vực ô nhiễm ngày càng mắc nhiều loạibệnh tình nghi là do dùng nước bẩn trong mọi sinh hoạt Ngoài ra ô nhiễm nguồnnước còn gây tổn thất lớn cho các ngành sản xuất kinh doanh, các hộ nuôi trồng thủysản

Các nghiên cứu khoa học cũng cho thấy, khi sử dụng nước nhiễm asen để ănuống, con người có thể mắc bệnh ung thư trong đó thường gặp là ung thư da Ngoài

ra, asen còn gây nhiễm độc hệ thống tuần hoàn khi uống phải nguồn nước có hàmlượng asen 0,1mg/l Vì vậy, cần phải xử lý nước nhiễm asen trước khi dùng cho sinhhoạt và ăn uống

Người nhiễm chì lâu ngày có thể mắc bệnh thận, thần kinh, nhiễm Amoni,Nitrat, Nitrit gây mắc bệnh xanh da, thiếu máu, có thể gây ung thư Metyl tert-butylete (MTBE) là chất phụ gia phổ biến trong khai thác dầu lửa có khả năng gây ung thưrất cao Nhiễm Natri (Na) gây bệnh cao huyết áp, bệnh tim mạch, lưu huỳnh gây bệnh

về đường tiêu hoá, Kali, Cadimi gây bệnh thoái hoá cột sống, đau lưng Hợp chất hữu

cơ, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, diệt cỏ, thuốc kích thích tăng trưởng, thuốc bảoquản thực phẩm, phốt pho gây ngộ độc, viêm gan, nôn mửa

1.2.2.Quá trình tự làm sạch của nguồn nước

- Khái niệm: Là quá trình tự phục hồi lại trạng thái chất lượng nước ban đầunhờ các quá trình thủy động lực, vật lý, hóa học, sinh học

- Sau khi thải thủy vực, nguồn nước or dòng nước sẽ chia làm các vùng:

+ Vùng sát miệng cống thải: vùng nhiểm nặng nhất, có oxy hòa tan đạt giá trịthấp nhất

+Vùng phục hồi lại trang thái bình thường: quá trình tự làm sạch kết thúc

- Theo nồng độ chất ô nhiểm, vùng tiếp nhận xả thải chia thành 5 vùng

+ Vùng 1: vùng xáo trộn chất thải và nguôn nước

+ Vùng 2: vùng pha loảng nước thải nhờ sự khuất tán

+ Vùng 3: xáo trộn hòan tòan chất thải và nước

+ Vùng 4: phân hũy hoặc chuyển hóa các chất bẩn để phục hồi lại trạng tháiban đầu

+ Vùng 5: Nước được phục hồi

- Quá trình tự làm sạch có thể được chia làm 2 giai đọan:

1 Pha loãng

2 Phân hũy và làm sạch

- Các nước làm sạch của quá trình tự làm sạch

1 Dịch chuyển xuôi dòng nước

2 Pha loảng

3 Lắng đọng

4 Phản ứng hóa học

5 Phân hủy các chất hữu cơ nhờ họat động vi sinh vật

6 Phân hũy yếm khí

7 Lọc sinh học qua hoạt động các loài thủy sinh

1.3.Một số thông số đặc trưng của nước thải phục vụ việc thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý và kiểm soát hoạt động của nhà máy xử lý nước thải

Việc xác định đúng mức độ cần thiết xử lý của nước thải phù hợp với nhữngtiêu chuẩn, yêu cầu vệ sinh sẽ giảm được kinh phí xây dựng công trình xử lý vì có thể

sử dụng nguồn nước để làm sạch nước thải Để xác định mức độ cần thiết xử lý phảithu thập số liệu về thủy văn, lượng cần bằng xoy… Mức độ xử lý cần thiết theonguyên tắc cần phải xét đầy đủ các mặt: hàm lượng cặn lơ lửng, oxy hòa tan, BOD,

pH, độ màu, mùi vị, màu sắc

1.4 Phân tích, thiết kế công nghệ nhà máy xử lý nước thải

1.4.1.Các tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 33:2006- Cấp nước, mạng lưới, đường ống và công trình- Tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 7957:2008- Thoát nước- mạng lưới công trình bên ngoài- Tiêu chuẩn thiết kế

1.4.2.Các số liệu cần thiết cho công tác thiết kế (lưu lượng, các chỉ tiêu chất lượng nước thải cần thiết dùng để thiết kế, )

Để xác định lưu lượng nước thải ở các khu dân cư, thị trấn, thị xã, thành phố đã

có hệ thống cống thoát nước đang hoạt động tốt nhất là dung phương pháp đo lưulượng tại cửa xả.Đo lưu lượng tiến hành liên tục 24 giờ trong ngày, đo trong các ngàytiêu biểucủa tháng, đo trong tháng điển hình của các mùa trong năm Nếu trong khudân cư hay thị xã chưa có hệ thống cống hoàn chỉnh hoặc đang xây dựng và ở những

+ Đường ống dẫn chung của một nhóm nhà máy theo đồ thị thải nước từng giờ

có xét tới thời gian chảy của nước thải trong đường ống

+ Lưu lượng nước thải công nghiệp dao động phụ thuộc vào quy mô, tính chấtsản phẩm, quy trình công nghệ của từng nhà máy Khi không có số liệu cụ thể củatừng nhà máy có thể tính lượng nước thải chung theo diện tích của khu công nghiệp

- Nước thải sinh hoạt thường từ 65% đến 80% lưu lượng nước cấp đi qua đồng

hồ các hộ dân, cơ quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại, khu giải trí… 65%

áp dụng cho nơi nóng, khô, nước cấp dùng cho cả việc tưới cây cỏ

1.4.3.Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải và sơ đồ dây chuyền công nghệ của nhà máy xử lý nước thải

Nước thải trong khu dân cư, khu công nghiệp và đô thị phải được thu gom, vậnchuyển đến nơi tập trung ở ngoài khu dân cư để xử lý và xả ra nguồn tiếp nhận.Công đoạn xả nước thải vào nguồn tiếp nhận là bắt buộc đối với tất cả các loạinước thải; còn công đoạn xử lý cần đến mức độ nào phụ thuộc vào điều kiện môitrường, đặc tính của nguồn tiếp nhận, phương pháp xả nước thải vào nguồn tiếpnhận Xử lý và xả nước thải ra nguồn tiếp nhận phải thỏa mãn hai yêu cầu:

1 Giảm đến tối thiểu ảnh hưởng độc hại của nước thải đến sức khỏe cộng đồng

2 Loại bỏ hoàn toàn hoặc giảm đến tối đa tác động xấu của nước thải đến chấtlượng nước trong nguồn tiếp nhận và chất lượng của môi trường tự nhiên nóichung

