Quản lý thiết kế lắp đặt và vận hành hệ thống xử lý nước thải công nghiệp

Nhan đề : Quản lý thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống xử lý nước thải công nghiệp Tác giả : Đỗ Văn Hùng Người hướng dẫn: Bùi Tuấn Anh Từ khoá : Xử lí nước thải; Nước thải công nghiệp Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan về nước thải, xử lý nước thải; các phương án xử lý nước thải; quản lý thiết kế, lắp đặt và vận hành cho khu nhà ở phường Kiến Hưng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ Quản lý thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống xử lý nước thải công nghiệp.

ĐỖ VĂN HÙNG

Hùng.DVCA190216@sis.hust.edu.vn

Quản Lý Công Nghiệp

Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Tuấn Anh

HÀ NỘI, 09/2020

Chữ ký của GVHD

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Quản lý thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống xử lý nước thải công nghiệp Nội dung cụ thể đề tài như sau:

- Yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải: Quy mô, công suất xử lý

- Thiết kế hệ thống: Thiết kế cơ sở, thiết kế chi tiết, thiết kế hệ thống giám sát hoạt động, … lựa chọn danh mục thiết bị phù hợp với chỉ tiêu kinh tế -

kỹ thuật

- Quản lý lắp đặt hệ thống: Yêu cầu về quy trình lắp đặt, kỹ thuật lắp đặt

- Quản lý vận hành hệ thống: Giám sát hoạt động hệ thống với các chỉ tiêu

đề ra, điều chỉnh, tối ưu hóa các thông số vận hành cần thiết đảm bảo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên

TS BÙI TUẤN ANH

LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội em đã

được quý thầy cô, đặc biệt là các thầy cô Viện Cơ khí và Viện kinh tế quản lý nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ và đã truyền đạt những kiến thức hữu ích giúp em hoàn thành tốt luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Tuấn Anh đã tận tình hướng dẫn, cung cấp thông tin bổ ích và đóng góp nhiều ý kiến thiết thực trong suốt quá trình thực hiện Luận văn này

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Luận văn này được thực hiện nhằm đáp ứng được yêu cầu đưa ra những thông số thiết kế cụ thể, quy trình lắp đặt, quy trình vận hành cho hệ thống nước thải từ đó đưa ra quy trình quản lý cho một hệ thống xử lý nước thải một cách chi tiết

Phần đầu luận văn là nêu lên khái niệm chung của về nước thải, tính chất độc hại của nước thải và sự cần thiết của việc xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường tự nhiên

Phần tiếp theo luận văn đã nêu lên được yêu cầu cho việc xử lý nước thải

và các phương án xử lý nước thải đang được áp dụng phổ biến hiện nay, đặc biệt

là các phương pháp xử lý nước thải cho nước thải sinh hoạt

Phần cuối luận văn đã đi sâu được chi tiết các bước tính toán cho một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt AAO, các bước lắp đặt và quy trình lắp đặt thiết bị

sử dụng cho hệ thống đồng thời đưa được các công đoạn vận hành cũng như cách khắc phục sự cố xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống xử lý Cũng trong phần cuối luận văn này, thể hiện được các phương án quản lý thiết kế, lắp đặt, vận hành

từ đó nhìn ra được các điểm chưa hợp lý trong quá trình hoạt động của hệ thống

mà đưa ra phương án cải tiến hơn, khoa học hơn cho hệ thống xử lý nước thải Và cuối cùng là kết luận cho toàn bộ luận văn khẳng định đề tài đã đáp ứng được yêu cầu của đề tài đưa ra

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ họ tên

ĐỖ VĂN HÙNG

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Tổng quan về nước thải 1

1.2 Các tính chất của nước thải 4

1.2.1 Tính chất vật lý 4

1.2.2 Tính chất hóa học 5

1.3 Sự cần thiết của việc xử lý nước thải 6

1.3.1 Tác động của nước thải 6

1.3.2 Sự cần thiết của việc xử lý nước thải 7

1.4 Điều kiện xả nước thải vào nguồn tiếp nhận 8

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 11

2.1 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải 11

2.1.1 Các công đoạn xử lý nước thải 11

2.1.2 Công nghệ xử lý nước thải 11

2.1.3 Các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay 13

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán, xác định các thông số chất lượng nước thải 19

2.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán cho hệ thống bùn hoạt tính 19

2.2.2 Thiết kế hệ thống bùn hoạt tính 23

2.2.3 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải theo công nghệ thiếu khí – hiếu khí (AO – Anoxic/Aerobic) 37

CHƯƠNG 3 QUẢN LÝ THẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH CHO KHU NHÀ Ở PHƯỜNG KIẾN HƯNG 42

3.1 Giới thiệu chung về dự án 42

3.1.1 Địa điểm 42

3.1.2 Địa chất thủy văn của khu vực 42

3.1.3 Phạm vi và mục tiêu 43

3.2 Sơ đồ tổ chức quản lý thiết kế, lắp đặt và vận hành được áp dụng 43

3.2.1 Quyết định phê duyệt đầu tư dự án: 46

3.2.2 Thiết kế cơ sở 46

3.2.3 Kiểm tra thiết kế 73

3.2.4 Lựa chọn nhà thầu thiết kế chi tiết, xây lắp, thiết bị 73

3.2.5 Thiết kế chi tiết dự án 73

3.2.6 Kiểm tra thiết kế chi tiết 73

3.2.7 Thi công xây dựng, lắp đặt thiết bị 73

3.2.8 Hướng dẫn quy trình vận hành trạm xử lý 82

3.2.9 Kết thúc, bàn giao dự án 88

3.3 Phương án quản lý cải tiến thứ 1 88

3.4 Phương án quản lý cải tiến thứ 2 90

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

ADN Axit Dezoxyribonucleic

ADP Adenosine DiPhotphat

AOB Các vi khuẩn oxy hóa amoni Ammonia Oxidation Bacteria ATP Ademosin TriPhotphat

Aerotank Bể bùn hoạt tính hiếu khí

BOD5 Nhu cầu ô xy sinh hóa trong 5

ngày

Biological Oxygen Demand in 5 day

CBOD Nhu cầu ô xy sinh hóa để phân

hủy chất hữu cơ (C)

Carbonanceous Biochemical Oxygen Demand

COD Nhu cầu ô xy hóa hóa học Chemical Oxygen Demand CWs Bãi lọc ngập nước nhân tạo Constructed Wetlands

F/M Tỷ lệ thức ăn / vi sinh vật Food/Microorganism ratio

HRT Thời gian lưu nước Hydralic Residence Time

NBOD Nhu cầu ô xy sinh hóa để phân

hủy Ni tơ

Nitrogenous Biochemical Oxygen Demand

NOB Các vi khuẩn ô xy hóa nitrit Nitrogen Oxidation Bacteria RAS Bùn hoạt tính tuần hoàn Recycled Actived Solids

SRT Thời gian lưu bùn Solid Retention Time

SS Các chất rắn lơ lửng Suspended Solids

SVI Chỉ số thể tích bùn Sludge Volumn Index

TOC Tổng hàm lượng cacbon hữu

cơ

Total Organic Carbon

TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total Suspended Solid

VFA Axit béo dễ bay hơi Volatile Fat Acids

VSS Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi Volatile Suspended Solid

VSV Vi sinh vật

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Chu trình tuần hoàn nước toàn cầu hàng năm 2

Hình 2-1 Sơ đồ công nghệ hồ sinh học 13

Hình 2-2 Sơ đồ công nghệ lọc Aeroten truyền thống 14

Hình 2-3 Sơ đồ công nghệ thiết bị hợp khối CN-2000 16

Hình 2-4 Sơ đồ công nghệ XLNT trên cơ sở sử dụng công nghệ AAO 17

Hình 2-5 Các thành phần hữu cơ có trong nước thải 20

Hình 2-6 Các thành phần nitor trong nước thải 22

Hình 2-7 Sơ đồ kiểm soát cân bằng sinh khối bùn trong hệ thống: (a) bể lắng đợt II và (b) bể làm thoáng 33

