›

Đồ án Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng Đồng Bằng sông Cửu Long

pdf 104 trang thiennha21 12/04/2022 5430
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng Đồng Bằng sông Cửu Long", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_nghien_cuu_cong_nghe_hop_khoi_xu_ly_nuoc_thai_sinh_hoa.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng Đồng Bằng sông Cửu Long

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HỢP KHỐI XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI HỘ GIA ĐÌNH VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Ngành: Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Giảng viên hướng dẫn : ThS. Lâm Vĩnh Sơn Sinh viên thực hiện : Liêu Trường Long MSSV: 1151080127 Lớp: 11DMT01 TP. Hồ Chí Minh, 2015
  2. LỜI CẢM ƠN Được sự phân công của Khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường, Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM và sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn Thầy: ThS. Lâm Vĩnh Sơn tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng Đồng bằng Sông Cửu Long”. Để hoàn thành đồ án này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cô trong Khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường, Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu và bổ ích, những tình cảm, công sức mà Thầy Cô giành cho tôi và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tiếp thu được những kiến thức cơ bản và những kiến thức chuyên sâu làm nền tảng cho sự nghiệp trong tương lai. Lời cảm ơn sâu sắc nhất tôi xin gởi đến Thầy: ThS. Lâm Vĩnh Sơn người đã tận tình, chu đáo hướng dẫn tôi thực hiện đồ án này. Sau cùng tôi xin cảm ơn gia đình đã tạo những điều kiện thuận lợi và là chỗ dựa cho tôi trong suốt những năm dài học tập. Đồng thời tôi cũng xin cảm ơn tất cả những bạn bè trong tập thể lớp 11DMT01 đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua, cũng như trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song do buồi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế chuyên môn cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa nhận thấy được. Tôi rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy Cô và các bạn để khóa luận được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 22 tháng 08 năm 2015 Sinh viên thực hiện Liêu Trường Long
  3. LỜI CAM ĐOAN Kính thưa Quý Thầy Cô Sau thời gian theo học tại trường Đại học Công nghệ TP.HCM, chuyên ngành Kỹ thuật môi trường, nay tôi đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng đồng bằng sông Cửu Long” Tôi xin cam đoan - Không sao chép đồ án, luận văn của bất cứ ai dưới bất kỳ hình thức nào; - Các số liệu sử dụng trong đồ án tốt nghiệp là do chính mình thực hiện. Các số liệu thu thập và kết quả phân tích trong báo cáo là trung thực; - Các tài liệu tham khảo đều có trích dẫn nguồn một cách rõ ràng và cụ thể; Tôi xin chịu trách nhiệm về sự cam đoan của mình. TP.HCM, ngày 22 tháng 08 năm 2015 Sinh viên thực hiện Liêu Trường Long
  4. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH – ĐỒ THỊ iii MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Nội dung nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 4 1.1.1 Định nghĩa và nguồn phát sinh 4 1.1.2 Thành phần 4 1.1.3 Đặc điểm, tính chất 4 1.1.4 Phân loại 7 1.2 Quy chuẩn đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt 8 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 8 1.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 8 1.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học 16 1.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý 23 1.3.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 28 1.3.5 Phương pháp khử trùng 43 1.3.6 Phương pháp xử lý cặn 47
  5. CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 48 2.1 Khái quát về ĐBSCL 48 2.2 Nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL 51 2.3 Đặc trưng và thành phần nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL 52 2.4 Thực trạng xử lý nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL 53 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 56 3.1 Thiết kế mô hình thí nghiệm 56 3.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình thiết kế 56 3.1.2 Sơ đồ nghiên cứu mô hình thực nghiệm 57 3.1.3 Quy trình lấy mẫu và phương pháp phân tích 58 3.1.4 Tính toán thiết kế mô hình 60 3.1.5 Mô tả mô hình thí nghiệm 62 3.2 Vận hành mô hình 64 3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị 64 3.2.2 Vận hành mô hình thí nghiệm 65 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 68 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý 68 4.1.1 Giá thể 68 4.1.2 Độ xáo trộn 68 4.1.3 Tải trọng thể tích 68 4.2 Kết quả chạy mô hình MBBR 68 4.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi 68 4.2.2 Giai đoạn chạy động 71 4.2.3 Giai đoạn chạy tĩnh 81 4.2.4 Xác định các hệ số động học 86 4.2.5 Hiệu quả xử lý Nitơ 88
  6. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 90 5.1 Kết luận 90 5.2 Kiến nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 93
  7. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU APHA : Là phương pháp xác định thông số ô nhiễm. BOD (Biological Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hoá): Là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ. BOD5 (Biological Oxygen Demand) : Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các chất hữu cơ với thời gian xử lý nước là 5 ngày với điều kiện nhiệt độ là 200C. BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường COD (Chemical oxygen demand – nhu cầu oxy hóa học) : Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. CHC : Chất hữu cơ ĐBSCL : Đồng bằng Sông Cửu Long B (Broad) : Chiều rộng H (Height) : Chiều cao L (Length) : Chiều dài NTSH : Nước thải sinh hoạt SS (Suspended Solid) : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước QCVN : Quy chuẩn Việt Nam i
  8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình 1 ngày tính theo đầu người 5 Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp APHA 5 Bảng 1.3 Giá trị điển hình của các thành phần có trong nước thải sinh hoạt 6 Bảng 3.1 Thông số đầu vào 64 Bảng 4.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD ở giai đoạn thích nghi 24h 69 Bảng 4.2 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 24h 71 Bảng 4.3 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 12h 73 Bảng 4.4 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 8h 75 Bảng 4.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 24h 77 Bảng 4.6 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 12h 78 Bảng 4.7 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 8h 80 Bảng 4.8 Kết quả phân tích các chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 24h 81 Bảng 4.9 Kết quả phân tích các chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 12h 82 Bảng 4.10 Kết quả phân tích các chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 6h 84 Bảng 4.11 Hiệu suất xử lý nitơ 88 ii
  9. DANH MỤC CÁC HÌNH – ĐỒ THỊ Hình 1.1 Song chắn rác 10 Hình 1.2 Bể lắng cát 12 Hình 1.3 Bể tách dầu mỡ 13 Hình 1.4 Bể điều hoà 14 Hình 1.5 Mô hình bể lắng radian 15 Hình 1.6 Bể lọc 16 Hình 1.7 Sơ đồ thể hiện sự hoà trộn giữa nước thải có tính acid và bazơ 17 Hình 1.8 Sơ đồ trung hoà nước thải chứa acid bằng cách lọc qua lớp đá vôi 18 Hình 1.9 Hoá chất keo tụ 19 Hình 1.10 Quá trình tạo bông cặn 19 Hình 1.11 Phương pháp quang xúc tác 23 Hình 1.12 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi sinh vật trong bể xử lý sinh học 30 Hình 1.13 Đồ thị về sự biến động của các VSV chủ đạo trong bể xử lý sinh học 30 Hình 1.14 Ao hồ sinh học 32 Hình 1.15 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống 34 Hình 1.16 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có ngăn tiếp xúc 35 Hình 1.17 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thoáng kéo dài 35 Hình 1.18 Bể Aerotank thông khí cao có khuấy trộn hoàn chỉnh 36 Hình 1.19 Bể Oxytank 36 Hình 1.20 Mương oxy hoá 37 Hình 1.21 Bể lọc sinh học 38 Hình 1.22 Đĩa quay sinh học 38 Hình 1.23 Bể SBR 40 Hình 1.24 Bể UASB 42 Hình 2.1 ĐBSCL trên bản đồ Việt Nam 51 Hình 2.2 Ô nhiễm nước ở ĐBSCL 55 iii
  10. Hình 3.1 Màng lọc MBBR hiếu khí và thiếu khí 56 Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm 63 Hình 3.4 Mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm 63 Hình 3.5 Sơ đồ các mặt cắt của mô hình 67 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở giai đoạn thích nghi . 70 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở giai đoạn thích nghi 70 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 24h 72 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 24h 73 Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 12h 74 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 12h 75 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 8h 76 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 8h 77 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 24h 78 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 12h 79 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 8h 80 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 24h 81 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 24h 82 Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 12h 83 Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 12h 83 Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 6h 84 Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 6h 85 Hình 4.18 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số Y và Kd 87 Hình 4.19 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số K và Ks 88 Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý Nitơ 89 iv
  11. Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây vấn đề ô nhiễm toàn cầu nói chung và ô nhiễm môi trường nước nói riêng tại Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) đã và đang là mối lo ngại rất cần sự quan tâm và chung tay bảo vệ từ cộng đồng. Về ĐBSCL có lẽ không ai lạ gì một vùng đất có tiếng cây lành trái ngọt, con người hào phóng, cởi mở. Tuy lịch sử hình thành muộn hơn so với nhiều nơi, nhưng trong một thời gian ngắn, nơi đây trở thành khu vực kinh tế nông nghiệp phát triển vào bậc nhất của cả nước, với vựa lúa lớn nhất chiếm 90% khối lượng gạo xuất khẩu, vựa trái cây lớn nhất chiếm 70% khối lượng xuất khẩu, là vựa thủy sản lớn nhất chiếm trên 50% khối lượng xuất khẩu. Không chỉ có kinh tế, ĐBSCL còn làm nên các giá trị văn hóa đặc trưng sông nước miệt vườn là “điểm đến” hấp dẫn du khách trong và ngoài nước. Chính vì sự phát triển nhảy vọt về kinh tế đi cùng với sự bùng nổ dân số đã tạo ra một khối lượng lớn nước thải gây ô nhiễm ở ĐBSCL gây ra một số bệnh đường ruột thậm chí là ung thư do các hóa chất có trong nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của người dân cũng như làm hư hại nhiều công trình vận tải biển, các công trình thủy lợi, nguồn lợi từ thủy sản cạn kiệt dần. Cũng có nhiều công trình giảm thiểu ô nhiễm đã được thực hiện và hoạt động nhưng nhìn chung vẫn còn nhiều tồn đọng như : chưa thu gom hết được nước thải vì điều kiện địa hình trũng, ngập nước và nhiều sông rạch, bên cạnh đó giá thành công trình cũng khó khăn. Đứng trước thực trạng đáng báo động này, đề tài “Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện với mong muốn ứng dụng được mô hình xử lý nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL triển khai cho các hộ gia đình để góp phần khắc phục tình trạng ô nhiễm, cải thiện chất lượng môi trường. Và cuối cùng hy vọng rằng công nghệ mới này sẽ nhanh 1