Có thể phân loại các phương pháp xử lý nước thải theo đặc tính của quy trình

xử lý như: Xử lý cơ học, xử lý hóa học, xử lý sinh học Hệ thống

xử lý nước thải hoàn chỉnh có thể gồm một vài công trình đơn vị trong các côngđoạn xử lý cơ học, hóa học, sinh học và xử lý bùn cặn

Một vài phương pháp xử lý nước thải theo quy trình xử lý cơ học, hóa học, sinh học

Quy trình xử lý Các công đoạn có thể áp dụng

Cơ học

Lắng cặnLọc qua lưới lọcLàm thoángLọc qua lớp vật liệu lọc, lọc qua màngTuyển nổi và vớt bọt

Khử khíKhuấy trộn pha loãngHóa học

Sinh học Clo hóaOzon hóa

Trung hòa bằng dung dịch axit hoặc kiềmKeo tụ

Hấp thụ và hấp phụ

Trao đổi ion

- Xử lý hiếu khí:

+ Bể aerotank+ Bể lọc sinh học+ Hồ hiếu khí, hồ oxy hóa+ Ổn định cặn trong môi trường hiếu khí

- Xử lý yếm khí+ Bể UASB+ Bể lọc yếm khí+ Bể tự hoại+ Bể lắng hai vỏ+ Hồ yếm khí+ Ổn định cặn trong môi trường yếm khí – bểmêtan

Xử lý cơ học: gồm những quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ

không thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó Xử lý cơ học nhằm nâng caochất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo Ví dụ: lưới chắn ngăn chặncácvật cứng, vật nổi có kích thước lớn đi qua máy bơm, bể lắng cát bể lắng đợt 1 giúploại bỏ cặn nặng gây cản trở cho quá trình xử lý sinh học trong bể aerotank hay bể lọc

sinh học, bể tuyển nổi, vớt bọt giúp loại bỏ dầu, mỡ và các chất hoạt động bềmặt gâycản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu, các bể lọc giúp loại bỏ cặn lơ lửng làm chonước trong trước khi xả ra nguồn tiếp nhận v.v…Trên mạng cống thu gom đôi khi cómột vài nhà máy công nghiệp có lượng nước thải nhỏ chứa các chất có hại cho quátrình xử lý sinh học cần phải xử lý trước hoặc đặt các bể khuấy trộn với nước thảichung để pha loãng các chất này xuống dưới nồng độ cho phép trước khi đi vào nhà

máy xử lý nước thải

Xử lý hóa học: Là quá trình dùng một số hóa chất và bể phản ứng nhằm nâng

cao chất lượng của nước thải để đáp ứng hiệu quả xử lý của các công đoạn sau

Ví dụ:

- Dùng axit hay vôi để điều chỉnh pH

- Dùng than hoạt tính, clo, ozon để khử các chất hữu cơ khó oxy hóa, khử màu,mùi, khử trùng…

- Dùng bể lọc trao đổi ion để khử kim loại nặng…

Xử lý sinh học: Là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy

sinh hóa các hợp chất hữu cơ, biến các chất có khả năng thối rữa thành các chất ổnđịnh với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất vô cơ khác

Phương pháp xử lý sinh học có thể chia ra hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếmkhí trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan, phương pháp xử lý sinh học sẽđược đề cập ở các chương sau

Mục đích của quá trình xử lý nước thải là loại bỏ cặn lơ lửng, các chất hữu cơ,các chất độc hại, vi khuẩn và virut gây bệnh đến nồng độ cho phép theo tiêu chuẩn xảvào nguồn tiếp nhận.

1.4.4.Tính toán thuỷ lực

Tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước thải

Khi tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước tự chảy hoặc có áp, lưu lượng tính toán là lưu lượng nước thải lớn nhất Để tính toán thuỷ lực cũng có thể sử dụng công thức Maning

Q = 1/n x A x R2/3 x I1/2Trong đó:

Q – Lưu lượng tính toán (m3/s);

Mương:

- Mái cỏ

- Mái xây đá

- Mái bê tông

- Mái bê tông và đáy bê tông

0,030,0250,0220,015Khi tính toán thuỷ lực đường ống dẫn bùn cặn có áp lực (dẫn cặn tươi, cặn đã lên men, bùn hoạt tính) phải xét đến chế độ chuyển động, tính chất lí học và đặc điểm bùn cặn

1.5.Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi lựa chọn công nghệ của nhà máy xử lý nước (chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo dưỡng, diện tích đất sử dụng, chất ô nhiễm thứ cấp tạo ra,…)

- Các tiêu chí về mặt kỹ thuật

+ Tính khả thi của qui trình xử lý: tính khả thi của qui trình xử lý dựa trên kinhnghiệm, các số liệu, các ấn bản về các nghiên cứu trên mô hình và thực tế Nếu đây lànhững qui trình hoàn toàn mới hoặc có các yếu tố bất thường, các nghiên cứu trên môhình là rất cần thiết.Có phù hợp với diện tích xây dựng lắp đặt và kinh phí đề ra.Cókhả năng chịu được sự biến động của lưu lượng (nếu sự biến động này quá lớn, phải

sử dụng bể điều lưu)

+ Đặc tính của nước thải cần xử lý (để quyết định qui trình xử lý hóa học haysinh học).Các chất có trong nước thải gây ức chế cho quá trình xử lý và không bị phânhủy bởi quá trình xử lý.Các giới hạn do điều kiện khí hậu: nhất là nhiệt độ vì nó ảnhhưởng đến tốc độ phản ứng của các quá trình hóa học và sinh học

+ Tuổi thọ và độ bền của công trình:

+ Hiệu quả của hệ thống xử lý: thường được chỉ thị bằng tính chất của nướcthải đầu ra.Các chất tạo ra sau quá trình xử lý như bùn, chất rắn, nước và khí đều phảiđược ước tính về số lượng

- Các tiêu chí về kinh tế

+ Chi phí xây dựng và lắp đặt thiết bị

+ Các hóa chất cần sử dụng: nguồn và số lượng, các yếu tố làm ảnh hưởng đếnviệc tăng lượng hóa chất sử dụng và giá xử lý

+ Vận hành và bảo trì: cần phải cung cấp các điều kiện, phụ tùng đặc biệt nàocho quá trình vận hành và bảo trì Độ tin cậy của hệ thống xử lý bao gồm cả trườnghợp chạy quá tải hay dưới tải

+ Nhân lực: kể cả công nhân và cán bộ kỹ thuật

- Các tiêu chí về môi trường

+ Xử lý bùn: việc chọn qui trình xử lý bùn nên cùng lúc với việc lựa chọn quitrình xử lý nước thải để tránh các khó khăn có thể xảy ra sau này đối với việc xử lýbùn