Hình 2-8 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính 36

Hình 2-9 Tỷ lệ tuần hoàn giữa IR và NO3-N 40

Hình 3-1 Sơ đổ tổ chức quản lý dự án khu nhà ở phường Kiến Hưng 45

Hình 3-2 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý AAO 52

Hình 3-3 Sơ đồ quản lý dự án đề xuất phương án 1 89

Hình 3-4 Sơ đồ quản lý dự án đề xuất phương án 2 91

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1 yêu cầu về nồng độ cho phép của các chỉ tiêu khi xả nước thải vào sông,

hồ 8Bảng 1-2 Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc hại 9Bảng 1-3 Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mặt (TCVN 5942-1995) 9Bảng 2-1 Giới thiệu các công trình thường được chọn để thực hiện các quy trình công nghệ xử lý cơ học và hóa học 12Bảng 2-2 Giới thiệu các công trình thường áp dụng trong xử lý sinh học 12Bảng 2-3 Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu về chất lượng nước thải sinh hoạt đô thị 20Bảng 2-5 Các công thức động học về quá trình XLNT bằng bùn hoạt tính 23Bảng 2-6 Các khoảng giá trị SRT của hệ thống bùn hoạt tính 25Bảng 2-7 Các thông số thiết kế bể lắng đợt II trong hệ thống bùn hoạt tính a) 32Bảng 2-8 Giá trị của các hệ số động học về quá trình bùn hoạt tính đối với các vi khuẩn dị dưỡng tại điều kiện 20oC a 35Bảng 2-9 Giá trị của các hệ số động học về quá trình bùn hoạt tính đối với các vi khuẩn nitrat hóa tại điều kiện 20oC a 35Bảng 2-11 Giá trị của các hệ số động học về quá trình khử nitrat 38Bảng 2-12 Quy trình tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải thiếu khí/hiếu khí (AO) 40Bảng 3-1 Bảng lưu lượng nước thải của dự án 46Bảng 3-2 Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt 47Bảng 3-3 So sánh các công nghệ xử lý nước thải 48Bảng 3-4 Kết quả quan trắc các chỉ tiêu của nước thải ra tại tòa nhà CT1 khu nhà

ở Kiến Hưng 54

MỞ ĐẦU

Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nước đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn ở Việt Nam Hằng ngày, trên các phương tiện truyền thông tin đại chúng, ta có thể dễ dàng bắt gặp những hình ảnh, thông tin về nguồn nước bị ô nhiễm Bất chấp những lời kêu gọi bảo vệ môi trường, tình trạng ô nhiễm vẫn càng lúc càng trở nên trầm trọng Điều này khiến mọi người ai ai cũng phải suy nghĩ và

lo lắng

Ô nhiễm môi trường nước là một trong những nguyên nhân gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, động vật nuôi, thực vật và các sinh vật khác đặc biệt là thuỷ sinh vật Nó còn gây ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sản xuất và phát triển của xã hội Với sự phát triển của các ngành công nghiệp và sự gia tang nhu cầu sinh hoạt của con người, lượng nước thải ra các kênh rạch, song ngòi, ao hồ… ngày càng nhiều làm nguồn nước tại nhưng nơi này bị ô nhiễm Đồng thời, các độc chất có trong nước thải đi vào nguồn nước ngầm và nước mặt mà con người sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày

Trên thực tế, quá trình làm sạch tự nhiên vẫn diễn ra trong các môi trường nước ô nhiễm, nhưng quá trình này không thể nào đáp ứng nhu cầu ngày càng cao

về nước sạch của người dân Vì thế, hiện nay công nghệ xử lý nước thải đang được chú trọng và phái triển Các quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học ngày càng khẳng định sự hiệu quả trong thời gian gần đây

Ngoài ra, theo lịch sử phát triển hệ thống xử lý nước thải từ trước tới nay của thành phố Hà Nội, các nguồn nước thải công nghiệp, sinh hoạt… không được tách biệt rõ rang mà hoà trộn chung vào nguồn nước thải của thành phố, do đó em đã lựa chọn và thực hiện nghiên cứu trên hệ thống xử lý nước thải khu nhà ở phường

Kiến Hưng để làm tư liệu thực hiện đề tài luận văn “Quản lý thiết kế, lắp đặt và

vận hành hệ thống xử lý nước thải công nghiệp” với mong muốn đóng góp một

phần nhỏ vào việc nâng cao hiệu quả quản lý cho một hệ thống xử lý nước thải công nghiệp

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan về nước thải

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên trái đất Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện, thiếu nước thì

cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được Từ xưa, con người đã biết đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi nước là thành phần cơ bản của vật chất và trong quá trình phát triển của xã hội loài người thì các nền văn minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát triển trên lưu vực của các con sông lớn như: nền văn minh Lưỡng Hà ở Tây Á nằm ở lưu vực hai con sông lớn là Tigre

và Euphrate (thuộc Irak hiện nay); nền văn minh Ai Cập ở hạ lưu sông Nil; nền văn minh sông Hằng ở Ân Độ; nền văn minh Hoàng Hà ở Trung Quốc; nền văn minh sông Hồng ở Việt Nam

Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất, trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50% - 97% trọng lượng cơ thể, chẳng hạn như ở người chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở sứa biển nước chiếm tới 97% Trong 3% lượng nước ngọt

có trên quả đất thì có hơn ¾ lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng bang, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục địa…, chỉ có 0.5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được [2] Theo sự tính toán thì khối lượng nước ở trạng thái tự do phủ lên trên trái đất khoảng 1,4 tỷ km3; nhưng so với trữ lượng nước ở lớp vỏ giữa của quả đất (khoảng

200 tỉ km3) thì chẳng đáng kể vì nó chỉ chiếm không đến 1%

Theo chu trình tuần hoàn, nước ngọt được chu chuyển qua quá trình bốc hơi

và mưa (thường là ngắn ngày theo hàng năm): lượng bốc hơi hàng năm khoảng 500.000 km3 (trong đó 430.000km3 nước bốc hơi từ đại dương và 70.000 km3 bốc hơi từ đất liền cân bằng với lượng mưa hằng năm (mưa trên đất liền 390.000 km3 trên biển và 110.000 km3 trên đất liền) Như vậy với chu trình này, lượng nước được bảo toàn, nhưng nước biển từ dạng lỏng hoặc sang dạng hơi và rắn, hoặc từ nơi này sang nơi khác ở các thủy vực: biển và đại dương, nước mặt (sông, suối,

ao, hồ) và nước ngầm

• Nước tự nhiên

Nước tự nhiên là nước mà chất lượng nước và số lượng của nó được hình thành dưới ảnh hưởng của các quá trình tự nhiên, không có sự tác động của con người Nước tự nhiên bao gồm: nước mặt, nước ngầm và nước biển

- Nước mặt: là khái niệm chung chỉ các nguồn nước trên mặt đất, bao gồm

ở dạng(chảy) như sông, suối, kênh, rạch và dạng tĩnh hoặc chảy chậm như ao, hồ, đầm, phá…, Nước mặt có nguồn gốc chính là nước chảy tràn do mưa hoặc do nước ngầm dưới áp lực chảy ra hay là do dưa thừa độ ẩm trong đất cũng như dư thừa trong tầng nước ngầm

- Nước ngầm: tồn tại ở các tầng hay túi trong lòng đất Nước ngầm là nguồn

tài nguyên quý giá cung cấp cho các vùng đô thị, công nghiệp, tưới tiêu thủy lợi, đặc biệt là các vùng trồng cây công nghiệp tập trung

- Nước biển: nước biển tương đối đồng đều về thành phần, đặc biệt là giàu

muối NaCl, vì vậy nước biển được gọi là nước mặn Biển đóng vai trò quan trọng

trong chu trình tuần hoàn nước toàn cầu

Hiện nay các khu công nghiệp đang ngày càng được mở rộng, quá trình đô thị hóa ngày càng diễn ra mạnh mẽ, tương ứng với các quá trình sinh hoạt và sản xuất của con người như vậy đã làm phát sinh ra ngày càng nhiều các chất thải ở dạng rắn, lỏng và khí

Các chất thải dạng lỏng hay còn được gọi là nước thải có thể chia thành hai loại: nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp

Nước thải sinh hoạt là nước sau khi được dùng cho các nhu cầu sống sinh hoạt của con người thải ra như: Nước từ phòng bếp, nhà ăn, nhà vệ sinh, nước tắm rửa, giặt giũ…