  12. Đồ án tốt nghiệp chóng nhận được ủng hộ của các cấp chính quyền cũng như sự hài lòng của người dân nơi đây. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát hiện trạng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL. - Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý nước thải sinh hoạt các cụm dân cư vùng ĐBSCL bằng công nghệ MBBR + Anoxic dạng hợp khối kiểu pilot. - Xác định hiệu quả xử lý nước thải của công nghệ MBBR + Anoxic so với các nghiên cứu tương tự, tìm ra chu kỳ thích hợp để vận hành hệ thống. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Nước thải sinh hoạt ở ĐBSCL. - Phương pháp xử lý MBBR + Anoxic. - Mô hình thực nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp với quy mô các cụm dân cư tại ĐBSCL. Phạm vi nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu này được thực hiện đối với nước thải sinh hoạt. - Vận hành mô hình thực nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm, thiết kế phù hợp với quy mô các cụm dân cư tại ĐBSCL. Đánh giá khả năng xử lý COD (Nhu cầu oxy hóa học), SS (chất rắn lơ lửng), N (Nitơ tổng) với 3 thời gian lưu khác nhau: 8h, 12h và 24h. 4. Nội dung nghiên cứu - Xác định chất lượng nước sinh hoạt tại hộ gia đình trên địa bàn, cách xả thải. - Lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp. - Tiến hành xây dựng mô hình thử nghiệm. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra Khảo sát tình hình xả thải nước thải sinh hoạt tại địa phương. 2
  13. Đồ án tốt nghiệp - Phương pháp phân tích, tổng hợp. Tìm hiểu về thành phần, tính chất của nước thải sinh hoạt tại địa phương. Thu thập các tài liệu về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt. - Phương pháp khảo sát hiện trường. Thực hiện các đợt khảo sát thực tế tại địa phương để thu thập thông tin và số liệu về tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại địa phương. - Phương pháp thực nghiệm trên mô hình trong điều kiện thí nghiệm. - Phương pháp chuyên gia Tham vấn ý kiến của giáo viên hướng dẫn, các giáo viên trong khoa, các chuyên gia trong ngành môi trường và xử lý nước thải, những người có trách nhiệm xây dựng và vận hành hệ thống. - Phương pháp so sánh So sánh kết quả thí nghiệm với các nghiên cứu tương tự. 3
  14. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 1.1.1 Định nghĩa và nguồn phát sinh Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rữa, 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. Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư phụ thuộc vào quy mô dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. 1.1.2 Thành phần Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại: - Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh. - Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà. 1.1.3 Đặc điểm, tính chất Nước thải sinh hoạt thường bốc mùi, có màu sẫm đen, có nhiều váng và cặn lơ lửng gây ảnh hường đến sức khỏe, tính mạng của con người và sinh vật. Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan, các chất dinh dưỡng, các vi trùng gây bệnh. Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo ( 5-10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/L theo trọng lượng khô. Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp. 4
  15. Đồ án tốt nghiệp Giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các chất lắng hoặc BOD5 có một mối tương quan nhất định. Tải trọng chất thải trung bình tính theo đầu người ở điều kiện ở Đức với nhu cầu cấp nước 150l/ngày được trình bày như sau: Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình 1 ngày tính theo đầu người Tổng chất thải Chất thải hữu cơ Các chất (g/người.ngày) (g/người.ngày) Tổng lượng chất thải 190 110 Các chất tan 100 50 Các chất không tan 90 60 Chất lắng 60 40 Chất không lắng 30 20 (Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – ThS. Lâm Vĩnh Sơn) Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp APHA Mức độ ô nhiễm Các chất Đơn vị Trung bình Thấp Tổng chất rắn 1000 500 - Chất rắn hòa tan mg/l 700 350 - Chất rắn không tan 300 150 - Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 600 350 Chất rắn lắng mg/l 12 8 BOD5 mg/l 300 200 Oxy hòa tan mg/l 0 0 Tổng Nitơ mg/l 85 50 Nitơ hữu cơ mg/l 35 20 Nitơ amoniac mg/l 50 30 5
  16. Đồ án tốt nghiệp Nitrite mg/l 0.1 0.05 Nitrate mg/l 0.4 0.2 Clorua mg/l 175 100 Độ kiềm mgCaCO3 200 100 Chất béo mg/l 40 20 Tổng Photpho mg/l - 8 (Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – ThS. Lâm Vĩnh Sơn) Bảng 1.3 Giá trị điển hình của các thành phần có trong nước thải sinh hoạt Các chất Đơn vị Giá trị điển hình COD mg/l 500 BOD5 mg/l 250 SS mg/l 220 Photpho mg/l 8 Nitơ NH3 mg/l 40 Nitơ hữu cơ TSS mg/l 720 pH - 6.8 (Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Th.S Lâm Vĩnh Sơn) Như vậy nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Thông thường các quá trình xử lý sinh học cần các chất dinh dưỡng theo tỉ lệ sau: BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 (tỉ lệ theo khối lượng). Một tính chất đặc trưng nữa của Nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bới các vi sinh vật và khoảng 20-40% BOD thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn. 6
  17. Đồ án tốt nghiệp  Tác hại đến môi trường của nước thải sinh hoạt do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra : - COD, BOD : sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng và làm giảm pH của môi trường. - SS : lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí. - Nhiệt độ : nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nước. - Màu : mất mỹ quan. - Dầu mỡ : gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước. - Ammonia, P : đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá (sự phát triển bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra ). - Vi trùng gây bệnh : gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da; Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4; làm cho nước có mùi hôi thối. 1.1.4 Phân loại Với mỗi nguồn nước thải có những đặc trưng riêng, từ đó có thể phân loại để xử lý triệt để, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo quy định của nhà nước và pháp luật. 1.1.4.1 Nước thải từ khu vệ sinh (Nước đen) Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: các chất hữu cơ như phân, nước tiểu, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. 7
  18. Đồ án tốt nghiệp Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy là COD, Nitơ và Photpho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng N và P cao. 1.1.4.2 Nước thải khu nhà bếp Nước thải khu nhà bếp có đặc trưng là nước chứa thành phần hàm lượng dầu mỡ rất cao, lượng cặn, rác lớn lượng dầu mỡ này có thể ảnh hưởng đến các quá trình xử lý đằng sau nên nước thải khu nhà bếp cần phải được xử lý sơ bộ tách dầu mỡ trước khi đưa vào hệ thống xử lý. 1.1.4.3. Nước thải từ khu tắm giặt (Nước xám) Loại nước thải này chứa thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể, do đó không cần xử lý sơ bộ mà đưa luôn vào hệ thống xử lý phía sau. 1.1.4.4. Nước thải giặt là Nước thải giặt là có tính chất hoàn toàn khác biệt với những loại nước thải khác, hàm lượng chất hữu có không đáng kể mà chủ yếu là các hóa chất dùng để tẩy rửa. Các hóa chất này cần phải được xử lý theo phương pháp khác so với các loại nước thải trên, tránh gây ảnh hưởng đến quá trình xử lý chung. 1.2 Quy chuẩn đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/ cột B của BTNMT. 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 1.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học Phương pháp này được sử dụng để tách các tạp chất không hòa tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi; ) và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Các công trình xử lý cơ học bao gồm: 8
  19. Đồ án tốt nghiệp 1.3.1.1 Song chắn rác và lưới chắn rác  Song chắn rác: Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc có thể đặt tại các miệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lớn như: gỗ, nhánh cây, lá cây, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, đồng thời bảo vệ các công trình và thiết bị phía sau như tránh hỏng bơm, tránh tắc nghẽn đường ống, mương dẫn. Dựa vào khoảng cách các thanh, song chắn rác được chia thành 2 loại: - Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ: 30 ÷ 200 mm. - Song chắn rác tinh có khoảng cách giữa các thanh từ: 5 ÷ 25 mm. Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo. Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác. Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực của dòng chảy người ta phải thường xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách cào rác thủ công hoặc cơ giới. Tốc độ nước chảy (v) qua các khe hở nằm trong khoảng (0,65m/s ≤ v ≤ 1m/s. Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộng khe hở của các song thay đổi. Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm xử lý nhỏ có lượng rác < 0,1 m3/ng.đ. Khi rác tích lũy ở song chắn, mỗi ngày vài lần người ta dùng cào kim loại để lấy rác ra và cho vào máng có lỗ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý tiếp tục. Song chắn rác với cào rác cơ giác hoạt động liên tục, răng cào lọt vào khe hở giữa các thanh kim loại, cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ phận truyền động. Khi lượng rác được giữ lại lớn hơn 0,1 m3/ng.đ và khi dùng song chắn rác cơ giới thì phải đặt máy nghiền rác. Rác nghiền được cho vào hầm ủ Biogas hoặc cho về kênh trước song chắn. Khi lượng rác trên 1 tấn/ng.đ cần phải thêm máy nghiền rác dự phòng. Việc vận chuyển rác từ song đến máy nghiền phải được cơ giới hóa. Tuy nhiên 9
  20. Đồ án tốt nghiệp nếu lắp đặt máy nghiền rác trước bể lắng cát nên chú ý cát sẽ làm mòn các lưỡi dao và sỏi có thể gây kẹt máy. Hình 1.1 Song chắn rác  Lưới chắn rác: Lưới chắn rác dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi các thành phần quý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thước. Kích thước mắt lưới từ 0,5÷ 1,0 mm. Lưới chắn rác thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay ( hay còn gọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình đĩa. Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy cặn 1.3.1.2 Bể lắng cát (Sand Sedimentation Tank) Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như: cát, sỏi, mảnh kim loại, tro, than vụn nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau. Trong nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này. Vì vậy trong các trạm xử lý nhất thiết phải có bể lắng cát. Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp. Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên 10
  21. Đồ án tốt nghiệp việc đặt sau song chắn có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn. Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ sẽ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng. Ở đây phải tính toán thế nào để cho các hạt cát và hạt vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống còn các chất lơ lửng hữu cơ khác trôi đi. Chú ý thời gian lưu tồn nước nếu quá nhỏ sẽ không đảm bảo hiệu suất lắng, nếu lớn quá sẽ có các chất hữu cơ lắng. Các bể lắng thường được trang bị thêm thanh gạt chất lắng ở dưới đáy, gàu múc các chất lắng chạy trên đường ray để cơ giới hóa việc xả cặn. Bể lắng cát gồm những loại sau: - Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể. Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể. - Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Chế độ dòng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên , trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy. - Bể lắng cát tiếp tuyến: Là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài. - Bể lắng cát làm thoáng (Bể lắng cát thổi khí): Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị phun khí. Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét đáy bể với vận tốc vừa đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng có thể lắng. 11