+ Các giới hạn về môi trường: hướng gió thịnh trong năm, gần khu dân cư, xếploại nguồn nước có thể là các yếu tố giới hạn cho việc lựa chọn hệ thống xử lý

+ Nguyên liệu và năng lượng sử dụng: Việc sử dụng ít năng lượng và nguyênliệu đồng nghĩa với việc phát thải thứ cấp vào môi trường

1.6.Một số sơ đồ dây chuyền công nghệ cơ bản xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp

- Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải rửa tay, thoát

- Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp sơn như sau:

Nước thải sản xuất sơn

Bể gom nước thải

Bể keo tụ, trợ lắng

NaOH, PAC,

Polymer

Nướctuầnhoàn

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC 2.1.Một số vấn đề thoát nước và thu gom nước thải

2.1.1.Các hệ thống thoát nước và thu gom nước thải

Hệ thống thoát nước bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom và chuyểntải, hồ điều hoà, các công trình đầu mối (trạm bơm, nhà máy xử lý, cửa xả) và phụ trợkhác nhằm mục đích thu gom, vận chuyển, tiêu thoát nước mưa, nước thải và xử lýnước thải Hệ thống thoát nước được chia làm các loại sau đây:

+ Hệ thống thoát nước chung là hệ thống trong đó tất cả mọi loại nước thải,nước mưa được thu gom trong cùng một hệ thống

+ Hệ thống thoát nước riêng là hệ thống thoát nước mưa và nước thải riêngbiệt

+ Hệ thống thoát nước nửa riêng là hệ thống thoát nước chung có tuyến cốngbao để tách nước thải đưa về nhà máy xử lý

Hệ thống thoát nước mưa bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom vàchuyển tải, hồ điều hoà, các công trình đầu mối (trạm bơm, cửa xả ) và phụ trợ khácnhằm mục đích thu gom và tiêu thoát nước mưa

Hệ thống thoát nước thải bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom vàchuyển tải, hồ điều hoà, các công trình đầu mối (trạm bơm, nhà máy xử lý, cửa xả )

và phụ trợ khác nhằm mục đích thu gom, tiêu thoát và xử lý nước thải

Cống bao là tuyến cống chính có các giếng tách nước thải để thu gom toàn bộnước thải khi không có mưa và một phần nước thải đã được hoà trộn khi có mưa trong

hệ thống thoát nước chung từ các lưu vực khác nhau và vận chuyển đến trạm bơmhoặc nhà máy xử lý nước thải

Hệ thống hồ điều hoà bao gồm các hồ tự nhiên hoặc nhân tạo để tiếp nhậnnước, điều hoà khả năng tiêu thoát nước cho hệ thống thoát nước

2.1.2.Nguyên tắc thiết kế và lắp đặt hệ thống thoát nước thải

+ Thiết kế và lắp đặt theo nguyên tắc tự chảy để tiết kiệm chi phí và tránh gâytổn thất về đường ông

+ Độ dốc của các ống nằm ngang phải ≥3,5%

+ Thiết kế và lắp đặt công trình trước có cao trình cao hơn công trình sau

+ Thiết kế và lắp đặt dựa theo thông số kỹ thuật của bể

+ Thiết kế và lắp đặt quy chuẩn xây dựng hiện hành

+ Thiết kế và lắp đặt thuận lợi cho việc sử dụng và quản lý kiểm tra

2.1.3.Các trạm bơm nước thải

Nhiệm vụ khi thiết kế trạm bơm nước thải:

+ Xác định lưu lượng nước thải mà trạm bơm phải làm việc cùng với sự daođộng của nó theo giờ trong ngày

+ Xác định được chiều cao bơm nước

+ Xác định được số lượng máy bơm trong trạm, dung tích bể thu

+ Tính toán các thiết bị cần thiết, song chắn rác, máy nghiền rác

+ Sau khi có Q, H tiến hành chọn bơm

2.2 Xử lý sơ bộ

2.2.1.Lọc qua song chắn rác/lưới chắn rác

Song chắn rác hoặc lưới chắn rác được đặt trước trạm bơm trên đường nướcchảy tập trung vào hầm bơm

- Song chắn rác đặt vuông góc với dòng chảy, song chắn gồm các thanh kimloại (thép không gỉ ) tiết diện 5x 200 mm đặt cách nhau 20 -50 mm trong một khungthép hàn hình chữ nhật, dễ dàng trượt lên xuống dọc theo hai khe hở thành mươngdẫn,vận tốc mương qua song vmax ≤ 1m/ s (ứng với Qmax)

- Lưới chắn rác thường đặt nghiêng 45 - 600 so với phương thẳng đứng ,vậnqua lưới vmax ≤ 0,6 m/s Khe rộng của mắt lưới thường 10- 20 mm Làm sách songchắn và lưới chắn bằng thủ công, hay bằng các thiết bị cơ khí tự động hoặc bán tựđộng Ở trên hoặc ở dưới bên cạnh mương đặt song, lưới chắn phải bố trí sàn thao tác

đủ chỗ để thùng rác và đường vận chuyển

2.2.2.Bể tách dầu/mỡ

Trên mạng lưới thu gom của đô thị có thể có các nhà máy công nghiệp xả nướcthải có lẫn dầu mỡ vào mạng Để tách lượng dầu mỡ này, phải đặt thiết bị thu dầutrước cửa xả vào cống chung hoặc trước bể điều hòa ở nhà máy

2.2.3.Lắng cát

Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng vàchất lượng đặt trước bể lắng đợt một Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô,nặng như cát sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứngv.v…

để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giàm gánh nặng cho các công trình xử lýsau Theo đặc tính dòng chảy có thể phân loại bể lắng cát : Bể lắng cát có dòng chảyngang trong mương tiết diện hình chữ nhật, bể lắng cát có dòng chảy dọc theo mángtiết diện hình chữ nhật đặt theo chu vi bể tròn, bể lắng cát sục khí ,bể lắng cát có dòngchảy xoáy, bể lắng cát ly tâm

a Bể lắng cát ngang

Bể lắng cát có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể là bểlắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật Tính toán bể lắng cát ngang xuất phát từ độlớn (đường kính) của hạt cát muốn giữ lại Tốc độ lắng của các hạt cát trong nước thải

còn gọi là độ lớn thủy lựccủa hạt hay là tải trọng bề mặt của bể lắng cát: Uo = Q/F(m3/m2.ngày), (m/h); (mm/s)

Hình 1 Bể lắng cát ngangGhi chú

1 Song phân phối nước theo bề mặt ngang

2 Mương thu hẹp để giữ vận tốc nước không đổi trong bể lắng cát

3 Thể tích vùng chứa cát

b Bể lắng cát sục khí :