Nước thải công nghiệp do các xí nghiệp có sử dụng nước trong các quy trình sản xuất thải ra, thông thường nước thải công nghiệp được xử lý ngay trong phạm

vi các nhà máy để sử dụng lại hoặc thải ra các nguồn tiếp nhận Việc xử lý nước thải từ các nhà máy trước khi đưa ra môi trường tự nhiên đã được các nước trên thế giới và Việt Nam đặc biệt quan tâm và yêu cầu thực hiện nghiêm ngặt

Thành phần của nước thải rất da dạng; ngoài các hợp chất hữu cơ, vô cơ tan hoặc không tan độc hại, còn có các vi khuẩn gây bệnh hoặc không gây bệnh, xác chết động vật, thực vật, vũ khí sinh học, chất độc, vv…

Do sự phát triển đô thị tăng nhanh và quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng mạnh mẽ, dẫn tới nhu cầu sử dụng nước sạch ngàng càng tăng cao, trong khi nguồn tài nguyên nước lại không tăng lên, điều này đã làm suy giảm nghiêm trọng về cả chất và lượng của nước

• Các chất gây nhiễm bẩn nước

Nước bị ô nhiễm bởi rât nhiều chất hoa học khác nhau, bao gồm các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học

- Các yếu tố vật lý: nhiệt độ cao hay thấp, pH, biến đổi màu nước

- Các yếu tố hóa học: các chất hữu cơ (dễ phân hủy sinh học, khó phân hủy sinh học và các chất vô cơ có độc tính cao), các chất vô cơ, các hợp chất chứa nitor, các hợp chất chứa photpho, các kim loại nặng

+ Các chất hữu cơ bền vững, khó bị phân hủy: Các chất này thuộc các chất hữu cơ có vòng thơm (hydrocarbon của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các

hợp chất Clo hữu cơ… chúng tồn tại lâu ngày trong môi trường và cơ thể sinh vật gây độc tích lũy Hàm lượng các chất này trong nguồn nước tự nhiên rất thấp + Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy, chủ yếu do tác nhân sinh học: là các hợp chất protein, hydratcacbon, chất béo có nguồn gốc động vật và thực vật Đây là các chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt, từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm Các chất này chủ yếu làm suy giảm ô xy hòa tan trong nước + Các kim loại nặng: hầu hết kim loại nặng đều có độc tính tương đối cao đối với người và động vật Trong nước thải công nghiệp thường chứa các kim loại nặng là chì, thủy ngân, crom, cadimi, asen…

+ Các ion vô cơ: các ion vô cơ có nồng độ cao trong nước tự nhiên, đặc biệt

là nước biển Trong nước thải có một lượng khá lớn các chất vô cơ tùy thuộc vào các nguồn nước thải

- Các yếu tố sinh học: viruts, vi khuẩn gây bệnh, vi nấm, nguyên sinh động vật, các loại giun, sán…

1.2 Các tính chất của nước thải

Các tính chất của nước thải sẽ được chia thành: tính chất vật lý và tính chất hóa học cụ thể như sau:

1.2.1 Tính chất vật lý

Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi, nhiệt độ và lưu lượng (dòng chảy)

Màu: nước thải mới có màu hơi nâu sáng, tuy nhiên nhìn chung màu nước

thải thường là màu xám có vẩn đục Màu sắc của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khuẩn, khi đó nước thải sẽ có màu đen tối

Mùi: mùi có trong nước thải sinh hoạt là do có khí sinh ra từ quá trình phân

hủy các hợp chất hữu cơ hay do có một số chất được đưa thêm vào trong nước thải Nước thải sinh hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước thải bị nhiễm khuẩn thì nó sẽ chuyển sang mùi trứng thối do sự tạo thành H2S trong nước

Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nguồn

nước sạch ban đầu, bởi vì có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình

và các máy móc thiết bị công nghiệp Tuy nhiên, chính những dòng nước thấm qua đất và lượng nước mưa đổ xuống mới là nhân tố làm thay đổi một cách đáng kể nhiệt độ của nước

Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một trong những

đặc tính vật lý của nước thải, có đơn vị là m3/người.ngày Hầu hết các thiết bị xử

lý được thiết kế để xử lý nước thải có lưu lượng 0,378 - 0,756 m3/người ngày Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi trong ngày

1.2.2 Tính chất hóa học

Các thông số mô tả tính chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, chất vô cơ và chất khí Để đơn giản hơn, ta có thể xác định tính chất hóa học của nước thải thông qua các thông số: độ kiềm, BOD, COD, các chất khí hòa tan, các hợp chất Nito, pH, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù và không tan), và nước

Độ kiềm: đặc trưng cho khả năng trung hòa axit, thường là độ kiềm

bicarbonate, carbonate, và hydroxide Độ kiềm thực chất là môi trường đệm (để giữ pH trung tính) của nước thải trong suốt quá trình xử lý sinh hóa

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy sinh

hóa trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20oC BOD5 trong nước thải sinh hoạt thường nằm trong khoảng 100 - 300mg/l

Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng để xác định lượng chất bị oxy hóa trong

nước thải COD thường nằm trong khoảng 200 - 500 mg/l Tuy nhiên, trong nước thải công nghiệp, nồng độ này có thể gia tăng một cách đáng kể

Các chất khí hòa tan: đây là những khí có thể hòa tan được trong nước thải

Nước thải công nghiệp thường có nồng độ oxy tương đối thấp

Hợp chất chứa N: số lượng và các loại hợp chất chứa N sẽ thay đổi trong

từng dạng nước thải khác nhau (nước thải chưa xử lý và nước thải sau xử lý ở dòng ra) N thường đi kèm vòng tuần hoàn oxy hóa và nồng độ của nó sẽ giảm dần Phần lớn N chưa được xử lý trong nước thải sẽ chuyển sang dạng N hữu cơ hay N-NH3 Nồng độ N trong nước thải thường là 20 - 85 mg/l; trong đó N hữu cơ thường ở khoảng 8-35 mg/l, còn nồng độ N-NH3 thường từ 12 - 50 mg/l

pH: đây là cách để nhanh chóng phát hiện tính axit của nước thải Giá trị pH

dao động trong khoảng từ 1 - 14 Để xử lý nước thải một cách có hiệu quả thì pH chỉ nên nằm trong khoảng 6,5 - 9 (lý tưởng hơn là từ 6,5 - 8)

Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hóa, nhưng chỉ nên hiện

diện với một lượng tối thiểu, hoặc sẽ được loại bỏ sau quá trình xử lý bậc hai Số

lượng P dư thừa có thể gây rối dòng chảy và làm tăng trưởng quá mức các loại tảo Nồng độ P thường trong khoảng 6 - 20 mg/l Quá trình loại bỏ hợp chất photphat trong các chất tẩy rửa có ảnh hưởng quan trọng đến khối lượng P trong nước thải

Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải có thể được xem là

các chất rắn Mục đích của việc xử lý nước thải là nhằm loại bỏ các chất rắn hoặc chuyển chúng sang dạng ổn định hơn và dễ xử lý Các chất rắn có thể được phân loại dựa vào thành phần hóa học của chúng (hữu cơ hay vô cơ), hoặc bởi các đặc tính vật lý (có thể lắng đọng, nổi trên mặt nước, hay ở dạng keo) Nồng độ tổng các chất rắn trong nước thải thường dao động trong khoảng 350 - 1200 mg/l + Các chất rắn hữu cơ: bao gồm C, H, O, N, và có thể được chuyển thành

CO2 và H2O khi cháy ở nhiệt độ 550oC

+ Các chất rắn vô cơ: thường không bị ảnh hưởng bởi sự cháy

+ Các chất rắn lơ lửng: loại chất rắn này thường bị giữ lại bởi các bể lọc đệm vật liệu xơ, và có thể được phân loại nhỏ hơn như: tổng các chất răn lơ lửng (TSS), các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS), và các chất rắn lơ lửng cố định Ngoài ra chúng còn được phân loại thành 3 thành phần dựa vào khả năng lắng đọng: các chất rắn có khả năng lắng đọng, các chất rắn nổi trên mặt và dạng keo Tổng hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong nước thải thường từ 100 - 350 mg/l

+ Các chất rắn tan: loại chất rắn này sẽ đi qua được các bể lọc đệm vật liệu

xơ, và cũng được phân loại thành: tổng hàm lượng các chất rắn tan được (TDS), các chất rắn tan dễ bay hơi, và các chất rắn tan cố định Tổng hàm lượng các chất rắn tan được nằm trong khoảng 250 - 850 mg/l