  22. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2 Bể lắng cát  Sân phơi cát: Cặn xả ra từ bể lắng còn chứa nhiều nước nên phải phơi ở sân phơi cát hoặc hố chứa cát đặt ở gần bể lắng cát. Xung quanh sân phơi cát phải có bờ đắp cao 1-2m. Kích thước sân phơi cát được xác định với điều kiện tổng chiều cao lớp cát h chọn bằng 3- 5m/năm. Cát khô thường xuyên được chuyển đi nơi khác. Khi đất thấm tốt thì xây dựng sân phơi cát với nền tự nhiên. Nếu là đất thấm nước kém hoặc không thấm nước thì phải xây dựng nền nhân tạo. Khi đó phải đặt hệ thống ống ngầm có lỗ để thu nước thấm xuống. Nước này có thể dẫn về trước bể lắng. 1.3.1.3 Bể tách dầu mỡ (Accessible Grease Cup) Nước thải của một số xí nghiệp ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp ép dầu thường có lẫn mỡ. Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt nước. Nước thải sau xử lý không có lẫn dầu mỡ mới được phép cho chảy vào các thủy vực. Hơn nữa, nước thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong bể aerotank Ngoài cách làm các gạt đơn giản bằng các tấm sợi quét trên mặt nước, người ta chế tạo ra các thiết bị tách dầu, mỡ trước dây chuyền công nghệ xử lý nước thải. 12
  23. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.3 Bể tách dầu mỡ 1.3.1.4 Bể điều hòa (Accessible Conditioning) Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này. Có 2 loại bể điều hòa: - Bể điều hòa lưu lượng. - Bề điều hòa lưu lượng và chất lượng. Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý. Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào công trình phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó. Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải. 13
  24. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4 Bể điều hòa 1.3.1.5 Bể lắng (Clarifier) Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: - Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan. - Bể lắng đợt 2 : Được đặt sau công trình xử lý sinh học, dùng để lắng các cặn vi sinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến (bể lắng radian). 14
  25. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.5 Mô hình bể lắng radian 1.3.1.6 Bể lọc (Filter – Bed) Nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một số loại nước thải công nghiệp. Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các tạp chất không hòa tan và 20% BOD, hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 30-35% theo BOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ cơ học. Nếu điều kiện vệ sinh cho phép thì sau khi xử lý cơ học nước thải được khử và xả lại vào nguồn, nhưng thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi qua giai đoạn xử lý sinh học. Bể lọc thường làm việc với hai chế độ lọc và rửa lọc. Quá trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quý hiếm có trong nước thải. Các loại bể lọc thường được phân loại như sau: Lọc qua vách lọc. 15
  26. Đồ án tốt nghiệp Bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Bể lọc chậm. Bể lọc nhanh. Cột lọc áp lực. Hình 1.6 Bể lọc 1.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học Thực chất của phương pháp xử lý hóa học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học và tạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất hòa tan nhưng không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử lý hóa học thường được áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp. Tùy thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hóa học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải. 1.3.2.1 Phương pháp trung hòa Nước thải của nhiều ngành công nghiệp có thể chứa axit hoặc kiềm. Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch 16
  27. Đồ án tốt nghiệp và nguồn nước không bị phá hoại, ta cần phải trung hòa nước thải. Trung hòa còn nhằm mục đích tách một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải. Mặc khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về 6.6-7.6. Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải. Một số hóa chất dùng để trung hòa: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl,HNO3; Các phương pháp trung hòa bao gồm: Trung hòa lẫn nhau giữa nước thải chứa acid và nước thải chứa kiềm: Hình 1.7 Sơ đồ thể hiện sự hòa trộn giữa nước thải có tính acid và bazơ Với 2 nguồn nước thải có tính acid và bazơ được hòa trộn với nhau ở bể trộn 2, tại bể trộn phải đặt thêm hệ thống bổ sung hóa chất phòng trường hợp pH vẫn chưa được trung hòa đến mức độ cần thiết. Sau đó nước hỗn hợp được qua bể lắng 3 và ra ngoài. Trung hòa bằng cách thêm hóa chất: - Đối với dịch thải có tính acid, dùng các loại chất kiềm như: NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH - Đưa hóa chất vào nước thải bằng bơm định lượng hóa chất có đầu dò pH. 17
  28. Đồ án tốt nghiệp - Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và hóa chất trong bể trung hòa thường nhỏ hơn 5 phút. Nếu trong nước thải có các ion kim loại thì có thể tăng thời gian tiếp xúc lên đến 30 phút. - Người ta phân biệt ba loại nước thải có chứa axit như sau : Nước thải chứa axit yếu (H2CO3,CH3COOH) Nước thải chứa axit mạnh (HCl, HNO3), các muối canxi của chúng dễ tan trong nước. Nước thải chứa axit mạnh (H2SO4, H2CO3), các muối canxi của chúng khó tan trong nước. Trung hòa dịch thải chứa acid bằng cách lọc qua các vật liệu trung hòa như: CaCO3, Dolomit, với cỡ hạt 3-8 mm. - Tốc độ lọc tính toán phụ thuộc vào loại vật liệu nhưng không quá 5m/h và thời gian tiếp xúc không quá 10 phút. - Trong các bể lọc nước có thể chuyển động theo phương ngang hay đứng. Hình 1.8 Sơ đồ trung hòa nước thải chứa acid bằng cách lọc qua lớp đá vôi  Để lựa chọn tác chất thực hiện phản ứng trung hòa, cần dựa vào các yếu tố: - Loại acid hoặc bazơ có trong nước thải và nồng độ của chúng. - Độ hòa tan của các muối được hình thành do kết quả phản ứng hóa học. 1.3.2.2 Phương pháp đông tụ và keo tụ Trong nước tồn tại nhiều chất lơ lửng khác nhau. Các chất này có thể dùng phương pháp xử lý khác nhau tùy vào kích thước của chúng: 18
  29. Đồ án tốt nghiệp  d > 10-4 mm: dùng phương pháp lắng lọc.  d < 10-4 mm: phải kết hợp phương pháp cơ học cùng phương pháp hóa học. Tức là cho vào các chất tạo khả năng dính kết để kéo các hạt lơ lửng lắng theo gọi là phương pháp keo tụ trong xử lý nước. Dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ (phèn) và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn. Phèn sắt Phèn nhôm Hình 1.9 Hóa chất keo tụ Hình 1.10 Quá trình tạo bông cặn 19
  30. Đồ án tốt nghiệp Phương pháp đông tụ - keo tụ là quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương, độ bền tập hợp bị phá hủy, hiện tượng lắng xảy ra. Sử dụng đông tụ hiệu quả khi các hạt keo phân tán có kích thước 1-100 µm. Để tạo đông tụ, cần có các chất đông tụ như: Phèn nhôm: phèn nhôm Al2(SO4)3.18H20. Độ hòa tan của phèn nhôm trong nước ở 20oC la 362g/l. pH tối ưu là 5.4 - 8. Phèn nhôm: cho vào nước chúng phân ly thành Al3+ 3+ + Al + 3H2O Al(OH)3 + 3H Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân:  pH > 4.5: không xảy ra quá trình thủy phân.  pH = 5.5 - 7.5: đạt tốt nhất.  pH > 7.5: hiệu quả keo tụ không tốt. Nhiệt độ của nước thích hợp vào khoảng 20-40oC, tốt nhất 35-40oC. Ngoài ra, các yếu tố ảnh hưởng khác như: thành phần ion, chất hữu cơ, liều lượng, o Phèn sắt: Phèn sắt FeSO4.7H20. Độ hòa tan của phèn nhôm trong nước ở 20 C là 265g/l. Quá trình đông tụ bằng phèn sắt xảy ra tốt nhất ở pH > 9. Phèn sắt gồm Fe(II) và Fe (III): Phèn Fe (II): khi cho phèn sắt (II) vào nước thì Fe(II) sẽ bị thủy phân thành Fe(OH)2. 2+ + Fe + 2H20 Fe(OH)2 + 2H - Trong nước có O2 tạo thành Fe(OH)3. - pH thích hợp là 8-9 ═> có kết hợp với vôi thì keo tụ tốt hơn. - Phèn FeSO4 kỹ thuật chứa 47-53% FeSO4. Phèn Fe (III): khi cho phèn sắt (III) vào nước thì Fe(III) sẽ bị thủy phân thành Fe(OH)3. 3+ + Fe + 3H20 Fe(OH)3 + 3H - Phản ứng xảy ra khi pH > 3.5 20
  31. Đồ án tốt nghiệp - Hình thành lắng nhanh khi pH= 5.5 – 6.5. So sánh phèn sắt và phèn nhôm:  Độ hòa tan Fe(OH)3 < Al(OH)3  Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1.5 Al(OH)3  Trọng lượng đối với Fe(OH)3= 2.4; Al(OH)3= 3.6  Keo sắt vẫn lắng khi nước có ít huyền phù.  Lượng phèn FeCl3 dùng = 1/3 - 1/2 phèn nhôm.  Phèn sắt ăn mòn đường ống. 1.3.2.3 Phương pháp điện hóa học Nhằm phá hủy các tạp chất độc hại ở trong nước bằng cách oxy hóa điện hóa trên cực anốt hoặc dùng để phục hồi các chất quý. Cơ sở của sự điện phân gồm hai quá trình: Oxy hóa ở anot và khử ở catot. Xử lý bằng phương pháp điện hóa rất thuận lợi đối với những loại nước thải có lưu lượng nhỏ và ô nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ đậm đặc.  Oxy hóa khử Các chất bẩn trong nước thải công nghiệp chứa các chất bẩn dạng hữu cơ và vô cơ. Dạng hữu cơ bao gồm đạm, mỡ đường, các chất chứa phenol, nitơ, Đó là những chất có thể bị phân hủy bởi vi sinh có thể xử lý bằng phương pháp sinh hóa. Nhưng có một số chất có những nguyên tố không thể xử lý được bằng phương pháp sinh hóa ( đó là những kim loại nặng như đồng, chì, niken, coban, sắt, mangan, crom, ). Vì vậy, để xử lý những chất độc hại, người ta thường dùng phương pháp hóa học và hóa lý, đặc biệt thông dụng nhất là phương pháp oxy hóa khử.  Oxy hóa bằng Clo Clo và các chất có chứa Clo hoạt tính là những chất oxy hóa có thể lợi dụng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải. 21
  32. Đồ án tốt nghiệp  Oxy hóa bằng hyđro peoxit Hyđro peoit H2O2 là một chất lỏng không màu có thể trộn lẫn với nước ở bất kỳ tỉ lệ nào. H2O2 được dùng để oxy hóa các nittrit, các alđehit, phenol, xyanua, các chất thải chứa lưu huỳnh và các chất nhuộm mạnh.  Oxy hóa bằng oxy trong không khí Ngoài chức năng là oxy trong không khí được sử dụng để tách sắt ra khỏi nước cấp, oxy còn sử dụng để oxy hóa sunfua trong nước thải của nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ Quá trình oxy hóa hyđrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra qua các giai đoạn thay đổi hóa trị của lưu huỳnh từ -2 đến -6. 2- 2- 2- 2- 2- S S S10O6 S2O3 SO3 SO4  Oxy hóa bằng pyroluzit Pyroluzit thường được sử dụng để oxy hóa As3+ đến As5+ theo phản ứng sau: H2AsO2 + MnO2 + H2SO4 H2AsO4 + MnSO4 +H2O Khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng mức độ oxy hóa. Chế độ oxy hóa tối ưu như sau: Lượng MnO2 tiêu tốn: MnO2 bằng 4 lần so với lượng tính toán theo lý thuyết: độ oxit của nước là 30-40g/l; nhiệt độ của nước là 70oC -80OC. Qúa trình oxy hóa này thường được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu MnO2 buộc khuấy trộn nước thải với vật liệu MnO2.  Ozon hóa Phương pháp này dùng để khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các mùi vị lạ có trong nước. Quá trình oxy hóa có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản xuất dầu mỏ, H2S, các hợp chất Asen, các chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm, Trong xử lý bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và xảy ra sự khử trùng đối với nước. Các vi khuẩn bị chết nhanh so với xử lý bằng clo vôi nghìn lần. 22