Bể lắng cát sục khí có cấu tạo như 1 bể chứa hình chữ nhật Dọc một phíatường của bể đặt hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45 - 60 cm Dưới dàn ốngsục khí là máng thu cát Độ dốc ngang của đáy bể I = 0,2 - 0,4 dốc về phía máng thu

để cho cát trượt theo đáy vào máng

Tốc độ chuyển động xoay không đổi trong bể lắng cát thổi khí đảm bảo giữ cáccặn hữu cơ lơ lửng trong nước và các hạt cát va chạm vào nhau tách bởi cặn hữu cơbám quanh hạt, cát sạch hơn Cặn lắng trong bể lắng cát chứa 90% - 95 % là cặn vô

cơ, giữ lâu không bị thối

2.2.4.Bể điều hoà lưu lượng, nồng độ

Trong quá trình xử lý nước thải, nước thải chảy vào hệ thống xử lý nước thải có

sự thay đổi về lưu lượng và tính chất của nó Để đạt được hiệu quả xử lý tốt nhất, lưulượng dòng thải cần phải ổn định Ổn định lưu lượng dòng thải bằng cách xây dựng bểđiều hòa dòng chảy trước khi vào các hệ thống xử lý Trong hầu hết các trường hợp,

bể điều hòa được đặt sau lưới chắn rác, bể lắng cát và trước bể lắng sơ cấp

Bể điều hòa trong hệ thống xử lý nước thải kiểm soát tốc độ nước hoặc lưulượng qua hệ thống xử lý nước thải Ngoài ra, điều hòa dòng chảy có thể kiểm soátdòng chảy qua mỗi giai đoạn của hệ thống xử lý, cho phép đủ thời gian đối với cácquá trình xử lý bằng phương pháp vật lý, sinh học và hóa học

Bể điều hòa có thể được thiết kế trong dây chuyền xử lý hoặc bên cạnh dâychuyền xử lý Thể tích cần thiết của bể điều hòa được thiết kế dựa trên dòng khốilượng của nước thải biến đổi theo thời gian Các yếu tố chính cần phải nghiên cứutrong khi thiết kế bể điều hòa là hình dáng, lưu lượng, thiết bị trộn và cung cấp khôngkhí, hệ thống bơm,…

 Ưu nhược điểm khi sử dụng bể điều hòa trong xử lý nước

+ Ưu điểm

– Tăng cường xử lý sinh học, giảm thiểu bị sốc do tải trọng cao các chất ức chế

vi sinh vật vì chúng đã bị pha loãng và có pH ổn định

– Cải thiện quá trình lắng các bể lắng thứ cấp (sau xử lý sinh học) do duy trìđược tải trọng chất rắn

– Giúp pha loãng các chất gây ức chế sinh học

– Hỗ trợ quá trình châm hóa chất do nước thải ổn định hơn

– Nâng cao hiệu quả đối với nhà máy nhỏ công suất đã quá tải

2.2.5.Thiết bị đo lưu lượng nước thải trong hệ thống xử lý

+ Đồng hồ đo lưu lượng

+ Máng đo lưu lượng

2.3 Kỹ thuật lắng nước thải

2.3.1.Lý thuyết lắng nước thải

Lắng là quá trình tách khỏi cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giaiđoạn keo tụ – tạo bông hoặc các bùn cặn su quá trình xử lý sinh học do trọng lực

Bể lắng sơ cấp dùng để loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng và các chất nổi.Trong hệ thống xử lý nước thải bể lắng sơ cấp dùng để giữ lại các chất hữu cơ và cácchất không tan trong nước thải khi cho nước thải vào các bể xử lý sinh học

Trong công nghệ xử lý nước thải quá trình lắng được ứng dụng :

+ Loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng

+ Loại bỏ dầu mỡ có trên bề mắt

+ Loại bỏ một phần chất hữu cơ

+ Chất rắn lơ lửng

+ BOD của nước thải

Hai đại lượng quan trọng trong việc thiết kế bể lắng chính là tốc độ lắng và tốc

độ chảy tràn Để thiết kế một bể lắng lý tưởng, đầu tiên người ta xác định tốc độ lắngcủa hạt cần được loại và khi đó đặt tốc độ chảy tràn nhỏ hơn tốc độ lắng

Lắng dạng I: Lắng tự do

Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt lắng một cách rời rạc và ở tốc độ lắngkhông đổi Các hạt lắng một cách riêng lẽ không có khả năng keo tụ, không dính bámvào nhau suốt quá trình lắng Để có thể xác định tốc độ lắng ở dạng này có thể ứngdụng định luật cổ điển của Newton và Stoke trên hạt cặn Tốc độ lắng ở dạng nàyhoàn toàn có thể tính toán được

Ứng dụng: Loại bỏ đá, cát trong nước thải

Lắng dạng II: Lắng keo tụ

Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt ( bông cặn) kết dính với nhau trongsuốt quá trình lắng Do quá trình bông cặn xảy ra trên các bông cặn tăng dần kíchthước và tốc độ lắng tăng Không có một công thức toán học thích hợp nào để biểu thịgiá trị này Vì vậy để có các thông số thiết kế về bể lắng dạng này, người ta thí nghiệmxác định tốc độ chảy tràn và thời gian lắng ở hiệu quả khử bông cặn cho trước từ cộtlắng thí nghiệm, từ đó nhân với hệ số quy mô ta có tốc độ chảy tràn và thời gian lắngthiết kế

Ứng dụng: Loại bỏ một phần SS ở nước thải chưa xử lý và nước thải sau quátrình xử lý sinh học

Lắng dạng III: Lắng vùng

Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt cặn có nồng độ cao (>1000mg/l).Các hạt cặn có khuynh hướng duy trì vị trí không đổi với các vị trí khác, khi đó cảkhối hạt như là một thể thống nhất lắng xuống với vận tốc không đổi Lắng dạng nàythường thấy ở bể nén bùn

Ứng dụng: Xảy ra ở bể lắng thứ cấp đặt sau bể xử lý sinh học.