Nước: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải Trong một số trường

hợp, nước có thể chiếm đến từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay cả trong nước thải ô nhiễm nặng nhất thì hàm lượng các chất bẩn cũng chỉ chiếm 0,5%; còn đối với nguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%)

1.3 Sự cần thiết của việc xử lý nước thải

1.3.1 Tác động của nước thải

1.3.1.1 Đối với môi trường

Trong điều kiện kỵ khí, quá trình phan hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải chưa được xử lý sẽ dẫn đến tình trạng mất vệ sinh như sản sinh ra các mùi hôi thối, gây khó chịu Tất cả các động thực vật song trong nước đề cần phải có một lượng

ô xy hòa tan nhất định phục vụ cho quá trình sống của chúng Một trong những mục đích chính của việc xử lý nước thải là hạn chế việc xả thải các hợp chất hữu

cơ “có tiêu thụ oxy’ đến mức có thể vào nguồn tiếp nhận Mặt khác, khi nước thải

có chứa nhiều các chất dinh dưỡng, sẽ kích thích quá trình sinh trường và phát triển mạnh của các loại cây trồng trong nước, dẫn tới sự giảm lượng oxy có trong nước

và gây hiện tượng phú dưỡng trong nguồn nước Vì vậy, loại bỏ các hợp chất hữu

cơ và vô cơ trong nước thải trước khi xả ra nguồn là mục đích đầu tiên trong quá trình phát triển môi trường bền vững, giữ cho môi trường trong sạch cho ngày nay

và tương lai

1.3.1.2 Đối với sức khỏe

Nước thải không được xử lý chứa nhiều các chất vi sinh gây bệnh Tồn tại rất nhiều loại dịch bệnh từ các hoạt động thiếu vệ sinh như tắm rửa, bơi lội trong nước nhiễm bẩn hoặc việc tiêu thụ các động thực vật thủy sinh sống trong môi trường các nguồn nước bị ô nhiễm Hơn nữa, trong nước thải còn chứa các chất độc hại có khả năng làm biến đổi gen hay gây ung thư Vì những lý do trên, việc loại bỏ các vi sinh vật gây hại là việc cần thiết cho sức khỏe cộng đồng

1.3.1.3 Đối với kinh tế

Việc tái sử dụng nước thải sau xử lý cho nông nghiệp không chỉ có ý nghĩa về mặt môi trường mà còn là động lực phát triển cho các mục tiêu quốc gia, tạo ra một nền nông nghiệp phát triển bề vững trong khi bảo vệ được nguồn nước đang ngày càng khan hiếm Một ưu điểm của việc sử dụng nước thải đã qua xử lý để tưới tiêu trong nông nghiệp là giảm mức độ xử lý nước thải, đồng nghĩa với việc làm giảm đáng kể chi phí cho quá trình xử lý nước thải, nhờ vào vai trò của đất và cây trồng như một dạng công trình lọc sinh học tự nhiên Ngoài ra, việc tận dụng các chất dinh dưỡng có sẵn trong nước thải còn giúp cắt giảm chi phí phan bon cho cây trồng

Nước có vai trò quan trọng đối với con người Nước góp phần làm tăng giá trị về cảnh quan, tạo điều kiện vui chơi và giải trí cho con người Do đó nhiều người lựa chọn nơi sinh sống gần nguồn nước tự nhiên trong sạch

1.3.2 Sự cần thiết của việc xử lý nước thải

Do xu thế phát triển xã hội cũng với quá trình đô thị hóa diễn ra, các ngành công – nông nghiệp, vùng kinh tế ra đời, các độ thị mới được mở rông, … đòi hỏi cần rất nhiều nước sạch Trên thực tế, thế giới chỉ có khoảng 30 triệu km3 nước ngọt, nguồn dự trữ này không thay đổi trong khi nhu cầu sử dung nước luôn tăng; nhu cầu nước hàng năm của thế giới hiện nay vào khoản 3.500 -3.900 tỷ m3 nước sạch, và một nửa trong số đó trở thành nước thải, còn một nửa không quay trở lại; 1m3 nước thải có thể làm nhiễm bận mạnh 10m3 nước sạch Do đó, nguồn nước

đã mất dần khả năng tự làm sạch, nhanh chóng bị kiệt đi, gây ra nạn thiếu nước trần trọng

Hiện nay, giải quyết nước cho đời song con người và nền kinh tế quốc dân

đã trở thành vấn đề thưc sự bức thiết Nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa ra những quy định pháp lý nghiêm ngặt về vấn đề này Việc sử dụng tỏng hợp nguồn nước: sinh hoạt, sản xuất, bảo vệ môi trừng, … đang rất được quan tâm Dựa trên nguồn gốc và đặc tính của nước hải của một số ngành nghệ sản xuất có thể nhận thấy hầu

hết các giá trị thông số ô nhiễm vượt rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép, gây ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng nước nói chung, và có thể gây ra tác hại cho sức khỏe con người kh sử dụng Chính vì vậy xử lý nước thải đã đạt tiêu chuẩn quy định hiện nay là vấn đề cấp thiết, không những bảo vệ sức khỏe con người, bảo vệ môi trường sống mà còn đảm bảo thực hiện theo đúng chính sạch, quy định ban hành của nhà nước

1.4 Điều kiện xả nước thải vào nguồn tiếp nhận

Trong điều kiện Việt Nam, nguồn tiếp nhận nước thải sinh hoạt hay nước thải công nghiệp gồm chủ yếu là các nguồn nước mặt (sông hồ, ao, suối, biển ven bờ…)

và được phân chia thành 2 loại: nguồn loại A (sông, hồ làm nguồn nước cho ăn uống sinh hoạt nhưng phải qua xử lý) và nguồn loại B (Sông, hồ dùng cho mục đích khác như tắm, bơi lội, du lịch…)

Khi xả nước thải vào các nguồn nước mặt phải tuân thủ theo các quy định ở phụ lục A “Nguyên tắc vệ sinh khi xả nước thải vào sông hồ” trong tiêu chuẩn Xây dựng – Mạng lưới thoát nước bên ngoài và công trình TCXD-51-84 (có thể tham khảo ở 2 bảng sau)

Bảng 1-1 yêu cầu về nồng độ cho phép của các chỉ tiêu khi xả nước thải vào sông,

Lượng oxy hòa tan Không làm giảm lượng ô xy hòa tan dưới

4mg/L(tính trung bình trong ngày theo mua hè) Nhu cầu oxy sinh hóa

Chất độc hại Câm xả thải vào sông, hồ các loại nước thải còn chứa

những chất độc kim loại hay hữu cơ, mà sau khi hòa

trộn với nước sông, hồ gây độc hại trực tiếp với người, động thực vật, thủy sinh trong nguồn nước và

ở hai bên bờ Nồng đồ chất độc hại cho phép được quy đinh ở bảng 2.2

Bảng 1-2 Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc hại

Tên các chất

Nồng độ giới hạn cho phép (mg/L)

xả vào:

Sông, hồ dùng cho sinh hoạt

Sông, hồ dùng để nuôi cá

thải mới hiệu quả, kinh tế hơn được trình bày ở chương tiếp theo

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải

2.1.1 Các công đoạn xử lý nước thải

Hệ thống xử lý nước thải bao gồm một số công trình đơn vị hoạt động nối tiếp nhau để đạt được chất lượng nước sau xử lý đáp ứng yêu cầu đã định, Theo mức độ xử lý và tập hợp các loại công trình đơn vị hoạt động nối tiếp trong một hệ thống xử lý nước thải có thể chia ra thành ba công đoạn xử lý nước thải như sau:

xử lý sơ bộ hay tiền xử lý, xử lý bậc hai, xử lý bậc ba (hay xử lý tăng cường) Các công trình trong công đoạn xử lý sơ bộ là các công trình hoạt động dựa trên lực cơ học và vật lý là chủ yếu, như là: Song chắn, lưới chắn, bể điều hòa, bể lắng, lọc, tuyến nối