  33. Đồ án tốt nghiệp 1.3.2.4 Phương pháp quang xúc tác Quá trình quang xúc tác là quá trình kích thích các phản ứng quang hóa bằng chất xúc tác, dựa trên nguyên tắc chất xúc tác Cat nhận năng lượng ánh sáng sẽ chuyển sang dạng hoạt hóa Cat, sau đó Cat sẽ chuyển năng lượng sang cho chất thải và chất thải sẽ bị biến đổi sang dạng mong muốn. Quá trình có thể tóm tắt như sau: Cat + năng lượng ánh sáng Cat Cat + chất thải chất thải + Cat Chất thải sản phẩm Một số chất bán dẫn được sử dụng làm chất quang xúc tác trong đó ZnO, TiO2, Zn2Tio2, CdS là các chất cho hiệu quả cao. TiO2 rất hiệu quả trong việc phân hủy chlorofrom và urea. Quá trình quang xúc tác xảy ra với bức xạ nhỏ hơn 4200oA tạo nên oxy hoạt tính phân hủy hoàn toàn các chất thải hữu cơ thành CO2 và nước (Nemerow và Dasgupta, 1991). Hình 1.11 Phương pháp quang xúc tác 1.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học. Phương pháp xử lý hóa lý bao gồm các phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc, lọc ngược; Phương pháp hóa lý được sử 23
  34. Đồ án tốt nghiệp dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có nhiều ưu điểm như: Loại được các hợp chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học. Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật. Có thể thu hồi các chất khác nhau. Hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn. 1.3.3.1 Tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi thường được áp dụng để tách các chất rắn không tan hoặc tan hoặc lỏng có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền. Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách, gọi là tuyển nổi tự nhiên. Trong xử lý chất thải tuyển nổi thường sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt.  Phân loại:  Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học Các trạm tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học (tuabin hướng trục) được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực khai khoáng cũng như trong lĩnh vực xử lý nước thải. Các thiết bị kiểu này cho phép tạo bọt khí khá nhỏ.  Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun, qua các tấm xốp) - Tuyển nổi phân tán không khí qua các vòi phun : Thường được sử dụng để xử lý nước thải chứa các tạp chất tan dễ ăn mòn vật liệu chế tạo các thiết bị cơ giới (bơm, tuabin) với các chi tiết chuyển động. - Tuyển nổi phân tán không khí qua tấm xốp, chụp xốp: Tuyển nổi không khí qua tấm xốp, chụp hút có ưu điểm so với các biện pháp tuyển nổi khác , cấu tạo các ngăn tuyển nổi giống như cấu tạo 24
  35. Đồ án tốt nghiệp của aeroten, ít tốn điện năng, không cần thiết bị cơ giới phức tạp, rất có lợi khi xử lý nước thải có tính xâm thực cao. Khuyết điểm của biện pháp tuyển nổi này là : các lỗ của các tấm xốp, chụp xốp chống bị tắt làm tăng tổn thất áp lực, khó chọn vật liệu xốp đáp ứng yêu cầu về kích thước các bọt khí.  Tuyển nổi với tách không khí từ nước (tuyển nổi chân không; tuyển nổi không áp; tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước) Biện pháp này được sử dụng rộng rãi với nước thải chứa chất bẩn kích thước nhỏ vì nó cho phép tạo bọt khí rất nhỏ. Thực chất của biện pháp này là tạo ra một dung dịch (nước thải) bão hoà không khí. Sau đó không khí tự tách ra khỏi dung dịch ở dạng các bọt khí cực nhỏ. Khí các bọt khí này nổi lên bề mặt sẽ kéo theo các chất bẩn. Tuyển nổi với tách không khí từ nước phân biệt thành : tuyển nổi chân không, tuyển nổi không áp, tuyển nồi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí - nước.  Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hoá học - Tuyển nổi điện Khi dòng điện một chiều đi qua nước thải, ở một trong các điện cực (catot) sẽ tạo ra khí hydro. Kết quả nước thải được bão hoà bởi các bọt khí và khi nổi lên kéo theo các chất bẩn không tan tạo thành váng bọt bề mặt. Ngoài ra nếu trong nước thải chứa các chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi thành phần hoá học và tính chất của nước, trạng thái các chất không tan do có các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hoá khử xảy ra. Cường độ của các quá trình này phụ thuộc vào các yếu tố: + Thành phần hoá học nước thải; + Vật liệu các điện cực (tan hoặc không tan); + Các thông số của dòng điện : điện thế, cường độ, điện trở suất. - Tuyển nổi sinh học và hoá học 25
  36. Đồ án tốt nghiệp Dùng để cô đặc từ bể lắng đợt 1. Cặn từ bể lắng đợt 1 được tập trung vào một bể đặc biệt vào được đun nóng tới nhiệt độ 35 – 550C trong vài ngày. Do sinh vật phát triển làm lên men chất bẩn tạo bọt khí nổi lên, kéo theo cặn cùng nổi lên bề mặt, sau đó gạt vớt lớp bọt. Kết quả cặn giảm được độ ẩm tới 80 %. 1.3.3.2 Trích ly Trong hỗn hợp hai chất lỏng không hòa tan lẫn nhau, bất kỳ một chất thứ ba nào khác sẽ hòa tan trong hai chất lỏng trên theo quy luật phân bố. Như vậy trong nước thải chứa các chất bẩn, nếu chúng ta đưa vào một dung môi và khuấy đều thì các chất bẩn đó hòa tan vào dung môi theo đúng quy luật phân bố đã nói và nồng độ chất bẩn trong nước sẽ giảm đi. Tiếp tục tách dung môi ra khỏi nước thì nước thải coi như được làm sạch. Phương pháp tách chất bẩn hòa tan như vậy gọi là phương pháp trích ly. Hiệu suất xử lý nước thải tùy thuộc vào khả năng phân bố của chất bẩn trong dung môi, giá trị của hệ số phân bố hay khả năng trích ly của dung môi. Kỹ thuật trích ly có thể tiến hành như sau: cho dung môi vào trong nước thải và trộn đều cho tới khi đạt trạng thái cân bằng. Tiếp đó cho qua bể lắng. Do sự chênh lệch về trọng lượng riêng nên hỗn hợp sẽ phân ra hai lớp và dễ tách biệt chúng ra bằng phương pháp cơ học. Nếu trích ly một lần mà không đạt yêu cần tách chất bẩn ra khỏi nước thải thì phải trích ly nhiều lần. Nếu dung môi có tỉ trọng bé hơn tỉ trọng nước thải từ trên xuống và dung môi từ dưới lên. Ngược lại nếu dung môi có tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng nước thì cho nước chuyển động từ dưới lên, dung môi từ trên xuống. 1.3.3.3 Hấp thụ Phương pháp này được dùng để loại bỏ hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi vị và màu khó chịu. 26
  37. Đồ án tốt nghiệp Các chất hấp thụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoặc silicagel, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xi mạ sắt; Trong số này, than hoạt tính được dùng phổ biến nhất. Các chất hữu cơ kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp thụ. Lượng chất hấp thụ này tùy thuộc vào khả năng hấp thụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn trong nước thải. Các chất hữu cơ có thể bị hấp thụ: phenol, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm. Sử dụng phương pháp hấp thụ có thể giảm đến 58-95% các chất hữu cơ và màu. Ngoài ra, để loại kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại người ta còn dùng than bùn để hấp thụ và nuôi bèo tây trên mặt hồ. 1.3.3.4 Hấp phụ Hấp phụ là thu hút chất bẩn lên bề mặt của chất hấp phụ, phần lớn là chất hấp phụ rắn và có thể thực hiện trong điều kiện tĩnh hay động. Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch, nghĩa là chất hấp phụ có thể bị giải hấp phụ và bị chuyển ngược lại vào chất thải. Các chất hấp phụ thường được sử dụng là các loại vật liệu xốp tự nhiên hay nhân tạo như tro, mẫu vụn than cốc, keo nhôm, đất sét hoạt tính; và các chất hấp phụ này còn có khả năng tái sinh để tiếp tục sử dụng. 1.3.3.5 Trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Ni, Hg, Mn; cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các kim loại có giá trị và đạt mức độ xử lý cao. Vì vậy nó là phương pháp để ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước thải và nước cấp.  Các chất trao đổi ion: Các chất trao đổi ion có thể là chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo. Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm các zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, chất mica khác nhau; 27
  38. Đồ án tốt nghiệp - Các chất chứa nhôm silicat loại: Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O - Các chất có nguồn gốc từ các chất vô cơ tổng hợp gồm silicagel, permutit (chất làm mềm nước); - Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axid humic của đất (chất mùn) và than đá, chúng mang tính acid yếu. Cơ chế trao đổi ion có thể gồm những giai đoạn sau: - Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất thải lỏng tới bề mặt của lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion. - Khuếch tán lớp ion qua lớp biên giới. - Chuyển ion đã qua biên giới phân pha và hạt nhựa trao đổi. - Khuếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi ion. - Phản ứng hóa học trao đổi ion A và B. - Khuếch tán ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân pha. - Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng. - Khuếch tán các ion B qua màng. - Khuếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng. 1.3.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 1.3.4.1 Sơ lược về các vi sinh vật trong việc xử lý nước thải Trong các bể xử lý sinh học các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất thải hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí, kị khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ tạo thành tế bào vi khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn có các loại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix và 28
  39. Đồ án tốt nghiệp Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh vật khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh. Khi bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi khuẩn. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động ổn định có thể dùng bùn của các bể xử lý đang hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như là một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn: Giai đoạn thích nghi (lag-phase): Xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để vi khuẩn thích nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào. Giai đoạn tăng trưởng ( log- growth phase): Giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường. Giai đoạn cân bằng (stationary phase): Lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn chết đi. Giai đoạn chết (log-death phase): Trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn số lượng vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. 29
  40. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.12 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi sinh vật trong bể xử lý sinh học Đồ thị trên chỉ mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong bể xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng trưởng giống nhau về dạng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một loài có số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ phù hợp cho loài đó. Sự biến động về các vi sinh vật chủ đạo trong bể xử lý được biểu diễn như sau: Hình 1.13 Đồ thị về sự biến động của các VSV chủ đạo trong bể xử lý sinh học 30
  41. Đồ án tốt nghiệp Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn ) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn. 1.3.4.2 Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc: Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể. Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật. Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:1:2 = N:P:K. Nước thải công nghiệp cũng có thể sử dụng nếu chúng ta loại bỏ các chất độc hại. Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc. Nguyên tắc hoạt động: Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1.5 m. Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5 m so với mặt đất. Ao hồ sinh học Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xưa. Phương pháp này cũng không yêu cầu kỹ thuật cao,vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao. Quy trình được tóm tắt như sau: Nước thải loại bỏ rác, cát, sỏi các ao hồ ổn định nước đã xử lý. 31