Lắng dạng IV: Lắng nén

Diễn ra khi hàm lượng các hạt đủ để tạo nên một cấu trúc nào đó và các hạt nàyphải được đưa liên tục vào cấu trúc đó Diễn ra ở đáy của các bể lắng thứ cấp và trongcác thiết bị cô bùn

2.3.2.Cấu tạo và các đặc trưng của bể lắng bậc I

Bể lắng cát dùng để loại những hạt cặn lớn vô cơ chứa trong nước thải mà chủyếu là cát Trên trạm xử lý nước thải nếu để cát lắng lại trong các bể lắng sẽ gây khókhăn cho công tác lấy cặn Dưới tác động của lực trọng trường, các phần tử chất rắn

có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ được lắng xuống đáy trong quá trình nướcthải chuyển động qua bể lắng cát

Theo nguyên tắc chuyển động của nước ở trong bể cát, người ta phân biệt bểlắng cát ngang, bể lắng cát ngang nước chuyển động vòng, bể lắng cát đứng dòngchảy từ dưới lên… Thực tế thì bể lắng cát ngang được sử dụng rộng rãi nhất

Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dàikhông nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4m

Cấu tạo gồm: mương dẫn nước vào, mương phân phối, tấm nữa chìm nữa nổi,máng thu nước, máng thu và xả chất nổi, mương dẫn nước ra

2.3.3.Các loại bể lắng thường dùng trong xử lý nước thải

2.3.3.1 Bể lắng ngang

Điều kiện để hạt giữ lại trong bể lắng:vo = H/L*Q/H*B = Q/L*B

vh: Chuyển động theo dòng chảy

vs: Lắng do trọng lực

vo: Vận tốc lắng tới hạn Cấu tạo bể lắng ngang bể lắng ngang có dạng hìnhchữ nhật, có thể làm bằng gạch hoặc bê tông cốt thép

- Căn cứ vào biện pháp thu nước lắng người ta chia bể lắng ngang làm hai loại:

- Bể lắng thu nước cuối bể: Thường kết hợp với bể phản ứng có vách ngănhoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

- Bể lắng ngang thu nước bề mặt: Thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn

lở lửng Bể lắng ngang thường chia làm nhiều ngăn, chiều rộng mỗi ngăn từ 3-6m.Chiều dài không quy định Khi bể có chiều dài quá lớn có thể cho nước chảy xoaychiều Để giảm bớt diện tích bề mặt xây dựng có thể xây dựng bể lắng nhiều tầng

Để đảm bảo việc phân phối đều trên toàn bộ diện tích bể lắng, cần đặt váchngăn có đục lỗ ở đầu bể Phía dưới ở trên mặt của vùng chứa nén cặn không cần phảikhoan lỗ

Các lỗ của ngăn phân phối nước có thể tròn hoặc vuông, đường kính hay kíchthước cạnh 50*150mm, vận tốc nước qua lỗ 0,2-0,3 m/s.

.- Xả cặn: Cặn ở bể lắng ngang thường tập trung ở nửa đầu bể, vì lượng cặn lớnnên việc xả cặn là rất quan trọng Nếu việc xả cặn không kịp thời sẽ làm giảm chiềulắng của bể Mặt khác cặn có chứa chất hữu cơ, khi lên men tạo nên bọt khí làm phá

- Điều kiện để hạt giữ lại trong bể lắng: Trong bể lắng đứng nước chuyển động

tự do theo phương chuyển động từ dưới lên ngược chiều với hướng rơi của hạt Ở điềukiện dòng chảy lý tưởng, nếu gọi tốc độ dòng nước là Vu thì các hạt có tốc độ lắngVs>Vu mới lắng xuống được

- Cấu tạo bể lắng đứng

Bể lắng đứng thường có mặt hình vuông hoặc hình tròn, được sử dụng cho trạm

có công suất nhỏ Bể lắng đứng thường kết hợp với bể phản ứng xoay hình trụ

Bể lắng đứng có thể xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép

- Nguyên tắc làm việc

Nước chảy vào ống trung tâm giữa bể, đi xuống dưới vào bể lắng Nướcchuyển động theo chiều từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể Nước đã lắngtrong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và đưa sang bể lọc

Cặn tích lũy ở vùng chứa cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống và van

xả cặn

Ưu điểm: Thiết kế nhỏ gọn, diện tích đất xây dựng không nhiều, thuận tiệntrong việc xả bùn hoặc tuần hoàn bùn.

Nhược điểm: Hiệu quả xử lý không cao bằng bể lắng ngang, chi phí xây dựng tốn kém, hiệu suất xử lý không cao

Hình 4: Bể lắng đứng

2.3.3.4 Bể lắng lamen

- Cấu tạo bể lắng lamellar: Có cấu tạo giống bể lắng ngang thông thường,nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lamellar được đặt thêmcác bản vách ngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa

Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 45-60o so với mặt phẳng nằm ngang

và song song với nhau

- Tác dụng và cơ chế của quá trình lắng Nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽchuyển động giữa các bản vách ngăn nghiêng theo hướng từ dưới lên và cặn lắngxuống đến bề mặt bản vách ngăn nghiêng sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và tậphợp về hố thu cặn, từ đó theo chu kỳ xả đi

Ưu điểm: Do cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng nên bể lắng loại nàyhiệu quả xử lý cao hơn bể lắng ngang

Nhược điểm: Chi phí lắp ráp cao, phức tạp Việc vệ sinh bể định kỳ khó khăn.

Theo thời gian thì các tấm lamellar sẽ cũ, xiêu vẹo

Hình 5 Bể lắng lamen

2.4 Kỹ thuật tuyển nổi

2.4.1.Khái niệm, nguyên lý và bản chất của quá trình tuyển nổi

a, Khái niệm

Tuyển nổi là quá trình tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan có tỉ trọng nhỏhơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt hoặccác chất thấm ướt Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách gọi là tuyển nổi tự nhiên

b, Nguyên lý và bản chất của quá trình tuyển nổi

Quá trình tuyển nổi được xây dựng dựa trên nguyên tắc cơ bản: tạo ra bọt khísao cho có thể ”thu hút” được dầu/chất bẩn sau đó gom bọt lại để lấy dầu/chất bẩn đó

Do đó, quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục dòng khí phân tán vào nước

để tạo ra các bọt khí li ti Để tạo cho các tạp chất bẩn có khả năng dễ nổi, người ta chovào nước chất tuyển nổi (tác nhân tuyển nổi) để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lênmặt nước Những hạt chất bẩn sẽ bám dính vào các bọt khí và cùng nổi lên bề mặtnước, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt và cuối cùng hỗn hợp chấtbẩn và chất tuyển nổi được loại ra khỏi nước

Bản chất của quá trình tuyển nổi là dính kết phân tử của chất bẩn với bề mặtphân chia giữa khí và nước Sự dính kết diễn ra được là do có năng lượng tự do trên

bề mặt phân chia đó và nhờ hiện tượng bề mặt đặc biệt gọi là hiện tượng tẩm ướt.Hiện tượng này xuất hiện ở những nơi tiếp xúc giữa ba pha ( lỏng- rắn – khí), tức làxuất hiện theo chu vi tẩm ướt

Hình 6: Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi2.4.2.Các phương pháp tuyển nổi