Các công trình trong công đoạn xử lý bậc hai gồm các công trình xử lý bằng hóa chất và sinh học Các công trình xử lý nước thải bằng hóa chất là các công trình dung hóa chất trộn vào nước thải để chuyenr đổiacách ợp chất haowcj các chất hòa tan trong nước thải thành các chất có tính trơ về mặt hóa học hoặc thành các hợp chất kết tủa dễ lắng và lọc để loại chúng ra khỏi nước thải Các công trình

xử lý sinh học được áp dung để khử các chất hữu cơ ở dạng kéo và dnagj hòa tan trong nước thải nhờ quá trình đồng hóa của vi sinh để biến các chất hữu cơ này thành khí hoặc thành vỏ tế bào của vi sinh dễ keo tụ và lắng rồi loại chúng ra khỏi nước thải Quá trình xử lý sinh học còn được áp dụng để khử nitrogen và phối pho Các công trình trong công đoạn xử lý bậc ba được áp dụng để khử tiếp các chất hoá học có tính độc hại hoặc khó khử bằng các công trình xử lý sinh học thông thường Khử tiếp nitrogen, phôt pho và các hợp chất vô cơ và hữu cơ còn lại sau

xử lý bậ hai để thỏa mãn tiêu chuẩn chất lượng nước xả ra nguồn tiếp nhận hoặc

sử dụng lại cho các mục đich khác Các công trình trong coong đoạn xử lý bậc ba thường là: Bể lọc hấp thu bằng than hoạt tính, bể lọc trao đổi ion và lọc qua màng thẩm thấu ngược, lọc qua màng bán thấm bằng điện phân v.v… Nước thải sau khi qua công đoạn xử lý bậc ba thường được tuần hoàn lại cho các quá trình sản xuất công nghiệp hoặc dùng để tưới đường, tưới cây, và cấp cho các hồ tạo cảnh quan

và giải trí

Sau các quy trình xử lý, còn lại cặn trong các công trình, cần phải tập trung các loại cặn để xử lý bằng các biện pháp: Khử nước, làm khô hoặc đốt trước khi đưa đến nơi chôn lấp để đảm bảo an toàn cho môi trường

Hiệu quả xử lý sau các công đoạn:

- Xử lý sơ bộ <50%

- Xử lý bậc hai ~ 90%

- Xử lý bậc ba 98%-99%

(Theo “Xử lý nước thải Công Nghiệp 2009- NXB Xây Dựng” Trinh Xuân Lai)

2.1.2 Công nghệ xử lý nước thải

Hiện nay có rất nhiều loại công trình với các công nghệ khác nhau để xử lý nước thải Từ các hồ lắng đơn giản đến các công trình với các thiết bị tiên tiến sử

dụng công nghệ cao và đòi hỏi có trình độ quản lý hiện đại Việc lựa chọn đúng quy trình công nghệ và thiết bị xử lý nước thải để đạt được các chỉ tiêu xử lý mong muốn và tiết kiệm kinh phí trong xây dụng và quản lý là nhiệm vụ hang đầu của các kỹ sư xử lý nước

Trong một quy trình công nghệ xử lý nước thải bảo gồm nhiều công trình và thiết bị hoạt động nối tiếp theo đặc tính kỹ thuật có thể chia ra làm ba loại: Cơ học, hóa học và sinh học

Trong mỗi loại quy trình công nghệ kể trên, có rất nhiều phương pháp chọn công trình và thiết bị theo cách sắp xếp khác nhảu để thực hiện quy trình xử lý có hiệu quả

2.1.2.1 Xử lý cơ học và hóa học

Bảng 2-1 Giới thiệu các công trình thường được chọn để thực hiện các quy trình

công nghệ xử lý cơ học và hóa học

Xử lý cơ học Song chắn rác, lưới chắn

Bể lắng cát, tách dầu bằng trọng lực Lắng sơ bộ không phèn

Tuyển nổi Lọc Hấp thụ bằng than hoạt tính

Keo tụ và lắng Keo tu và tuyển nổi Lọc trao đổi ion Trích y

Oxy hóa khử Lọc qua màng Điện phân

2.1.2.2 Xử lý sinh học

Xử lý sinh học là quy trình xử lý nước thải lợi dụng sự hoạt động, sống và sinh trưởng của vi sinh để đông hóa các chất hữu cơ có trong nước thải, biến các chất hữu cơ thành khí và vỏ tế bào của vi sinh để loại ra khỏi nước, có thể chia làm hai loại quy trình xử lý: Xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí

Bảng 2-2 Giới thiệu các công trình thường áp dụng trong xử lý sinh học Quy trình xử lý Các công trình có thể chọn

Xử lý hiếu khí Xử lý bằng quy trình dùng bùn hoạt tính, bể

aerotank thông thường

Bể aerotank làm thoáng theo bậc

Bể aerotank tải trọng cao, cường độ làm thoáng cao

Hấp thụ bằng bùn hoạt tính

Làm thoáng kéo dài

Mương ô xy hóa

Bể lọc sinh học thông thường

Bể lọc sinh học tải trọng cao

Hệ thống đĩa quay quanh trục nằm ngang

Hình 2-1 Sơ đồ công nghệ hồ sinh học

2.1.3.2 Công nghệ xử lý bằng phương pháp Aeroten truyền thống

Hình 2-2 Sơ đồ công nghệ lọc Aeroten truyền thống Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải được thu gom theo hệ thống thoát nước thải về Trạm xử lý nước thải Trước khi vào bể điều hòa toàn bộ rác rưởi cuốn theo nước thải như lá cây, giấy, nilon, plastic… có kích thước > 20 mm sẽ được loại bỏ bằng hệ thống song chắn rác thô, quá trình thu gom rác được thực hiện bằng thủ công và chứa vào các thùng chứa Lượng rác này được làm sạch định kỳ hàng ngày đổ vào các xe gom rác và được đem đi chôn lấp hợp vệ sinh theo quy định

Trong bể điều hòa còn lắp đặt hệ thống phân phối khí để khuấy trộn nước thải nhằm mục đích ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng của các chất không tan và quá trình phân hủy yếm khí gây mùi

Công đoạn xử lý sinh học bùn hoạt tính (Activated Sludge Process)

Nước từ bể điều hoà được bơm qua đồng hồ đo lưu lượng, sau khi được bổ sung chất dinh dưỡng để duy trì tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1 được dẫn vào các bể phản ứng sinh học hiếu khí AEROTEN

Đây là quá trình xử lý chính của Trạm XLNT Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tiết kiệm chi phí vận hành Ở đây các chất ô nhiễm trong nước thải được xử

lý bởi các tác nhân là vi sinh vật (bùn hoạt tính) và được cấp khí từ máy thổi khí thông qua hệ thống phân phối khí dạng bọt mịn được lắp đặt dưới đáy bể Quá trình cấp khí nhằm cung cấp đủ lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phát triển cũng như khuấy trộn tăng khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật với chất ô nhiễm Hệ thống

đo lường sẽ giúp người vận hành nắm bắt được nhu cầu sử dụng oxy của hệ thống

từ đó quyết định mức độ hoạt động của các máy thổi khí sao cho vẫn đạt hiệu quả

xử lý đồng thời tiết kiệm chi phí điện năng cho quá trình xử lý

Trong bể này, các vi sinh vật (là bùn hoạt tính) tồn tại ở dạng lơ lửng sẽ hấp thụ Oxy và chất hữu cơ (chất ô nhiễm) và sử dụng chất dinh dưỡng là Nitơ & Photpho để tổng hợp tế bào mới, CO2, H2O và giải phóng năng lượng Ngoài quá trình tổng hợp tế bào mới, tồn tại phản ứng phân hủy nội sinh (Các tế bào vinh sinh vật già sẽ tự phân hủy) làm giảm số lượng bùn hoạt tính Tuy nhiên quá trình tổng hợp tế bào mới vẫn chiếm ưu thế do trong bể duy trì các điều kiện tối ưu vì vậy số lượng tế bào mới tạo thành nhiều hơn tế bào bị phân hủy và tạo thành bùn dư cần phải được thải bỏ định kỳ

Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten: 2,500 – 3,500 mg/l, tỷ lệ tuần hoàn bùn 75% - 100% Các thông số điều khiển chế độ vận hành bể AEROTEN: DO, pH, nồng độ bùn hoạt tính, thời gian lưu thủy lực, tuổi bùn Các thông số này có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước thải sau xử lý