  42. Đồ án tốt nghiệp - Hồ hiếu khí Ao nông 0,3 – 0,5 m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật. Gồm 2 loại: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. - Hồ kỵ khí Ao kỵ khí là loại ao sâu, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật kỵ khí hoạt động sống không cần oxy của không khí. Chúng sử dụng oxy từ các hợp chất như nitrat, sulfat; để oxy hóa các chất hữu cơ và các loại rượu và khí CH4, H2S, CO2 và khí nước. Chiều sâu của hồ khá lớn khoảng 2 – 6 m. - Hồ tùy nghi Là sự kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có ở trong nước và phân hủy kỵ khí (chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng lắng. Ao hồ tùy nghi được chia làm ba vùng: Lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng kỵ khí tùy nghi và vùng đáy sâu là vùng kỵ khí. Chiều sâu của hồ khoảng 1 – 1.5m. - Hồ ổn định bậc ba Nước thải sau khi xử lý cơ bản (bậc II) chưa đạt tiêu chuẩn là nước sạch để xả vào nguồn thì có thề phải qua xử lý bổ sung (bậc III). Một trong các công trình xử lý bậc III là ao hồ ổn định sinh học kết hợp với thả bèo nuôi cá. Hình 1.14 Ao hồ sinh học 32
  43. Đồ án tốt nghiệp 1.3.4.3 Các công trình xử lý nhân tạo Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo có thể kể đến hai quá trình cơ bản: + Quá trình xử lý sinh trưởng lơ lửng. + Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính. Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu khí như: Aerotank bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật bám dính), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay; Các công trình xử lý sinh học hiếu khí: Quá trình xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính dựa vào sự hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí. Trong bể Aerotank, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật khác. Các vi sinh vật đồng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung cấp cho sự sống. Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản và giải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh. Như vậy các chất hữu cơ có trong nước thải được chuyển hóa thành các chất vô cơ như H2O, CO2 không độc hại cho môi trường. Quá trình sinh học hiếu khí có thể diễn ra tóm tắt như sau: Chất hữu cơ + O2 VSV hiếu khí CO2 + H2O + Tế bào mới + Năng lượng Một số loại công trình thường dùng trong xử lý nước thải: 33
  44. Đồ án tốt nghiệp  Bể Aerotank truyền thống: Bể Bể lắng Bể Aerotank lắng Nguồn tiếp đợt 2 đợt 1 nhận Tuần hoàn bùn hoạt tính Xả bùn Xả bùn hoạt tính Hình 1.15 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống  Bể Aerotank tải trọng cao Hoạt động của bể Aerotank tải trọng cao tương tự như bể có dòng chảy nút, chịu được tải trọng chất bẩn cao và có hiệu suất làm sạch cũng cao, sử dụng ít năng lượng, lượng bùn sinh ra thấp. Nước thải đi vào có độ nhiễm bẩn cao, thường là BOD > 500 mg/l. Tải trọng bùn hoạt tính là 400 – 1000 mg BOD/g bùn (không cho) trong một ngày đêm.  Bể Aerotank có hệ thống cấp khí giảm dần theo chiều dòng chảy Nồng độ chất hữu cơ vào bể Aerotank được giảm dần từ đầu đến cuối bể do đó nhu cầu cung cấp oxy cũng tỷ lệ thuận với nồng độ các chất hữu cơ.  Ưu điểm: - Giảm được lượng không khí cấp vào bể tức là giảm công suất của máy thổi khí. - Không có hiện tượng làm thoáng quá mức làm ngăn cản sự sinh trưởng của vi khuẩn khử các hợp chất Nitơ. - Có thể áp dụng tải trọng cao (F/M cao), chất lượng nước ra tốt. 34
  45. Đồ án tốt nghiệp  Bể Aerotank có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định (Contact Stabilitation): Bể gồm ngăn tiếp xúc và ngăn tái sinh. Xả bùn Xả bùn hoạt tính Tuần hoàn bùn Ngăn tái sinh Bể Bể Nguồn tiếp lắng bùn hoat tính lắng đợt 1 Ngăn tiếp xúc đợt 2 nhận Bể Aerotank Hình 1.16 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có ngăn tiếp xúc Ưu điểm của dạng bể này là bể Aerotank có ngăn tiếp xúc có dung tích nhỏ, chịu được sự dao động của lưu lượng và chất lượng nước thải, có thể ứng dụng cho nước thải có hàm lượng keo cao.  Bể Aerotank làm thoáng kéo dài Khi nước thải có tỉ số F/M (tỷ lệ giữa BOD5 và bùn hoạt tính: mg BOD5/mg bùn hoạt tính) thấp, tải trọng thấp, thời gian thông khí thường 20 – 30h. Hình 1.17 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thoáng kéo dài 35
  46. Đồ án tốt nghiệp  Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh Hình 1.18 Bể Aerotank thông khí cao có khuấy trộn hoàn chỉnh Ưu điểm là pha loãng ngay tức khắc, nồng độ các chất ô nhiễm trong toàn thể tích bể, không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho loại nước thải có chỉ số bùn cao, cặn khó lắng.  Oxytank Dựa trên nguyên lý làm việc của Aerotank khuấy đảo hoàn chỉnh người ta thay không khí nén bằng sục khí oxy tinh khiết. Hình 1.19 Bể Oxytank Ưu điểm là: Hiệu suất cao nên tăng được tải trọng BOD Giảm thời gian sục khí 36
  47. Đồ án tốt nghiệp Lắng bùn dễ dàng Giảm bùn đáng kể trong quá trình xử lý  Mương oxy hóa Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạng vòng hình chữ O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoat tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương. Hình 1.20 Mương oxy hóa  Bể lọc sinh học – Biofilter - Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc. Trong bể chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Có 2 dạng: Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Là bể sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập nước. Giá trị BOD của nước thải sau khi làm sạch tới 10 ÷ 15 mg/l. Với lưu lượng nước thải không quá 1000m3/ngày. Bể lọc sinh học cao tải: Lớp vật liệu lọc đặt ngập trong nước. Tải trọng nước thải tới 10 ÷ 30 m3/m2.ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc sinh học nhỏ giọt. - Tháp lọc sinh học cũng có thể được xem như là một bể sinh học nhưng có chiều cao khá lớn. 37
  48. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.21 Bể lọc sinh học  Đĩa quay sinh học RBC (Rotating biological contractors) RBC gồm một loại đĩa tròn xếp gần nhau bằng polystyren hay PVC. Những đĩa này được nhúng chìm trong nước thải và quay từ từ. Trong khi vận hành, sinh vật tăng trưởng sẽ bám dính vào bề mặt đĩa và hình thành một lớp màng nhày trên toàn bộ bề mặt ướt của đĩa. Đĩa quay làm cho sinh khối luôn tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và không khí để hấp thụ oxy, đồng thời tạo sự trao đổi oxy và duy trì sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Hình 1.22 Đĩa quay sinh học  Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reacter) SBR là một dạng bể của bể Aerotank. Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi qua song chắn rác, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể. Ưu điểm 38
  49. Đồ án tốt nghiệp là khử được các hợp chất Nitơ, photpho khi vận hành đúng quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí. Bể SBR hoạt động theo 5 pha: Pha làm đầy (Fill): Thời gian bơm nước vào bể kéo dài từ 1-3 giờ. Dòng nước thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc vào mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy sục khí. Pha phản ứng, thồi khí (React): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cung cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực 2- hiện, chuyển nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2 và nhanh chóng chuyển sang - dạng N-NO 3 . Pha lắng (Settle): Lắng trong nước. Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ. Pha rút nước (Draw): Khoảng 0.5 giờ. Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình và số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể. Xả bùn dư là một giai đoạn quan trọng không thuộc 5 giai đoạn cơ bản trên, nhưng nó cũng ảnh hưởng đến năng suất của hệ. Lượng và tần suất xả bùn được xác định bởi năng suất yêu cầu, cũng giống như hệ hoạt động liên tục thông thường. Trong hệ hoạt động gián đoạn, việc xả thường được thực hiện ở giai đoạn lắng hoặc giai đoạn tháo nước trong. Đặc điểm duy nhất là lở bể SBR không tuần hoàn của bùn hoạt hóa. Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, cho nên không có sự 39
  50. Đồ án tốt nghiệp mất mát bùn hoạt tính ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính để giữ nồng độ. Hình 1.23 Bể SBR Các công trình xử lý sinh học kị khí: Phân hủy kị khí (Anaerobic Descomposotion) là quá trình phân hủy chất hữu cơ thành các chất khí (CH4 và CO2) trong điều kiện không có oxy. Việc chuyển hóa các acid hữu cơ thành khí me6tan sản sinh ra ít năng lượng. Năng lượng hữu cơ chuyển hóa thành khí vào khoảng 80 ÷ 90%. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS. Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32 ÷ 35oC. Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kị khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thế cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí. Trong quá trình lên men kị khí, thường có 4 nhóm vi sinh vật phân hủy vật chất hữu cơ nối tiếp nhau: - Thủy phân: Các vi sinh vật thủy phân (Hydrolytic) phân hủy các chất hữu cơ dạng polyme như các polysaccharide và protein thành các phức chất đơn giản hoặc chất hoàn tan như amino acid, acid béo Kết quả của dự bẻ gãy mạch cacbon chua làm giảm COD. 40
  51. Đồ án tốt nghiệp - Acid hóa: Ở giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols các axit lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S va sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0. - Acetic hóa : Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới. - Mêtan hóa : Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí. Axit acetic, H2, CO2, axit formic và methanol chuyển hóa thành mêtan, CO2 và sinh khối.  Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng  Phương pháp tiếp xúc kị khí Bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng. Quá trình này cung cấp phân ly và hoàn lưu các vi sinh vật giống, do đó cho phép vận hành quá trình ở thời gian lưu từ 6-12 giờ. Thiết bị khử khí giảm thiểu tải trọng chất rắn ở bước phân ly. Để xử lý ở mức độ cao, thời gian lưu chất rắn được xác định là 10 ngày ở nhiệt độ 32oC, nếu nhiệt độ giảm đi 11oC thời gian lưu đòi hỏi phải tăng gấp đôi.  Bể UASB (Upflow anaerobic Sludge Blanket) Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ ( bông bùn) và chất hữu cơ bị phân hủy. Các bọt khí mêtan và NH3, H2S nổi lên trên và được thu bằng các chụp thu khí để dẫn ra khỏi bể, nước thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách hai pha lỏng và rắn, sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại vùng lớp bông bùn. Sự tạo thành bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành UASB. Thường cho thêm vào bể 150 mg/l Ca2+ để đẩy mạnh sự tạo thành hạt bùn và 5÷ 10 mg/l Fe2+ để giảm bớt sự tạo thành các sợi bùn nhỏ. Để duy trì lớp bông bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ dòng chảy thường lấy khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h. 41