2.4.2.1 Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch

Phương pháp này sử dụng rộng rãi với chất bẩn chứa chất thải có kích thướcnhỏ vì nó cho phép tạo bọt khí rất nhỏ Thực chất của phương pháp này là tạo ra dungdịch quá bão hòa không khí, khi giảm áp suất các bọt không khí sẽ tách ra khỏi dungdịch ở dạng các bọt khí cực nhỏ Khi các bọt khí này nổi lên bề mặt sẽ kéo theo cácchất bẩn.Tùy thuộc vào biện pháp tạo ra dung dịch quá bão hòa người ta chia ra cácloại tuyển nổi sau:

- Tuyển nổi chân không: Trong tuyển nổi chân không, nước thải được bão hòakhông khí ở áp suất khí quyển trong buồng thông khí, sau đó cho vào buồng tuyển nổitrong đó áp suất giữ ở khoảng 225-300 mmHg bằng bơm chân không Trong buồngtuyển nổi, các bong bóng khí rất nhỏ thoát ra làm nổi một phần chất bẩn Quá trìnhtuyển nổi kéo dài khoảng 20phút

Ưu điểm: sự tạo bọt khí và sự dính kết với các hạt bẩn diễn ra trong môi trườngyên tĩnh, ít tiêu hao năng lượng

Nhược điểm: độ bão hòa của nước không lớn, vì vậy không áp dụng được khihàm lượng chất lơ lửng cao hơn 300mg/l, cần phải chế tạo thiết bị tuyển nổi kín và bốtrí cào cơ khí trong đó, không áp dụng cho nhiệt độ nước thải cao, vì độ hòa tan củakhông khí sẽ giảm khi nhiệt độ cao

- Tuyển nổi bơm dâng: Thiết bị bơm dâng được sử dụng để xử lý nước thảitrong công nghiệp hóa học Phương pháp này có kết cấu đơn giản, năng lượng sử dụng

ít hơn 2- 4 lần tuyển nổi áp lực nhưng buồng tuyển nổi phải được bố trí cao

Hình 7 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi bơm dâng

- Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hòa tan): Phổ biến nhất, làm sạch nước vớinồng độ chất lơ lửng cao (4-5 g/l), có thể tạo ra bọt khí mịn và đều, hiệu quả khử cặn

lơ lửng cao (80- 85%) Tuy nhiên, phương pháp này bị giới hạn bởi nhiệt độ (< 40oC),nước, áp suất làm thoáng và trình độ công nhân vận hành

Ưu điểm:

- Hiệu quả loại bỏ TSS và dầu mỡ cao 85-95%

- Giảm thời gian xử lý nước và diện tích so với các công trình khác

- Các hạt cặn hữu cơ khó lắng khi kết hợp với hóa chất đem lại hiệu suất tuyểnnổi cao

- Bùn cặn thu được có độ ẩm thấp, có thể tái sử dụng

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư, bảo dưỡng thiết bị cao

- Đòi hỏi nhân viên vận hành phải có kỹ thuật cao do quá trình khiểm soát ápsuất khó khăn

Hình 8 Sơ đồ tuyển nổi áp lực dạng bể hình chữ nhật2.4.2.2 Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí

Sự phân tán khí trong máy tuyển nổi kiểu này được thực hiện nhờ bơm tuabincánh quạt, khi cánh quạt quay trong chất lỏng xuất hiện các dòng xoáy nhỏ và tạo racác bọt khí Bọt khí càng nhỏ thì quá trình càng hiệu quả Được sử dụng để xử lí nước

có nồng độ các hạt keo tụ cao (lớn hơn 2 g/l)

Ở thiết bị này thì mức độ phân tán khí quyết định hiệu suất tuyển nổi: khi mức

độ phân tán khí cao thì bọt khí càng nhỏ Tuy nhiên, nếu vận tốc quay cao sẽ làm tăngđột ngột dòng chảy rối và làm phá vỡ tổ hợp hạt- khí dẫn đến giảm hiệu quả Để đạthiệu quả thì độ bão hòa không khí của nước phải cao (10-50% thể tích)

Thông thường máy tuyển nổi gồm một số buồng mắc nối tiếp Đường kínhcánh quạt 600-700mm.Thiết bị khí động được sử dụng khi xử lý nước thải chứa tạpchất hòa tan, có tính ăn mòn Sự phân tán bọt khí đạt được nhờ vòi phun gắn trên ốngphân phối khí Vòi này thường có đường kính lỗ 1-1.2mm, áp suất làm việc 0.3-0.5MPa Vận tốc tia khí ở đầu ra của vòi phun là 100-200 m/s Thời gian tuyển nổikhoảng 15-20 phút

Hiện nay người ta dùng các máy tuyển nổi cơ khí được sản xuất đại trà trongtuyển nổi quặng để xử lý nước thải Như vậy thiết kế của các cánh khuấy và thông sốhoạt động không tối ưu khi xử lý nước thải Để tuyển nổi nước thải cần đề xuất mộtthiết kế tuyển nổi mới có xét đến những tính đặc hiệu của quá trình: chất ô nhiễm bịphân tán, năng suất tạo bọt thấp (1-5%)và cần loại bỏ hoàn toàn các thành phần nhiễmbẩn Do khó tạo được bọt khí phân tán tốt trong lòng chất lỏng nên không xử lý triệt

để các loại chất thải

Hình 9 Tuyển nổi với sợ phân tán không khí bằng cơ khíVới:

- Hydrophilic particles: các hạt háo nước, các phân tử có tính hút nước mạnh.

- Tails (containing hydrophilic material):dòng ra (có chứa vật liệu thấm nước)

2.4.2.3 Tuyển nổi nhờ các tấm xốp

Khi cho khí qua các tấm sứ xốp sẽ thu được bọt khí có kích thước bằng:

Với:

- R, r:bán kính bong bóng khí và lỗ

- sức căng bề mặt của nước

Hiệu suất tuyển nổi phụ thuộc vào lỗ, áp suất không khí, lưu lượng không khí,thời gian tuyển nổi, mực nước trong các thiết bị tuyển nổi

Ưu điểm: kết cấu buồn tuyển nổi đơn giản, chi phí năng lượng thấp

Nhược điểm: các lỗ xốp dễ bị bịt kín, khó chọn vật liệu có lỗ giống nhau để tạobọt khí nhuyễn và kích thước bằng nhau

Hình 10 Sơ đồ tuyển nổi nhờ các tấm xốp2.4.2.4 Tuyển nổi hóa học

Trong quá trình xử lý nước có thể diễn ra các quá trình hoá học với sự phát sinhcác khí khác như: O2, CO2,Cl2…bọt của các khí này có thể kết dính với các chất lơlửng không tan và đưa chúng lên lớp bọt