Hỗn hợp nước/bùn hoạt tính trong bể Aeroten được dẫn sang bể lắng thứ cấp Hỗn hợp bùn hoạt tính/nước trong bể AEROTEN tự chảy về bể lắng qua hệ thống phân phối Do có tỷ trọng lớn nên bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy bể, nước trong được thu qua máng thu nước tới thiết bị xử lý tiếp theo

Công đoạn khử trùng

Từ bể lắng thứ cấp, nước được dẫn vào bể khử trùng hòa trộn với hóa chất khử trùng là NaOCl để tiêu diệt các vi rút, vi khuẩn gây bệnh trước khi thải vào nguồn tiếp nhận

Công đoạn xử lý bùn thải

Quá trình xử lý nước thải sẽ sinh ra chất thải thứ cấp là bùn thải từ quá trình

xử lý sơ bộ và quá trình xử lý sinh học

Bùn thải từ quá trình xử lý sơ bộ chứa thành phần chủ yếu là các chất vô cơ

và hữu cơ không tan sẽ được đưa về bể làm đặc bùn Tại bể này bùn sẽ tách thành

2 phần: phân bùn đặc lắng xuống đáy đạt hàm lượng chất rắn khoảng 2 – 3% sẽ được đưa đến thiết bị tách nước Phần nước trong bên trên sẽ được thu về bể gom nước thải

Bùn thải từ quá trình xử lý sinh học có thành phần chủ yếu là chất hữu cơ dễ phân hủy được đưa về bể phân hủy bùn sinh học lợi dụng quá trình phân hủy nội sinh của vi sinh vật trong điều kiện thiếu cạn kiệt nguồn thức ăn Bùn sau quá trình phân hủy sinh học còn gọi là bùn trơ được đưa về bể làm đặc bùn

Hỗn hợp bùn tại bể làm đặc bùn sẽ được chuyển sang ép bằng máy ép bùn để làm khô và mang đi chôn lấp

Cấp khí

Việc cấp khí cho quá trình xử lý sinh học bùn hoạt tính được thực hiện bằng máy thổi khí Lượng khí cung cấp được sử dụng cho các mục đích: khuấy trộn bể điều hòa, cấp khí cho bể AEROTEN

2.1.3.3 Công nghệ CN2000

Thiết bị xử lý chất thải lỏng y tế CN-2000 được thiết kế chế tạo theo dạng tháp sinh học với quá trình cấp khí và không cấp khí đan xen nhau để tăng khả năng khử nitơ bằng quá trình denitrificaton:

Hình 2-3 Sơ đồ công nghệ thiết bị hợp khối CN-2000 Thiết bị xử lý chất thải lỏng y tế CN-2000 được ứng dụng để xử lý chất thải lỏng y tế đối với các nguồn chất thải lỏng có ô nhiễm hữu cơ và nitơ

Nguyên lý và quá trình vận hành cụ thể của thiết bị xử lý CTLYT CN-2000 như sau:

- Nước thải từ nguồn thải đi vào rọ chắn rác và cặn vô cơ (bùn, cát ), sau đó được trộn với các chế phẩm vi sinh DW97 với nồng độ DW97 là 2-3 mg/l để thuỷ phân sơ bộ các chất thải hữu cơ và trộn với các chất keo tụ PACN-95 (nồng độ đưa vào 5-8 mg/l) để thực hiện tách sơ bộ cặn lơ lửng và một phần BOD, COD ở ngăn trộn

- Phần nước thải đã được lắng cũng như phần gạn trong từ bể nén bùn được đưa vào ngăn điều hoà và xử lý sơ bộ có lớp đệm vi sinh bám, được chế tạo từ vật liệu nhựa (hoặc vật liệu hữu cơ khác) có các thông số: Độ rỗng > 90%, Bề mặt riêng 250 - 300 m2/m3 Modul thiết bị CN2000 đảm nhiệm quá trình xử lý vi sinh bậc 2 Ở đây trong mỗi Modul thực hiện 3 quá trình xử lý vi sinh:

- Aerolif (trộn khí cưỡng bức) cường độ cao bằng việc dùng không khí thổi cưỡng bức để hút và đẩy nước thải;

- Aeroten kết hợp biofilter dòng xuôi có lớp đệm vi sinh bám ngập trong nước

- Anarobic dòng ngược với vi sinh lơ lửng

- Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị hợp khối xử lý vi sinh bậc 2 là 2

- 2,5h

- Sau khi qua Modul thiết bị CN2000 nước thải cùng bùn hoạt hoá chuyển qua bể lắng đệm bản mỏng lamen để tách khỏi bùn hoạt hoá và được trộn với Cl2 với mục đích khử trùng Đệm lamen có thông số: Độ rỗng>95%, Bề mặt riêng 150

- 200 m2/m3 Dung dịch Hypochloride Na hoặc Ca (NaOCl hoặc Ca(OCl)2) được pha trộn trong thiết bị R3 và bơm định lượng với nồng độ 3 - 5 mg Cl2/m3 nước thải

- Máy bơm hồi lưu bùn bơm hút bùn từ bể lắng lamen hồi lưu một phần bùn hoạt hoá trở lại thiết bị tháp CN2000 và một phần bùn dư về bể nén bùn

- Các máy thổi khí (Air-blower) B1 và B2 cung cấp oxy cho các giai đoạn oxy hoá bằng vi sinh hiếu khí Máy B1 và Máy B2 được nối vào hệ thống phân phối khí chung cho các ngăn, bể và được điều chỉnh lưu lượng cấp khí bằng hệ thống van

2.1.3.4 Xử lý sinh học nước thải theo công nghệ AAO (thiết bị hợp khối)

Thiết bị hợp khối chìm loại đúc sẵn theo công nghệ AAO là công nghệ mới với hiệu quả xử lý sinh học đạt hiệu quả cao Đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng về chất thải lỏng y tế hiện hành Hiện nay công nghệ này là công nghệ thích hợp nhất

để xử lý nước thải ở quy mô nhỏ và vừa nhưng đòi hỏi tiêu chuẩn nước đầu ra phải

xử lý triệt để những vi khuẩn gây bệnh Cho nên công nghệ này rất thích hợp áp dụng cho xử lý nước thải bệnh viện, các cơ sở tồn đọng nhiều Vi sinh vật gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người

Hình 2-4 Sơ đồ công nghệ XLNT trên cơ sở sử dụng công nghệ AAO

Mô tả công nghệ:

Nước thải được xử lý trên cơ sở sử dụng công nghệ AAO với hiệu quả cao, đạt các tiêu chuẩn qui định Nước thải được xử lý bằng phương pháp vi sinh tại ngăn thiết bị 1 và ngăn thiết bị 2 Nước thải sau xử lý vi sinh được lọc qua lớp vật

liệu lọc nổi tại ngăn thiết bị 3 nhằm loại bỏ cặn vi sinh trong nước và khử một phần nitrat

Lượng bùn trong ngăn thiết bị 3 được quay vòng một phần về ngăn thiết bị

1, phần bùn dư còn lại được đưa về bể ủ bùn để ổn định bùn nhằm mục đích : phân huỷ giảm khối lượng cặn, giảm tác nhân gây bệnh, giảm mùi hôi thối hoặc ngăn ngừa khả năng thối rữa và làm cho bùn cặn thành dạng dễ dàng tách nước

Ổn định bùn cặn yếm khí đặc trưng bằng sự phân huỷ kị khí các chất hữu cơ trong bể kín Quá trình này diễn ra rất phức tạp có thể phân ra làm hai giai đoạn :

- Giai đoạn thứ nhất đặc trưng cho sự hình thành số lượng lớn axit, dấm, chất béo, hydro ngoài ra còn có: axit cacbonic, rượu, cồn, axit amin, axit sunfuahydric, amoniac Độ pH giảm xuống <7 nên gọi giai đoạn này là lên men axit - phân huỷ axit, khối lượng bùn cặn phân huỷ ít và có mùi hôi Giai đoạn này diễn ra nhờ sự hoạt động của các vi khuẩn kị khí như: vi khuẩn dấm, butalic, proiric