  52. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.24 Bể UASB  Phương pháp kị khí với sinh khối gắn kết - Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá màng hữu cơ ( ANAFIZ) Lọc kị khí với sự tăng trưởng các vi sinh vật kỵ khí trên các giá thể. Bể lọc có thể được vận hành ở chế độ dòng chảy ngược hoặc xuôi. Giá thể trong quá trình lưu giữ bùn hoạt tính trên nó cũng được phân ly các chất rắn và khí sản sinh ra trong quá trình tiêu hóa. - Bể kị khí với lớp vật liệu giả lỏng trương nở ( ANAFLUX) Vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích lớn nhất. Ưu điểm: - Ít bị tắc nghẽn trong quá trình làm việc với vật liệu lọc - Khởi động nhanh chóng. - Không tẩy trôi các quần thể sinh hoc bám dính trên vật liệu. - Có khả năng thay đổi lưu lượng trong giới hạn tốc độ chất lỏng. 42
  53. Đồ án tốt nghiệp 1.3.5 Phương pháp khử trùng Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh chứa trong nước thải trước khi xả ra nguồn nước. Khử trùng ( disinfection) khác với tiệt trùng ( sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật. Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ. trong phần này chúng ta chỉ bàn đến việc khử trùng bằng các hóa chất. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các hợp chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợp chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axit. 1.3.5.1 Khử trùng bằng Clo và hợp chất của Clo Cl2 là chất oxi hóa mạnh ở bất kỳ dạng nào. Khi cho Clo tác dụng với nó sẽ tạo thành HOCl có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào trong H2O, chất tiệt trùng sẽ khuyếch tán qua lớp vỏ tế bào sinh vật ═> gây phản ứng với men tế bào ═> làm phá hoại các quá trình trao đổi chất của tế bào vi sinh vật. Khi cho Clo vào trong nước phản ứng diễn ra như sau: Cl2 + H2O ═ HCl + HClO Hoặc có thể ở dạng phương trình phân li + - - Cl2 + H2O ═ H + OCl + Cl Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau Ca(OCl)2 + H2O ═ CaO + 2HOCl 2HOCl ═ 2H+ + 2OCl- Khả năng tiệt trùng của Clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong H2O. Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ trong nước hay phụ thuộc vào ph của nước. Khi: 43
  54. Đồ án tốt nghiệp - pH = 6 thì HOCl chiếm 99,5% còn OCl- chiếm 0,5% - pH = 7 thì HOCl chiếm 79% còn OCl- chiếm 21% - pH = 8 thì HOCl chiếm 25% còn OCl- chiếm 75% Tức là pH càng cao hiệu quả khử trùng cảng giảm. Tác dụng khử trùng của HOCl cao hơn nhiều OCl- Khi cho Clo vào trong nước ngoài việc diệt vi sinh vật, nó còn khử các chất hòa tan và NH3. HOCl + NH3 ═ NH2Cl + H2O HOCl + NH2Cl ═ NHCl2 + H2O HOCl + NHCl ═ NCl3 + H2O Do đó khả năng tiệt trùng kém đi. Bởi vì khả năng tiệt trùng của monocloramin thấp hơn dicloramin khoảng 3-5 lần, còn khả năng diệt trùng của dicloramin thấp hơn HOCl khoảng 20-25 lần. Khi pH tăng NCl3 tạo ít. Khả năng tiệt trùng của NH2Cl = ( 1/3-1/5), NHCl2 và NH2Cl2 ═ ( 1/20-1/25)Cl2. Sau khi qua hệ thống xử lý thì lượng Clo lượng dư: 0.3-0.5mg/l sao cho đến cuối ống còn 0.05mg/l. Lượng Clo dư đưa vào trong nước thải phải xác định bằng thực nghiệm. Khi thiết kế sơ bộ có thể lấy như sau: đối với nước thải sau xử lý cơ học là 10mg/l; nước thải sau xử lý Aerotank là không hoàn toàn hay Biophin cao tải là 5mg/l; nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn là 3mg/l. Khi trong nước có phenol, khử trùng bằng Clo Clo phenol có mùi rất khó chịu. nên khử bằng NH3, trước khi khử trùng.  Khử trùng bằng Clo lỏng: Khi dùng Clo lỏng để khử trùng, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Cloratơ. Đây là thiết bị có chức năng pha chế và định lượng Clo hơi và nước.thì lượng Clo hoạt tính chiếm 20-25%. 44
  55. Đồ án tốt nghiệp Canxi hypôclorit Ca(OCl)2 là sản phẩm của quá trình làm bão hòa dung dịch vôi sữa bằng Clo. Hàm lượng Clo hoạt tính chiếm 30-45%.  Khử trùng bằng Natri hypoclorit ( nước Javen): NaClO là sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch muối ăn. Nước javen có nồng độ Clo hoạt tính từ 6- 8g/l. 1.3.5.2 Khử trùng bằng Ôzon (O3) - Ôzon là một chất khí có màu tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con người. Ở trong nước, ôzon phân hủy rất nhanh thành oxi phân tử và nguyên tử. Ôzon có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo nên tiệt trùng mạnh hơn. - Ôzon được sản xuất bằng cách cho Oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng lửa điện. Để cung cấp đủ lượng Ôzon cho trạm xử lý nước ta dùng máy phát tia lửa điện và cho không khí chảy qua. Ôzon sản xuất ra dễ bị phân hủy thành Oxy do đó phải lắp thiết bị làm lạnh ở máy sản xuất Ôzon. Có 2 loại máy làm lạnh điện cực: Làm lạnh bằng không khí Làm lạnh bằng nước.  Ưu điểm: - Không có mùi - Làm giảm nhu cầu oxi của nước, giảm chất hữu cơ; - Khử màu, phenol, xianua. - Tăng DO - Không có ản phẩm phụ gây độc hại - Tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng.  Nhược điểm: - Vốn đầu tư cao - Tiêu tốn năng lượng. - Khả năng tiệt trùng của Ôzon: Độ hòa tan của Ôzon gấp 13 lần của oxy. Khi vừa cho vào trong nước khả năng tiệt trùng là rất ít, khi Ôzon đã hòa tan đủ liều lượng, ứng 45
  56. Đồ án tốt nghiệp với hàm lượng đủ oxy hóa hữu cơ và vi khuẩn trong nước, lúc tác động khử trùng mạnh nhanh gấp 3100 lần so với Clo, thời gian tiệt trùng xảy ra trong khoảng 3-8 giây. Liều lượng cần thiết cho nước ngầm là 0.75 – 1mg/l; 1.0 – 3.0 mg/l nước mặt; sau bể lắng 2 trong xử lý nước thải từ 5-15mg/l. 1.3.5.3 Khử trùng bằng tia cực tím - Tia cực tím UV là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4-400nm. Độ dài bước sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường. Dùng tia cực tím để tiệt trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước. - Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm, khả năng diệt khuẩn cao nhất. Trong các nhà máy xử lý nước thải, dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn này phát ra tic cực tím có bước sóng 253,7 nm, bóng đèn đặt trong hộp thủy tinh không hấp phụ tia cực tím, ngăn cách đèn và nước. Đèn được lắp thành bộ trong hộp đựng có vách ngăn phân phối để khi nước chảy qua hộp, được trộn đều để cho số lượng vi khuẩn đi qua đèn trong thời gian tiếp xúc ở hộp là cao nhất. Lớp nước đi qua đèn có độ dày khoảng 6mm, năng lượng tiêu thụ từ 6000-13000 mocrowat/s, độ bền 3000 giờ đến 8000 giờ. - Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này thì chi phí rất cao. Các thực nghiệm gần đây cho thấy nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng SS < 50mg/l sau khi đi qua hộp đèn cực tím với tiêu chuẩn năng lượng nêu trên thì nước còn 200 Colifrom/100ml. 1.3.5.4 Khử trùng bằng một số phương pháp khác - Khử trùng bằng siêu âm: Dùng dòng siêu âm với cường độ tác dụng lớn sẽ có thể tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. - Khử trùng bằng PP nhiệt: PP cổ truyền. Đun sôi nước ở 100oC. Khử trùng bằng Ion bạc: Có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng. Với 2 – 10g/l ion là có thể tác dụng. 46
  57. Đồ án tốt nghiệp 1.3.6 Phương pháp xử lý cặn Trong các trạm xử lý thường có khối lượng cặn lắng tương đối lớn từ song chắn rác, bể lắng đợt một, đợt hai Trong cặn chứa rất nhiều nước (độ ẩm từ 97%-99%), và chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng, do đó cặn cần phải được xử lý để giảm bớt nước, các vi sinh vật độc hại trước khi thả cặn ra nguồn tiếp nhận. Các phương pháp xử lý cặn gồm: - Cô đặc cặn bằng trọng lực: Là phương pháp để bùn lắng tự nhiên, các công trình của phương pháp này là các bể lắng giống như bể lắng nước thải: bể lắng đứng, bể ly tâm; - Cô đặc cặn bằng tuyển nổi: Lợi dụng khả năng hòa tan không khí vào nước khi nén hỗn hợp khí nước ở áp lực cao, sau đó giảm áp lực của hỗn hợp xuống áp lực của khí quyển, khí hòa tan lại tách ra khỏi nước dưới dạng các bọt nhỏ dính bám vào hạt bông cặn, làm cho tỷ trọng hạt bông cặn nhẹ hơn nước và nổi lên trên bề mặt. Các công trình sử dụng phương pháp này gọi là bể tuyển nổi có hình chữ nhật hoặc hình tròn. - Ổn định cặn: Là phương pháp nhằm phân hủy các chất hữu cơ có thể phân hủy bằng sinh học thành CO2, CH4 và H2O, giảm vấn đề mùi và loại trừ thối rữa của cặn, đồng thời giảm số lượng vi sinh vật gây bệnh và giảm thể tích cặn. Có thể ổn định cặn hóa chất, hay bằng phương pháp sinh học hiếu khí hay kị khí. Các công trình được sử dụng trong ổn định cặn như: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể metan; - Làm khô cặn: Có thể sử dụng sân phơi, thiet1 bị cơ học( máy lọc ép, máy áp băng tải, máy lọc chân không, máy lọc ly tâm; ), hoặc bằng phương pháp nhiệt. Lựa chọn cách nào để làm khô cặn phụ thuộc vào nhiếu yếu tố: mặt bằng, điều kiện đất đai, yếu tố thủy văn, kinh tế xã hội; 47
  58. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 2.1 Khái quát về ĐBSCL Vùng ĐBSCL là một vùng cực nam của Việt Nam, còn được gọi là Vùng đồng bằng Nam Bộ hoặc miền Tây Nam Bộ hoặc theo cách gọi của người dân Việt Nam ngắn gọn là Miền Tây, có 1 thành phố trực thuộc trung ương là thành phố Cần Thơ và 12 tỉnh: tỉnh Long An (2 tỉnh Long An và Kiến Tường cũ), tỉnh Tiền Giang (tỉnh Mỹ Tho cũ), tỉnh Bến Tre, tỉnh Vĩnh Long, tỉnh Trà Vinh, tỉnh Hậu Giang(tỉnh Cần Thơ cũ), tỉnh Sóc Trăng, tỉnh Đồng Tháp (2 tỉnh Sa Đéc và Kiến Phong cũ), tỉnh An Giang, tỉnh Kiên Giang (tỉnh Rạch Giá cũ), tỉnh Bạc Liêu và tỉnh Cà Mau. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam năm 2011, tổng diện tích các tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long là 40.548,2 km² và tổng dân số của các tỉnh trong vùng là 17.330.900 người Đồng bằng sông Cửu Long là một bộ phận của châu thổ sông Mê Kông có diện tích 39.734 km². Có vị trí nằm liền kề vùng Đông Nam Bộ, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam là Biển Đông. Các điểm cực của đồng bằng trên đất liền, điểm cực Tây 106°26´(xã Mĩ Đức, Thị xã Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang), cực Đông ở 106°48´(xã Tân Điền, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang), cực Bắc ở 11°1´B (xã Lộc Giang, huyện Đức Hoà, tỉnh Long An) cực Nam ở 8°33´B (huyện Đất Mũi, huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau). Ngoài ra còn có các đảo xa bờ của Việt Nam như đảo Phú Quốc, quần đảo Thổ Chu, hòn Khoai. Vùng ĐBSCL của Việt Nam được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo bờ biển. Những hoạt động hỗn hợp của sông và biển đã hình thành những vạt đất phù sa phì nhiêu dọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số 48
  59. Đồ án tốt nghiệp giồng cát ven biển và đất phèn trên trầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sông Hậu và bán đảo Cà Mau. Khí hậu: Đây là vùng có khí hậu cận xích đạo vùng nên thuận lợi phát triển ngành nông nghiệp (mưa nhiều, nắng nóng) đặc biệt là phát triển trồng lúa nước và cây lương thực. Kinh tế Tài nguyên Tài nguyên rừng cũng giữ những vai trò quan trọng, đặc biệt là hệ thống rừng ngập mặn ven biển, trong đó hệ thống rừng ngập mặn Mũi Cà Mau được công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới, bên cạnh đó là những cánh rừng tràm ở U Minh Cà Mau, Đồng Tháp với một hệ thống sinh học vô cùng đa dạng. Nông nghiệp Mặc dù diện tích canh tác nông nghiệp và thủy sản chưa tới 30% của cả nước nhưng miền Tây đóng góp hơn 50% diện tích lúa, 71% diện tích nuôi trồng thủy sản, 30% giá trị sản xuất nông nghiệp và 54% sản lượng thủy sản của cả nước. Lúa trồng nhiều nhất ở các tỉnh An Giang, Long An, Đồng Tháp, Tiền Giang. Diện tích và sản lượng thu hoạch chiếm hơn 50% so với cả nước. Bình quân lương thực đầu người gấp 2.3 lần so với lương thực trung bình cả nước. Nhờ vậy nên Đồng bằng sông Cửu Long là nơi xuất khẩu gạo chủ lực của cả đất nước. Ngoài ra cây ăn quả còn đặc sản nổi tiếng của vùng, với sự đa dạng về số lượng, cũng như chất lượng ngày càng được nâng cao Nghề nuôi vịt đàn phát triển mạnh, nuôi nhiều ở Đồng Tháp, Hậu Giang, Bạc Liêu, Cà Mau và Sóc Trăng. Thuỷ sản Sản lượng thủy sản chiếm 50% cả nước, nhiều nhất ở các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Kiên Giang và An Giang. Kiên Giang là tỉnh có sản lượng thủy sản săn bắt nhiều nhất, 588,3 nghìn tấn thủy sản (năm 2014). An Giang là tỉnh nuôi trồng thủy sản lớn 49