Để tăng độ kết dính giữa các hạt lơ lửng, người ta cho thêm phèn nhôm,silicat…

Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước, số lượng bong bóng khí Ít được

sử dụng nhiều trong công nghiệp do tiêu hao nhiều hóa chất

Ưu điểm: có thể thu hồi được các kim loại quý, khử hoàn toàn các hạt nhẹ- lắngchậm, cấu tạo đơn giản, dễ thi công

Nhược điểm: tiêu hao hóa chất, không thân thiện với môi trường

Hình 11 Sơ đồ tuyển nổi hóa học2.4.2.5 Tuyển nổi sinh học

Phương pháp này dùng để nén cặn từ bể lắng một khi xử lý nước thải sinh hoạt.Trong phương pháp này cặn được đun nóng bằng hơi nước đến 35- 550C và nhiệt độnày được giữ vào ngày đêm Do hoạt động của các vi sinh vật các bọt khí sinh ra vàmang các hạt cặn lên lớp bọt, ở đó chúng được nén và khử nước Bằng cách này, trong5- 6 ngày độ ẩm của cặn có thể giảm đến 80%

2.4.2.6 Tuyển nổi điện hóa

Khi có dòng điện đi qua chất lỏng, hydro được giải phóng ở catot và oxy ởanot Khác với những phương pháp làm thoáng dùng không khí để tuyển nổi, trongphương pháp điện hoá khí là hydro là chất tuyển nổi tích cực Trong tuyển nổi điệnhoá, khí được tạo ra dưới dạng những bong bóng cực kỳ nhỏ (20µ), ở anot oxy đượcgiải phóng góp phần oxy hóa các chất hữu cơ

Trong nước trung tính, kiềm yếu sẽ ăn mòn mạnh mẽ các kim loại ở anot xảycùng với sự tạo thành của hidroxide, hấp thụ một phần chất hữu cơ sau đó được tuyểnnổi nhờ hidrogen và được loại khỏi nước dưới dạng bọt Do dó người ta còn gọi quátrình xử lý điện hóa với anot là loại tuyển nổi – keo tụ điện hay tuyển nổi bông điện.Những yếu tố này cho phép xử lý ở tốc độ rất cao Nồng độ tồn dư của các hạt keo tụtrong nước thải từ nhà máy có thể giảm còn 2-3 mg/l sau khi tuyển nổi điện hóa.2.4.2.7 Tuyển nổi tự nhiên

Tuyển nổi tự nhiên thường dùng trong tất cả các quá trình loại bỏ sơ bộ dầu

mỡ Phương pháp này (hai pha) có thể tiến hành trước sự hợp tính (cho phép liên kếtcác hạt nhỏ) để đạt được một kích thước nhỏ nhất Tuyển nổi tự nhiên có thể sinh rakhí do quá trình lên men

2.4.3.Cơ chế, động học và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tuyển nổi

 Cơ chế, động học của quá trình tuyển nổi

Sự lôi cuốn các hạt lơ lửng lên bề mặt các bọt khí phân tán nhỏ, các bọt khí kếtdính với các hạt lơ lửng trong nước Khi lực nổi của tập hợp này đủ lớn sẽ cùng nhaunổi lên mặt nước

 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tuyển nổi:

 Tỷ lệ khí rắn

Tỷ lệ khí-rắn là tham số thiết kế chính cho một hệ thống tuyển nổi khí hòa tan

Nó là thước đo tiêu chuẩn của trọng lượng không khí hòa tan trong nước trên trọnglượng chất rắn được loại bỏ khỏi nước Giá trị thông thường 0.015 – 0.05 ml/mg

 Keo tụ và tạo bông

Keo tụ là quá trình gây mất ổn định các hạt keo nhằm tăng sự va chạm của cáchạt để xuất hiện các hạt keo lớn hơn Chất keo tụ là một hóa chất được thêm vào đểlàm mất đi độ bền của các hạt keo và hỗ trợ sự hình thành bông cặn

Tạo bông là quá trình mang lại những va chạm giữa các hạt lơ lủng mất ổn định

và chất keo tạo thành các hạt lớn hơn có thể loại bỏ dễ dàng

Keo tụ và tạo bông là cơ chế mà các hạt lơ lửng và vật liệu dạng keo được loại

bỏ khỏi nước trong quá trình tuyển nổi Tối ưu hóa keo tụ-tạo bông là cần thiết chohiệu suất tối ưu của hệ thống tuyển nổi Định lượng loại và lượng hóa chất, cường độkhuấy trộn, thời gian lưu trong vùng trộn, vùng tạo bông và kích thước bông cặn làthông số đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện của hệ thống tuyển nổi

 Tỷ số tuần hoàn

Tỷ số tuần hoàn là phần cuối cùng của nước thải được trả về và bão hòa vớikhông khí chịu áp lực trước khi vào bể tuyển nổi nơi áp suất giảm đột ngột gây ra sựxuất hiện của các bọt khí nhỏ Phạm vi tỷ số tuần hoàn là từ 8% đến 150% dựa trênchất lượng nước thô được xử lý

Theo định luật Henry: ở nhiệt độ không đổi, tỷ lệ không khí hòa tan trong chấtlỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của các khí tiếp xúc với chất lỏng Do đó, caohơn áp suất vận hành của máy bơm DAF hoặc bình không khí/ độ bão hòa nước, tăngkhả năng hòa tan không khí, do đó hạ thấp yêu cầu tỷ số tuần hoàn

 Tốc độ tải trọng thủy lực

Tốc độ tải trọng thủy lực là một phép đo khối lượng của nước thải được ápdụng hiệu quả trên một đơn vị diện tích bề mặt trên một đơn vị thời gian Kết quả làcon số quá trình thiết kế thể hiện như vận tốc dâng lên tương đương với các đơn vịm/giờ Tốc độ tải trọng thủy lực tùy thuộc các yếu tố khác nhau, tuy nhiên nó daođộng từ 4 đến 12 m/giờ Tốc độ tải trọng thủy lực tối đa phải nhỏ hơn tốc độ tăng tốithiểu của các hạt rắn-khí để đảm bảo rằng tất cả các hạt sẽ nổi lên mặt nước trước khi

đi đến chỗ tháo nước cuối cùng của bể Tốc độ tải trọng thủy lực được kiểm tra dựatrên tốc độ dòng chảy đến và tổng số tốc độ dòng chảy (dòng chảy đến+ tuần hoàn)

 Tỷ lệ tải trọng chất rắn

Tỷ lệ tải trọng chất rắn là tốc độ của tổng các chất rắn và dầu mỡ trong dòngchảy ảnh hưởng đến diện tích bề mặt trong bể tuyển nổi Đơn vị là khối lượng trênmột đơn vị diện tích trên một đơn vị thời gian.Tỷ lệ tải trọng chất rắn thiết kế trungbình khoảng từ 4 kg/m2.h lên đến 18 kg/m2h với hóa chất Nhìn chung, tăng tỷ lệ tảitrọng chất rắn sẽ làm giảm nồng độ nổi