- Giai đoạn thứ hai đặc trưng bởi sự phá vỡ thành phần của các chất hình thành từ giai đoạn thứ nhất và tạo ra khí chủ yếu là metan (CH4), CO2, H2… Độ

pH tăng lên 7 - 8 vì vậy giai đoạn này gọi là lên men kiềm hay phân huỷ kiềm

Giai đoạn này diễn ra nhờ hoạt động của các vi khuẩn metan: Methannonbactrium,

Methannooceus, Methannosaruna

Bùn ủ sau một thời gian được hút (thuê công ty vệ sinh địa phương) và thải

bỏ giống như bã thải tại các bể phốt Nước thải sau khi qua bể lọc được loại bỏ các loại vi khuẩn gây bệnh tại bể khử trùng trước khi thải ra môi trường

Hệ thống xử lý nước bao gồm tổ hợp công nghệ sau:

Hệ thống tách rác, tách mỡ và bể gom:

Sử dụng hệ thống tách rác (song chắn rác) để loại bỏ rác thô trước khi vào

hệ thống tách mỡ và hố thu gom nước thải

Sau khi từ hố thu gom của toàn bộ bệnh viện, nước thải được bơm lên bể điều hòa nước thải

Bể điều hòa và ngăn xử lý kỵ khí tốc độ cao: điều hòa chất lượng và lưu lượng nước thải trước khi đưa vào hệ xử lý

Xử lý vi sinh hiếu khí kết hợp với thiếu khí:

Sử dụng phương pháp Mang vi sinh tầng chuyển động nhằm tăng cường quá trình oxy hóa amoni và chất hữu cơ đồng thời với quá trình khử nitrat

Khử trùng:Dùng hợp chất clo hoạt động để khử trùng nước trước khi xả ra

môi trường

Bể ủ bùn: tập trung bùn cặn để ủ và hút định kỳ từ 14-30 ngày/lần tùy theo

yêu cầu Khi mức bùn lên đến 50-70% chiều cao bể nén bùn cần thực hiện hoạt

động nạo vét

Tại Cụm xử lý nước thải theo công nghệ AAO được nghiên cứu sản xất xây dựng bằng vật liệu FRP tại Việt Nam, thiết bị được chia làm 3 quá trình xử lý như sau:

Anarobic dòng ngược với vi sinh lơ lửng được kết hợp với các khối đệm vi sinh bằng PVC chuyên dụng có tác dụng, tăng tối đa mật độ VSV có trong nước thải lên 5.000 - 10.000 ppm đảm bảo hiệu quả trong xử lý yếm khí đạt hiệu suất

75 - 85%

Anoxic là quá trình thiếu khí trong xử lý nước thải Một phần nước thải và bùn hoạt tính trong quá trình Oxic được bơm tuần hoàn về ngăn Anoxic để khử Nitrat NO2, NO3 trong nước thải, tức là giảm thiểu nồng độ T- N trong nước thải Thực chất quá trình này là quá trình oxy hóa các Hydrocacbon bằng Nitơ hóa trị (+3) và (+5) để trở về Nitơ hóa trị (0) Công nghệ này giảm thiểu được chi phí oxy cung cấp cho thiết bị đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của hệ thống Ngăn hiếu khí (Oxic): không khí được cấp khí bởi máy sục khí Trong ngăn này, sử dụng các chất có thể oxy hoá sinh hoá chủ yếu hoàn thành trong khi các Nitơ

Amonia sẽ chuyển thành Nitrat bởi quá trình nitrat hoá bằng các vi sinh vật Nitrifers và khử BOD bằng các vi sinh vật Carboneus

Có thể tóm tắt quá trình công nghệ như sau:

Xử lý sơ bộ bằng vi khuẩn yếm khí (Anarobic)

Xử lý bằng VSV hiếu khí làm giảm BOD, NH4 (Oxic)

Khử Nitơ bằng quá trình xử lý thiếu khí (Anoxic)

Sau khi qua các bậc xử lý nước thải được đưa vào ngăn lắng để tách toàn bộ lượng bùn hoạt tính hồi lưu về ngăn Anoxic và về bể thu bùn thừa

Sau khi nước thải qua ngăn lắng được đưa vào ngăn khử trùng

Độ oxy hòa tan (DO) được đáp ứng đủ với nhu cầu oxy VSV với hiệu quả xử

lý đạt gấp 15 - 20 lần so với các công nghệ cũ và gấp 3 lần công nghệ CN-2000 đã giới thiệu ở trên

Tuổi của các VSV cao, do đó việc xử lý bùn đạt hiệu quả cao hơn Chủng loại VSV cũng đa dạng, hơn so với công nghệ cũ

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán, xác định các thông số chất lượng nước thải 2.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán cho hệ thống bùn hoạt tính

Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải theo công nghệ sinh học sử dụng bùn hoạt tính yêu cầu xác định: (1) thể tích công trình làm thoáng, (2) lượng bùn/vi khuẩn cần thiết và phát sinh, (3) lượng ôxi cần cấp và (4) nồng độ các chỉ tiêu quan trọng trong nước thải sau xử lý Để tính toán thiết kế được hệ thống xử

lý nước thải bằng bùn hoạt tính, điều đầu tiên cần làm rõ là đặc tính của nước thải:

(1) lượng nước thải cần xử lý, (2) nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm chính và các thông

số thiết yếu liên quan tới việc tính toán các công trình xử lý sinh học nước thải

Đặc tính của nước thải thường được thể hiện bằng các chỉ tiêu vật lý, hóa học

và sinh học và vi khuẩn Bảng 2-3 nêu nồng độ các thành phần chính đặc trưng cho chất lượng nước thải đô thị

Bảng 2-3 Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu về chất lượng nước thải sinh hoạt đô thị

2.2.1.1 Các thành phần hữu cơ gốc cabon

Thành phần gây ô nhiễm chính có trong nước thải đô thị thường là các chất hữu cơ Nồng độ các chất hữu cơ được biểu thị bằng các chỉ tiêu BOD và COD COD là chỉ tiêu tổng quát nhất thể hiện lượng các chất hữu cơ có trong nước thải

Để tính toán khả năng phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải của các công trình

xử lý sinh học cần xác định rõ các thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy, dễ phân hủy và không phân hủy… Hình 2-5 nêu các thành phần hữu cơ có trong nước thải

Hợp chất

hữu cơ

Axit béo bay hơi

Chất keo

Chất rắn

Dễ phân hủy

sinh học (hòa tan)

Khó phân hủy sinh học (không hòa tan)

Không phân hủy sinh học (hòa tan)

Không phân hủy sinh học (không hòa tan)

COD phân hủy sinh học

COD không phân hủy sinh học Tổng COD

Hình 2-5 Các thành phần hữu cơ có trong nước thải

Quan hệ giữa các chỉ tiêu đại diện cho các thành phần hữu cơ có trong nước

thải được thể biểu thị bằng các công thức từ (1-1) đến (1-8)

BOD = 1 1, 42f Y d( H)

Trong đó:

f d = Tỷ lệ lượng sinh khối được duy trì dưới dạng phân bào (g/g)

Y H = Hệ số sinh trưởng của vi khuẩn dị dưỡng (g-VSS/g-COD)

Ví dụ, với nước thải sinh hoạt (UBOD/BOD = 1,5, f d = 0,15, Y H = 0,4),

bCOD/BOD = 1,64

COD=bCOD nbCOD+ (1-2)

bCOD = 1,6 (BOD) (1-3)

bCOD sbCOD rbCOD= + (1-5)

O A = Lượng ôxi tiêu thụ trong khu vực A (mg/L)

Y H.COD = Hệ số sinh trưởng của vi khuẩn dị dưỡng (g-VSS/g-COD)

V AS = Thể tích bùn hạt tính sử dụng (mL)

V WW = Thể tích mẫu nước (mL)

bpCODnbVSS 1 VSS

2.2.1.2 Các thành phần nitơ

Các hợp chất nitơ có nguồn gốc từ nước thải là thành phần gây ô nhiễm thứ cấp tại các thủy vực sông hồ Nồng độ các hợp chất nitơ có trong nước thải được biểu thị bằng các chỉ tiêu TKN, NH4-N, và nitơ hữu cơ Để tính toán khả năng phân hủy các dạng hợp chất nitơ trong nước thải của các công trình xử lý sinh học cần xác định rõ các thành phần có khả năng phân hủy và không phân hủy…