  60. Đồ án tốt nghiệp nhất vùng với sản lượng 327.200 tấn thủy sản (năm 2013). Nghề nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản đang phát triển mạnh, theo quy mô công nghiệp. Công nghiệp Ngành công nghiệp phát triển rất thấp, chủ yếu là ngành chế biến lượng thực. Cần Thơ là trung tâm công nghiệp của cà vùng bao gồm các ngành nhiệt điện, chế biến lương thực, luyện kim đen, cơ khí, hóa chất, dệt may và vật liệu xây dựng. Hạ tầng Cầu Cần Thơ là cầu dây văng bắt ngang qua Sông Hậu, được hoàn thành vào ngày 12 tháng 4 năm 2010. Cầu được xây dựng để thay thế cho phà và kết nối quốc lộ 1A. Cầu Cần Thơ bắt ngang qua hai tỉnh Vĩnh Long và thành phố Cần Thơ. Chi phí xây dựng ước tính là 4.842 tỷ đồng (khoảng 342,6 triệu đô la Mỹ), và là cây cầu mắc nhất Việt Nam lúc mới hoàn thành. Dịch vụ Khu vực dịch vụ của vùng Đồng bằng sông Cửu Long bao gồm các ngành chủ yếu: xuất nhập khẩu, vận tải thủy và du lịch. Xuất khẩu gạo chiếm 80% của cả nước. Giao thông đường thủy giữ vai trò quan trọng nhất. Du lịch sinh thái bắt đầu khởi sắc như du lịch trên sông nước, vườn, khám phá các cù lao. Du lịch bền vững bước đầu hình thành với sự thành công của khu nghỉ dưỡng bền vững Mekong Lodge tại Tiền Giang và nhiều địa phương khác như Bến Tre, Vĩnh Long. Tuy nhiên chất lượng và sức cạnh tranh của các khu du lịch không đồng đều và còn nhiều hạn chế. Vùng kinh tế trọng điểm Đồng bằng sông Cửu Long Vùng kinh tế trọng điểm vùng đồng bằng sông Cửu Long là tên gọi khu vực phát triển kinh tế động lực ở miền Tây Nam Bộ Việt Nam, gồm các tỉnh, thành phố: Cần Thơ, An Giang, Kiên Giang và Cà Mau. Đề án thành lập vùng kinh tế trọng điểm này đã được Thủ tướng Chính phủ Việt Nam phê duyệt ngày 16 tháng 4 năm 2009 bằng Quyết định số 492/QĐ-TTg ngày 16 tháng 4 năm 2009 50
  61. Đồ án tốt nghiệp Theo Quyết định này, đến năm 2020, vùng kinh tế trọng điểm này sẽ là trung tâm lớn về sản xuất lúa gạo, nuôi trồng, đánh bắt và chế biến thủy sản, đóng góp lớn vào xuất khẩu nông thủy sản của cả nước. Ngoài ra, vùng kinh tế này còn đóng vai trò quan trọng trong chuyển giao công nghệ sinh học, cung cấp giống, các dịch vụ kỹ thuật, chế biến và xuất khẩu các sản phẩm nông nghiệp cho cả vùng đồng bằng sông Cửu Long. Văn hoá Cuộc sống ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long phát triển dựa trên sông nước. Nhiều xóm làng có thể chỉ tới được bằng đường thủy thay vì đường bộ. Vùng này là cái nôi của nghệ thuật đờn ca tài tử và từ đó phát triển thành nghệ thuật sân khấu cải lương. Hình 2.1 ĐBSCL trên bản đồ Việt Nam 2.2 Nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL Xét về nguồn gây ô nhiễm cho nước trong vùng có thể chia thành: - Nguồn ô nhiễm tự nhiên: Do nước chua có nguồn gốc từ đất phèn, hoặc do nước chua đầu mùa lũ tràn sang từ đồng bằng Campuchia. 51
  62. Đồ án tốt nghiệp Do đất nhiễm mặn, hoặc do nguồn nước mặn theo triều truyền sâu vào các nhánh sông, rạch của hệ thống sông Cửu Long. - Nguồn ô nhiễm nhân tạo: Chất thải từ sản xuất công nghiệp, dịch vụ. Chất thải sinh hoạt, chăn nuôi (gia súc, gia cầm và thủy sản). Chất thải sản xuất nông nghiệp. Như vậy, do đặc điểm tự nhiên, tình hình phát triển kinh tế xã hội, tập quán sinh hoạt nên chất lượng nước ở ĐBSCL thay đổi khá mạnh theo cả không gian và thời gian. ĐBSCL lấy nước ngọt từ sông Mê Công và nước mưa. Lượng nước bình quân của sông Mê Công chảy qua ĐBSCL hơn 460 tỷ m3 và vận chuyển khoảng 150-200 triệu tấn phù sa. ĐBSCL có hệ thống sông kênh rạch lớn nhỏ đan xen, nên rất thuận lợi cung cấp nước ngọt quanh năm. Về mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, sông Mê Công là nguồn nước mặt duy nhất. Về mùa mưa, lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 2.400 mm ở vùng phía Tây ĐBSCL đến 1.300 mm ở vùng trung tâm và 1.600 mm ở vùng phía Đông. Về mùa lũ, thường xảy ra vào tháng 9, nước sông lớn gây ngập lụt. Chế độ thuỷ văn của ĐBSCL có 3 đặc điểm nổi bật: - Nước ngọt và lũ lụt vào mùa mưa chuyển tải phù sa, phù du, ấu trùng. - Nước mặn vào mùa khô ở vùng ven biển. - Nước chua phèn vào mùa mưa ở vùng đất phèn. ĐBSCL có trữ lượng nước ngầm không lớn. Sản lượng khai thác được đánh giá ở mức 1 triệu m3/ngày đêm, chủ yếu phục vụ cấp nước sinh hoạt. 2.3 Đặc trưng và thành phần nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL Với một khối lượng lớn chất thải đổ ra các con sông, kênh rạch, ao hồ, chất lượng nguồn nước ở khu vực này ngày một xấu đi. Theo Cục Thẩm định và đánh giá tác động môi trường, hầu hết các ao nuôi cá tôm đều nhiễm hữu cơ, các chất COD, BOD, nitơ, photpho; đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép, tác động bất lợi đến hệ sinh thái. Nguồn 52
  63. Đồ án tốt nghiệp nước trên sông Tiền, sông Hậu và các cửa sông thông ra biển đã có dấu hiệu nhiễm bẩn chất hữu cơ và vi sinh. Điều nguy hiểm là hiện ở khu vực ĐBSCL hiện có 20 đến 30% số hộ gia đình chưa có nước sạch để sử dụng trong đời sống và sinh hoạt. 2.4 Thực trạng xử lý nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL Tài nguyên nước bề mặt trên sông Tiền, sông Hậu và các cửa sông thông ra biển đã có các dấu hiệu nhiễm bẩn chất hữu cơ và vi sinh. Quan trắc môi trường nước cho thấy các chỉ tiêu bị nhiễm bẩn là : BOD, COD, Coliform, H2S, NH4, Phèn sắt mà nguyên nhân là do các nguồn thải sản xuất công nghiệp, đô thị và các khu dân cư, nguồn thải nuôi trồng thủy sản, sản xuất nông nghiệp chưa xử lý triệt để vẫn tiếp tục thải vào hệ thống sông rạch trong khu vực.Nguồn nước ngầm được khai thác và sử dụng cho sinh hoạt đời sống, sản xuất công nghiệp, canh tác Nông-Lâm-Ngư chưa được kiểm soát chặt chẽ, gây tác động làm sự sụt giảm mực nước ngầm ở một số nơi, sự nhiễm bẩn tầng nước ngầm, sự xâm nhập mặn, nhiễm phèn trong các tầng khai thác vẫn còn phổ biến một số nơi.Hiện nay ở ĐBSCL còn khoảng 20-30% số hộ gia đình chưa có nứớc sạch để sử dụng trong đời sống và sinh hoạt, một số nơi người dân còn thiếu nước nghiêm trọng. Vấn đề nhiễm Asen trong nước ngầm ở ĐBSCL cũng đã được phát hiện ở Đồng Tháp, Long An, Kiên Giang, An Giang, Vĩnh Long, Bạc Liêu đang được tiếp tục đánh giá và xử lý. Các hệ canh tác Nông-Lâm-Ngư vẫn còn xảy ra các sự cố lan truyền ô nhiễm phèn, nhiễm bẩn hữu cơ và các chất hóa học trong canh tác, sự cố tràn dầu, sự cố dịch bệnh tôm cá và gia súc tác động đến sự phát triển bền vững. Sức khỏe của người dân bị tác động mạnh mẽ, phát sinh các loại bệnh liên quan đến môi trường như: bệnh sốt rét, sốt suất huyết, bệnh ngoài da, bệnh tiêu chảy, bệnh ngộ độc thực phẩm thường phát sinh ở quy mô lớn tác động đến sức khỏe của cộng đồng. Khó khăn này mặc dù đã được quan tâm nhiều mặt nhưng đến nay vẫn chưa khắc phục được và tác hại này tiếp tục đe dọa người dân sống trong vùng lũ ở ĐBSCL. 53
  64. Đồ án tốt nghiệp Theo các nhà khoa học, hiện nay mức độ ô nhiễm môi trường nước ĐBSCL đang rất nghiêm trọng nhưng chưa có hướng xử lý triệt để. Hiện tại ĐBSCL mới có khoảng 30% dự án công nghiệp được đầu tư hệ thống xử lý nước thải trước khi xả ra sông, trên 70% KCN chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung, 90% cơ sở sản xuất đổ thẳng chất thải ra môi trường. Thực tế đó làm cho tình trạng ô nhiễm môi trường tại ĐBSCL đã đến mức báo động. Hằng năm, các KCN, CCN thải ra trên 45 triệu m3 nước thải công nghiệp và hơn 220.000 tấn rác thải công nghiệp, ngoài ra, rác thải sinh hoạt hằng năm là hơn 600.000 tấn rác thải rắn và trên 100 triệu m3 nước thải. Hầu hết các nước thải nói trên đều không được xử lý một cách khoa học. Nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng khi nước biển dâng cao là điều khó tránh khỏi. Từ năm 2014 trở đi, tại các đô thị vùng ĐBSCL, hệ thống thoát nước thải sinh hoạt sẽ được xây dựng hoàn chỉnh từ mạng lưới cống thu gom đến nhà máy xử lý nước thải. Đối với các khu đô thị mới, xây dựng hệ thống thoát nước riêng và nước mưa được cho thoát ra sông, kênh, rạch và không phải xử lý. Đối với các khu đô thị cũ, cải tạo hệ thống thoát nước song song với thực hiện giải pháp cống bao có hố tách dòng để thu gom nước thải dẫn tới nhà máy xử lý nước thải. Đối với các đô thị từ loại III trở lên đang sử dụng mạng lưới thoát nước chung, xây dựng hệ thống cống bao, giếng tách để đưa nước thải về nhà máy xử lý. Đối với các khu dân cư nông thôn sống tập trung theo cụm, có lượng nước thải ít, tuỳ theo địa hình bố trí hồ sinh học để xử lý nước thải. Đối với các khu dân cư nông thôn sống tập trung theo tuyến, nước thải sinh hoạt được xử lý theo từng hộ gia đình hoặc nhóm hộ gia đình như xây dựng bể tự hoại, hầm biogas, cống thoát nước. Việc xây dựng các công trình xử lý nước thải nêu trên được thực hiện song song với công tác cải tạo hệ thống nhà máy xử lý nước thải cũ nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giải quyết triệt để tình trạng ngập úng do mưa, bảo đảm sự phát triển kinh tế - xã hội ổn định, bền vững. 54
  65. Đồ án tốt nghiệp Hiện 4 tỉnh An Giang, Kiên Giang, Cà Mau, Cần Thơ đã quy hoạch từ năm 2014- 2016 xây dựng 13 nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, tổng công suất xử lý 188.000 m3 mỗi ngày đêm. Trong đó, thành phố Cần Thơ xây dựng 4 nhà máy, tổng cộng suất xử lý 86.000 m3/ngày đêm; thành phố Long Xuyên (tỉnh An Giang) xây dựng 3 nhà máy xử lý, tổng công suất 34.500 m3/ngày đêm; thành phố Rạch Giá (tỉnh Kiên Giang) xây dựng 3 nhà máy xử lý, tổng công suất 33.000 m3/ngày đêm; thành phố Cà Mau (tỉnh Cà Mau) xây dựng 3 nhà máy xử lý, tổng công suất 34.500 m3/ngày đêm. Hình 2.2 Ô nhiễm nước ở ĐBSCL 55
  66. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết kế mô hình thí nghiệm 3.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình thiết kế MBBR là từ viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor, được mô tả một cách dễ hiểu là quá trình xử lý nhân tạo trong đó sử dụng các vật làm giá thể cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển, là sự kết hợp giữa Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí. Công nghệ MBBR là công nghệ mới nhất hiện nay trong lĩnh vực xử lý nước thải vì tiết kiệm được diện tích và hiệu quả xử lý cao. Vật liệu làm giá thể phải có tỷ trọng nhẹ hơn nước đảm bảo điều kiện lơ lửng được. Các giá thể này luôn chuyển động không ngừng trong toàn thể tích bể nhờ các thiết bị thổi khí và cánh khuấy. Mật độ vi sinh ngày càng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao. Hình 3.1 Màng lọc MBBR hiếu khí và thiếu khí Trong bể hiếu khí dính bám MBBR, hệ thống cấp khí được cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển. Đồng thời quá trình cấp khí phải đảm bảo được các vật liệu luôn ở trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng. Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ dính bám và phát triển trên bề mặt các vật liệu. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển 56