 Nhiệt độ

Ảnh hưởng đến tính ổn định bọt của chất hoạt động bề mặt Nhiệt độ tăng làmđường kính bọt tăng và làm thay đổi độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt Để đạthiệu suất cao trong quá trình tuyển nổi, nhiệt độ bị giới hạn dưới 40oC

2.4.4.Giới thiệu một số công nghệ và sơ đồ xử lý nước bằng phương pháp tuyển nổi

Bể Anoxic 2

Bể chứa bùn hóa lýBùn dư

Bùn dư

Nước dư

Nước thải sinh

hoạt

Nước thải sản xuất, định kỳ xả cặn nồi hơi

Nước từ quá trình xử lý khí thải lò hơi

Bùn dư

Cấp nước

Nước không đạt yêu cầu xả thải

Cấp nước tái sử dụng (Nhà vệ

Bể tạo bông 1

2.4.5.Phương pháp tính toán thiết kế

Bể Tuyển Nổi dùng phương pháp gắn các hạt chất thải khí Tất cả các bong

bóng bám dính các chất rắn là rất mong manh và bất ổn trong các đơn vị nổi phải

được giữ ở mức tối thiểu để ngăn chặn sự suy giảm về hiệu suất hoạt động

Nước được đưa vào bồn khí tan bằng bơm áp lực cao Không khí được cấp vào

bồn khí tan bằng máy nén khí, tại đây nước và không khí được hòa trộn Nước bão

hòa không khí chảy vào ngăn tuyển nổi của bể tuyển nối, qua một van giảm áp suất,

áp suất được giảm đột ngột về áp suất khí quyển Khí hòa tan được tách ra và dính

bám vào các hạt cặn trong nước, quá trình tuyển nổi được hình thành

Các thông số thiết kế bể tuyển nổi :

 Thời gian lưu nước tại bể tuyển nổi: 20 – 60 phút

 Tỉ số A/S (air/ sludge): 0,02 – 0,45

Bể anoxic 1

KhuấytrộnSục khí

Bể sinh họchiếu khí 2

Bể tạo bông 2

Vận chuyển xử lý

Hố bơm

 Thời gian lưu nước tại bồn khí tan: 0.5- 3 phút

 Tải trọng bề mặt: 2- 350m3/m2/ngày

 Áp lực khí nén: 3.5 -7atm

 Lượng không khí tiêu thụ: 15 – 50l/m3

Ưu điểm:

 Hiệu quả loại bỏ hàm lượng chất rắn lơ lửng cao: 90 -95%

 Giảm được thời gian và dung tích bể so với các công trình khác

 Loại bỏ được các hạt cặn hữu cơ khó lắng

 Kết hợp với quá trinh tuyển nổi sử dụng hóa chất đem lại hiệu quả cao

 Bùn cặn thu được có độ ẩm thấp, có thể tái sử dụng

Nhược điểm:

 Chi phí đầu tư , bảo dưỡng thiết bị cao

 Đòi hỏi kỹ thuật khi vận hành

 Cấu tạo phức tạp, quá trình kiểm soát áp suất khó khăn

– Thể tích khí cung cấp phụ tỷ lệ với khối lượng chất rắn cần xử lý:

A Kg không khí cung cấp/ngày

—- =

S Kg chất rắn trong nước thải/ngày – Tỷ lệ A/S thay đổi theo loại SS trong nước thải và được xác định bằng thựcnghiệm

+ Trong trường hợp không tuần hoàn

A 1,3 sa(fP – 1)

—- =

S SaTrong đó:

– sa : Độ hòa tan của không khí (mL/L);

– f : Phần khí hòa tan ở áp suất P, thường f = 0,5-0,8;

– P : Áp suất (atm);

– Sa : Nồng độ chất rắn (mg/L);

– 1,3 : Khối lượng riêng của không khí (1,3 mg/mL)

+ Trong trường hợp tuần hoàn

A 1,3 sa(fP – 1)R

—- = ———————

S SaQ

– R : Dòng tuần hoàn (m3/ngày);

– Q : Lưu lượng nước thải (m3/ngày)

HỆ THỐNG TUYỂN NỔI DAF – KHÔNG TUẦN HOÀN

– Toàn bộ nước tiếp xúc với áp suất khí;

– Hình thành bọt khí;

– Áp dụng được ở mức áp suất trung bình

– Có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình xáo trộn trong bể

HỆ THỐNG TUYỂN NỔI DAF – CÓ TUẦN HOÀN

– 10-25% nước sau xử lý được tuần hoàn lại bình tạo áp;

– Bơm nước sạch nên hạn chế nghẹt bộ phân phối khí;

– Quá trình tạo cặn – bọt khí nổi không bị ảnh hưởng

– Kích thước bể lớn vì Q = Q (nước thải ) + Q(tuần hoàn)

– Tính diện tích bể tuyển nổi dựa trên:

+ Cường độ khí 6 – 10 m3/m2.h;

+ Thời gian tuyển nổi: 20 phút

– Đường kính bể tuyển nổi (D):

+ Vận tốc nước trong bể tuyển nổi, thường U = 10,8 m/h

+ HRT = 5 – 7 phút

– Đường kính bể tuyển nổi kết hợp bể lắng (DTN-L):

+ U0: vận tốc nước trong vùng lắng, thường U0 = 4,7 m/h.

– Kích thước cơ bản của bể tuyển nổi kết hợp bể lắng

Bảng kích thước cơ bản của bể tuyển nổi kết hợp bể lắngNăng suất

+ s: sức căng bề mặt của nước; HRT = 20-30 phút;

+ H = 1,5-2 m; áp suất không khí = 0,1 – 0,2 MPa

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HOÁ HỌC VÀ HOÁ LÝ

3.1 Phương pháp trung hòa

3.1.1.Kết hợp và trộn hai dòng thải có tính axít và tính kiềm

Phương châm đầu tiên là tính đến khả năng trung hòa lẫn nhau giữa các loạinước thải chứa axit và kiềm Thực tế được coi là trung hòa nếu hỗn hợp có pH từ 6,4đến 8,5

Chế độ thải nước có kiềm và axit của các nhà máy xí nghiệp rất khác nhau.Nước thải chứa axit thường được thải một cách đều đặn ngày đêm và có nồng độ nhấtđịnh Nước thải chứa kiềm lại thải theo chu kỳ, một hoặc hai lần trong một ca tùy theochế độ công nghệ Do đó nước thải kiềm phải xây dựng bể điều hòa Thể tích của nóphải đủ để chứa lượng nước thải có kiềm trong ngày đêm Từ bể điều hòa nước thải có