Quan hệ giữa các chỉ tiêu đại diện cho các thành phần hữu cơ có trong nước thải được thể biểu thị bằng các công thức từ (1-9) đến (1-13)

f N = Thành phần nitơ hữu cơ trong sinh khối bùn (g-N/g-VSS)

TKN = Nồng độ tổng nitơ kendan (mg/L)

sON = Nồng độ nitơ hữu cơ hòa tan (mg/L)

nbpON = Nồng độ nitơ hữu cơ không hòa tan không phân hủy sinh học (mg/L)

4

TNK=NH -N ON+

(1-11)

Hòa tan Không hòa

2.2.2 Thiết kế hệ thống bùn hoạt tính

Hệ thống bùn hoạt tính được thiết kế theo các bước sau:

(1) Lựa chọn dạng công trình làm thoáng;

(2) Áp dụng các công thức động học để tính toán thiết kế;

(3) Xác định thời gian lưu bùn và tải lượng hữ cơ và các thành phần ô nhiễm; (4) Tính toán lượng bùn phát sinh;

(5) Tính toán nhu cầu ôxi cần thiết và công suất khí cần cấp;

(6) Xác định nhu cầu về các thành phần dinh dưỡng;

(7) Nhu cầu về các hóa chất khác như độ kiềm;

(8) Tính toán thiết kế bể lắng;

(9) Xác định đặc tính nước thải sau xử lý

2.2.2.1 Lựa chọn dạng công trình làm thoáng

Các tiêu chí quan trọng trong lựa chọn dạng công trình làm thoáng gồm:

- Ảnh hưởng của các thông số động học;

- Nhu cầu cấp ôxi;

- Đặc tính của nước thải cần xử lý;

- Các điều kiện môi trường tại khu vực;

- Chi phí đầu tư;

- Khả năng xây dựng mở rộng khi cần tăng công suất

Thời gian lưu bùn/Tuổi bùn (SRT)

SRT là khoảng tời gian bùn được lưu lại trong hệ thống SRT là thông số thiết

kế quan trọng liên quan tới hiệu suất công tác của hệ thống, dung tích bể làm thoáng, lượng bùn phát sing và nhu cầu ôxi Giá trị của SRT tương ứng với mục đích xử lý được nêu trong bảng 2-5

Bảng 2-4 Các công thức động học về quá trình XLNT bằng bùn hoạt tính

(ngđ-1) Tốc độ tăng trưởng riêng cực

(X VSS)( ) (V = P X VSS. )SRT (1-25) S Nồng độ chất nền (g/m

3; mg/L)

Thời gian lưu bùn (ngđ) Tổng lượng chất rắn lơ lửng

(kg)

(mgđ-1) Thể tích (m3)

mg/L)

3

' 3

K kXS

Xử lý BOD trong nước thải sinh hoạt 1 – 2 Nhiệt độ

Chuyển hóa các thành phần hữu cơ không

tan trong nước thải sinh hoạt 2 – 4 Nhiệt độ

Tạo các bông bùn để xử lý nước thải sinh

Tạo các bông bùn để xử lý nước thải công

Phân hủy các thành phần chất kháng sinh 5 – 50 Nhiệt độ/dạng vi

khuẩn/ hợp chất

Tỷ lệ dinh dưỡng và vi khuẩn (F/M)

F/M là thông số thường được sử dụng để biểu thị đặc tính của quá trình và các

điều kiện vận hành vận hành Đối với các hệ thống bùn hoạt tính, tỷ lệ F/M thường trong khoảng từ 0,04 g-BOD/g-VSSngđ (hệ thống làm thoáng kéo dài) tới 1,0 g-BOD/g-VSSngày đêm (hệ thống xử lý tốc độ cao)

Tải lượng hữu cơ theo thể tích (VLR)

Tải lượng hữu cơ theo thể tích được xác định bằng lượng BOD hoặc COD cấp vào một đơn vị thể tích bể làm thoáng trong một ngày tính bằng kg-BOD/m3ngđ hoặc kg-COD/m3ngđ) VLR thường trong khoảng 0,3 – 3,0

Lượng bùn phát sinh

Lượng sinh khối bùn hoạt tính sẽ tăng dần theo thời gian và tỷ lệ với lượng chất nền được phân hủy Mối quan hệ này được biểu thị bằng công thức (1-33)

P X.VSS = Lượng sinh khối bùn hoạt tính dư hình thành hàng ngày (kg-VSS/ngđ)

Yobs = Hệ sô tăng trưởng sinh khối (g-VSS/g-chất nền được khử)

Q = Lưu lượng nước thải (m3/ngđ)

S 0 = Nồng độ chất nền trong nước cần xử lý (mg/L)

S = Nồng độ chất nền trong nước thải sau xử lý (mg/L)

Lượng sinh khối bùn có thể được tính toán theo sự tăng trưởng của các dạng

vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy chất bẩn có trong nước thải và được biểu thị dưới dạng chất bay hơi (VSS) theo công thức (1-34) và dưới dạng chất khô theo công thức (1-35)

khuẩn dị dưỡng

(B) Sinh khối nội bào

(C) Sinh khối vi khuẩn nitrat hóa

(D) VSS không phân hủy sinh học trong nước thải

đầu vào

(E) iTSS trong nước thải đầu

Trong đó:

TSSo = Nồng độ TSS trong nước thải cần xử lý (mg/L)

VSSo = Nồng độ VSS trong nước thải cần xử lý (mg/L)

2.2.2.2 Nhu cầu ôxi cần cấp cho quá trình xử lý

Nhu cầu ôxi cần thiết cho quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ gốc các bon được xác định từ phương trình cân bằng vật chất sử dụng bCOD trong nước sau xử lý và lượng sinh khối dư được xả khỏi hệ thống hàng ngày Nếu toàn bộ lượng bCOD trong nước thải đầu vào được ôxi hóa thành CO2, H2O và NH3, nhu cầu ô xi có thể xác định bằng nồng độ bCOD Tuy nhiên, trong thực tế, các vi khuẩn ôxi hóa một phần bCOD để giải phóng năng lượng và sử dụng phần còn lại

để tổng hợp tế bào Ôxi còn được sử dụng trong quá trình hô hấp nội bào của vi khuẩn và lượng ôxi cần cho quá trình này phụ thuộc vào SRT trong hệ thống Với giá trị SRT cho trước, có thể xây dựng được phương trình cân bằng vật chất của

Với hệ thống có thực hiện nitrat hóa, tổng nhu cầu ôxi được xác định theo công thức (1-36) bao gồm nhu cầu ôxi cho quá trình phân hủy các thành phần hữu cơ gốc các bon và lượng ô xi cần thiết cho phản ứng nitrat hóa

( 0 ) 1, 42 . 4,33 (NO )

Trong đó:

R o = Tổng lượng ôxi cần thiết (g/ngđ)

P X.bio = Lượng sinh khối tính theo VSS được xả bỏ (g/ngđ) (phần A, B,

C trong công thức 1-34)

Các thông số khác như đã được diễn giải tại các phần trước

Quá trình hòa tan ôxi

- Quá trình hòa tan ôxi vào nước sạch

K L a = Hệ số khuếch tán ôxi qua mặt thoáng của pha lỏng

C t = Nồng độ ôxi trong pha lỏng tại thời điểm t (mg/L)

C s = Nồng độ ôxi bão hòa không khí, tuân theo định luật Henry (mg/L)

C o = Nồng độ ôxi ban đầu (mg/L)

- Quá trình hòa tan ôxi vào nước thải

C = Nồng độ ôxi trong dung dịch nước thải (mg/L)

r M = Tốc độ tiêu thụ ôxi của các vi sinh vật

Thông thường, giá trị r M dao động trong khoảng 2  7 g/g-MLVSSngđ Nếu nồng

độ ôxi trong hỗn hợp nước thải được duy trì không đổi, giá trị dC/dt = 0, khi đó:

T

Trong đó:

K L a (T) = Hệ số hòa tan ôxi tại nhiệt độ T (s-1)

K L a (20oC) = Hệ số hòa tan ôxi tại nhiệt độ 20oC (s-1)

 = Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ  = (1,015  1,040);  = 1,024 thường

được dùng cho cả hai trường hợp làm thoáng bằng phân phối khí

và khuấy trộn cơ học

- Ảnh hưởng của điều kiện khuấy trộn và cấu trúc bể làm thoáng

(W.W) (C.W)

L L