  67. Đồ án tốt nghiệp hóa các chất hữu cơ trong nước thải để phát triển thành sinh khối. Quần xã vi sinh sẽ phát triển và dày lên rất nhanh chóng cùng với sự suy giảm các chất hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu lọc gồm 3 loại: lớp ngoài cùng là vi sinh vật hiếu khí, tiếp là lớp vi sinh vật thiếu khí, lớp trong cùng là vi sinh vật kị khí. Trong nước thải sinh hoạt, nito chủ yếu tồn tại ở dạng ammoniac, hợp chất nito hữu cơ.Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa hợp chất nito về dạng nitrite, nitrate. Tiếp tục vi sinh vật thiếu khí và kị khí sẽ sử dụng các hợp chất hữu cơ trong nước thải làm chất oxy hóa để khử nitrate, nitrite về dạng khí N2 bay lên. Mặt khác quá trình nito một phần còn được thực hiện tại bể lắng sinh học.Vì vậy hiệu quả xử lý hợp chất nito, photpho trong nước thải sinh hoạt của công trình này rất tốt. 3.1.2 Sơ đồ nghiên cứu mô hình thực nghiệm 57
  68. Đồ án tốt nghiệp Đề tài Sưu tầm Thực hiện Đề xuất mô hình Thực nghiệm Thời gian lưu:6 Thời gian lưu:8 Thời gian lưu:12 Thời gian lưu: 24 giờ giờ giờ giờ ` Đánh giá hiệu suất xử lý bằng việc phân tích chỉ tiêu COD, SS, Nitơ tổng. 3.1.3 Quy trình lấy mẫu và phương pháp phân tích 3.1.3.1 Quy trình lấy mẫu Tần suất lấy mẫu 3 lần/tuần, đối với tuần đầu của mỗi thí nghiệm thì tần suất lấy mẫu khoảng 2 lần/tuần. Các chỉ tiêu COD, SS được đo tại thời điểm lấy mẫu. 3.1.3.2 Phương pháp phân tích Chỉ tiêu COD: Phương pháp Nessler  Mẫu trắng: 58
  69. Đồ án tốt nghiệp - Bước 1: Lấy ống nghiệm đo COD có nắp đem rửa sạch bằng cây cọ và xà phòng, sau đó đem sấy khô. - Bước 2: Lần lượt cho nước cất vào ống nghiệm đúng 2.5ml, cho chính xác 1.5ml K2Cr2O7 vào, tiếp theo cho 3.5ml H2SO4 reagent vào và vặn chặt nút đem sấy ở 1500C trong 2h để nguội. - Bước 3: Đổ mẫu ra erlen và cho 2 giọt Ferroin vào (mẫu chuyển sang màu xanh lá), sau đó chuẩn độ bằng FAS 0,1N cho đến khi mẫu chuyển sang màu đỏ đọc và ghi lại thể tích FAS 0,1N đã dùng (A).  Mẫu nước thải: - Bước 1: Lấy ống nghiệm đo COD có nắp đem rửa sạch bằng cây cọ và xà phòng, sau đó đem sấy khô. - Bước 2: Lần lượt cho nước thải vào ống nghiệm đúng 2.5ml, cho chính xác 1.5ml 0 K2Cr2O7 vào, tiếp theo cho 3.5ml H2SO4 vào và vặn chặt nút đem sấy ở 150 C trong 2h để nguội - Bước 3: Đổ mẫu ra erlen và cho 2 giọt Ferroin vào (mẫu chuyển sang màu xanh lá), sau đó chuẩn độ bằng FAS 0,1N cho đến khi mẫu chuyển sang màu đỏ đọc và ghi lại thể tích FAS 0,1N đã dùng (B). Chỉ tiêu SS: Phương pháp khối lượng Mẫu nước được lọc qua giấy lọc kích thước lỗ cỡ 0.45휇 , lượng cặn lơ lửng trên giấy lọc được sấy khô ở 103-105oC đến khối lượng không đổi. Hàm lượng cặn lơ lửng trong mẫu nước được tính dựa vào khối lượng giấy lọc trước và sau khi lọc. Chỉ tiêu N tổng: Phương pháp Kjeldahl Điều chỉnh pH = 6-7. - Bước 1: Trong bình Kjeldahl, một bình thử không với nước cất, bình kia đựng 140ml mẫu. - Bước 2: Lắp bình Kjeldahl vào hệ thống chưng cất. Đầu ống ngưng hơi phải nhúng chìm trong dd H3BO3. 59
  70. Đồ án tốt nghiệp - Bước 3: Nhiệt độ chưng cất được điều chỉnh sao cho được 6-10 ml/phút. Tắt máy trước khi chưng cất phẩm thu được khoảng 150 ml định mức lại 140 ml. - Bước 4: Chuẩn độ và áp dụng công thức tính ra %N tổng. % N = 1,42* (V1-V2)*100/a Trong đó: V1: là số ml H2SO4 0,01N cho vào bình hứng. V2: Số ml NaOH 0,01N đã chuẩn độ. V2-V1: số ml H2SO4 0,01N cho vào bình hứng đã bị trung hòa bởi NH4OH được tạo ra do quá trình chưng cất đạm. 1,42 là hệ số: cứ 1ml H2SO4 0,01N dùng để trung hòa NH4OH thì tương đương với 1,42 mg nitơ. a là số nguyên liệu tính bằng gam của mẫu cất đạm. 3.1.4 Tính toán thiết kế mô hình Chọn thể tích toàn bộ mô hình: V= 0,2 m3 = 200 L. Chọn kích thước mô hình: B x L = 50 cm x 80 cm. W.1000 200.1000 Chiều cao mô hình: hxd = = = 50 cm. B.L 50.80 Chiều cao thực tế của mô hình: Htt = hxd + hbv = 50 + 5 = 55 cm. Trong đó: hbv là chiều cao an toàn, hbv = 5 cm.  Bể điều hòa Chọn thể bể: V1 = 50 (L). Chọn kích thuớc bể: B1 x L1 = 20 cm x 50 cm. V1.1000 50.1000 Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = = = 50 (cm). B1.L1 20.50 Vậy chiều cao thực tế của bể là: Htt = Hxd + hbv = 50 + 5 = 55 (cm). Trong đó: hbv là chiều cao an toàn, hbv = 5 cm. B1.L1.Htt 20.50.55 Thể tích thực tế của bể: V1(tt) = = = 55 (L). 1000 1000 60
  71. Đồ án tốt nghiệp  Bể anoxic Chọn thể tích bể: V2 = 33 (L). Chọn kích thước bể : B2 x L2 = 25 cm x 30 cm. V2.1000 33.1000 Chiều cao xây dựng của bể: Hxd= = = 44 (cm). B2.L2 25.30 Vậy chiều cao thực tế của bể là: Htt = Hxd + hbv = 44 + 5 = 49 (cm). Trong đó: hbv là chiều cao an toàn, hbv = 5 cm. B2.L2.Htt 25.30.49 Thể tích thực tế của bể: V2(tt) = = = 36,75 (L). 1000 1000  Bể MBBR Chọn thời gian lưu: t3 = 6h. ℎ Thể tích bể: V3 = 푄 .t3 = 8,34.6 ≈ 50,04 (L). Chọn V3 = 50 (L). Chọn kích thước bể : B3 x L3 = 25 cm x 60 cm. V3.1000 50.1000 Chiều cao xây dựng của bể: Hxd= = ≈ 33 (cm). B3.L3 25.60 Vậy chiều cao thực tế của bể là: Htt = Hxd + hbv = 33 + 5 = 38 (cm). Trong đó: hbv là chiều cao an toàn, hbv = 5 cm. B3.L3.Htt 25.60.38 Thể tích thực tế của bể: V3(tt) = = = 57(L). 1000 1000  Ngăn lắng vách nghiêng Thể tích bể: V4 = 17 (L). Chọn kích thước bể : B4 x L4 = 25 cm x 30 cm. V4.1000 17.1000 Chiều cao xây dựng của bể: Hxd= = ≈ 23 (cm). B4.L4 25.30 Theo Trần Đức Hạ (2006), bể lắng vách nghiêng có dòng chảy đứng ngược chiều lắng được tính như sau: Chiều dài khối vách nghiêng v.h Lb = , m K.U0 61
  72. Đồ án tốt nghiệp Trong đó: v là vận tốc dòng chảy giữa hai lớp vách nghiêng, v = 3 – 10 mm/s. Chọn v = 3 mm/s. b h là chiều cao lớp lắng, h = , m. Chọn α = 450. cosα b là khoảng cách giữa hai tấm vách nghiêng, b = 0,025 – 0,15 m. Chọn b = 0,025 m. K là hệ số sử dụng thể tích, K = 0,5 – 0,8. Chọn K = 0,8. U0 là vận tốc lắng của các hạt cặn, U0 = 0,2 – 0,5 mm/s. Chọn U0 = 0,5 mm/s. b 0,025 v. 3. cosα cos 45 Vậy Lb = = = 0,265 m = 26,5 cm. K.U0 0,8.0,5 Chiều dày khối lớp mỏng Hb = (n – 1)b + nδ, m Trong đó: n là số tấm vách nghiêng. Chọn n = 3. δ là bề dày tấm vách nghiêng, δ = 0,025 m. Vậy Hb = (3 – 1)0,025 + 3.0,025 = 0,125m = 12,5cm. 3.1.5 Mô tả mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm được thực hiện giống như một quy trình xử lý nước và thiết kế theo công nghệ hợp khối, chất liệu bằng mica 4 mm ( riêng mặt đáy là 6 mm), có kích thước 50 x 80 x 55 cm. Mô hình được chạy với 4 thời gian lưu khác nhau: 24h, 12h, 8h, 6h. 62
  73. Đồ án tốt nghiệp Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm Hình 3.4 Mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm 63
  74. Đồ án tốt nghiệp 3.2 Vận hành mô hình 3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị  Các bước chuẩn bị: - Xây dựng mô hình xử lý với các thông số trên. - Đặt hệ thống sục khí cho các bể điều hòa, anoxic, MBBR bằng đá bọt. - Vật liệu được chuẩn bị với khối lượng đầy đủ theo yêu cầu cho giá thể vào bể lọc sinh học hiếu khí. Việc chuẩn bị tốt vật liệu góp phần quan trọng cho kết quả xử lý sinh học. - Nước thải được lấy từ hệ thống ống xả tại cụm dân cư mới Thị Trấn Thủ Thừa, Huyện Thủ Thừa, Tỉnh Long An. - Bùn được lấy từ bể SBR của nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình.  Chuẩn bị nước thải : Tiến hành kiểm tra thành phần của nước thải đem về, kết quả thu được như sau: Bảng 3.1 Thông số đầu vào STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 pH - 6.8 2 COD mg/l 298 3 SS mg/l 276 4 N tổng mg/l 73  Chuẩn bị bùn: Bùn hoạt tính dùng cho việc xử lý được lấy từ nhà máy xử lý nước thải tập trung Khu công nghiệp Tân Bình. Bùn được lấy trực tiếp từ bể SBR của nhà máy, sau đó đem về xác định nồng độ bùn: Cb = 7700 (mg/l). Bùn cho vào mô hình với MLSS khoảng 2000 - 3500 mg/l (chọn 2500 mg/l). Thể tích bể MBBR là V = 57 lít. Muốn hàm lượng bùn trong nước thải là 2500 mg/l thì thể tích bùn cần lấy là: 64
  75. Đồ án tốt nghiệp . 57.2500 Vb = = = 18,51 (l) 7700 3.2.2. Vận hành mô hình thí nghiệm  Giai đoạn chạy thích nghi: Giai đoạn thích nghi được tiến hành ở nồng độ COD đầu vào khoảng 300 mg/l. Giai đoạn thích nghi được thực hiện như sau: Cho vào mô hình 60 lít nước thải đã được pha loãng có nồng độ COD đầu vào khoảng 300 mg/l cùng với bùn tạo thành hỗn hợp có MLSS khoảng 2500 mg/l. Chạy mô hình và hàng ngày thường xuyên kiểm tra các thông số COD, SS. Giai đoạn thích nghi kết thúc khi lớp màng vi sinh vật đã hình thành bám trên giá thể và hiệu quả khử tương đối ổn định (COD không tiếp tục giảm).  Giai đoạn xử lý: Sau giai đoạn chạy thích nghi (7 ngày), một lớp màng vi sinh vật được tạo thành trên bề mặt vật liệu lọc. Lần lượt vận hành bể lọc với từng thời gian lưu nước 24h, 12h, 8h. Khi hiệu quả xử lý ở thời gian đó ổn định mới tiến hành thời gian lưu tiếp theo. Ở mỗi thời gian tương ứng ta cũng tiến hành đo SS, COD. Nước thải được đưa vào mô hình liện tục thông qua bơm, với lưu lượng bơm có thể điều chỉnh được và được chảy tràn ra ngoài thông qua van.  Vận hành mô hình: Nước thải từ bể chứa nước thải được đưa vào hệ thống xử lý bằng công nghệ MBBR nhờ bơm định lượng. Sau khi bơm nước thải được dẫn vào bể điều hòa, tại đây có gắn hệ thống sục khí để xáo trộn đều nước thải, tránh sự lắng cặn của các chất bẩn và sinh mùi. Sau đó, nước thải sẽ chảy tràn qua bể thiếu khí, tại bể thiếu khí gắn bộ phận khuấy trộn bằng cánh khuấy, tốc độ cánh khuấy được duy trì 15 vòng/phút để duy trì hàm lượng oxy hòa tan luôn nhỏ hơn 0,5 mg/l đồng thời chúng có khả năng duy trì bùn hoạt tính chuyển động lơ lửng mà tiêu tốn ít năng lượng nhất. Cánh khuấy hoạt động nhờ 65
  76. Đồ án tốt nghiệp motor DC 12V nối với bộ điều khiển tốc độ quay cánh khuấy và bộ nguồn biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều. Sau khi được xử lý trong bể thiếu khí nước thải sẽ chảy tràn vào bể hiếu khí bám dính MBBR. Tại đây có lắp đặt hệ thống phân phối khí và được thổi khí liên tục bằng máy thổi khí, lưu lượng khí được điều chỉnh phù hợp bằng các van điều chỉnh lưu lượng khí nhằm cung cấp oxy và giúp các giá thể chuyển động trong bể hiếu khí. Nước thải sau khi được xử lý bằng bể hiếu khí bám dính MBBR sẽ chảy tràn vào bể lắng vách nghiêng, một phần nước thải từ bể lắng được bơm tuần hoàn về bể thiếu khí với lưu lượng bằng với lưu lượng nước thải đầu vào. Tại bể lắng các bùn hoạt tính sau khi lắng được dẫn vào bể chứa bùn nhờ van xả đáy đặt ở đáy bể lắng, phần nước thải trong được dẫn vào bể chứa nước sau xử lý, bùn hoạt tính được châm trở lại bể thiếu khí để duy trì hàm lượng bùn hoạt tính trong hệ thống xử lý. Nước thải sau khi qua bể lắng sẽ được khử trùng bằng dung dịch Javel 10% trước khi xả ra môi trường. Nước sau xử lý đạt chuẩn quy chuẩn QCVN 14: 2008/ cột B của BTNMT. 66
  77. Đồ án tốt nghiệp Hình 3.5 Sơ đồ các mặt cắt của mô hình 67
  78. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý 4.1.1 Giá thể Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 – 4000 gTSS/m3, tương tự với những giá trị có được trong quá trình bùn hoạt tính với tuổi bùn cao. Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều. Mật độ của giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong bể, với 67% là giá thể đặc trưng. Tuy nhiên mật độ giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Thường được sử dụng giá trị thấp hơn 67%. 4.1.2 Độ xáo trộn Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của bể. Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ chất và oxy đến bề mặt biofilm. Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet đối với việc xử lý cơ chất luôn được ưu tiên. Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trì vận tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình. Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý. 4.1.3 Tải trọng thể tích Vì không thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên bề mặt giá mang, người ta đưa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể. 4.2 Kết quả chạy mô hình MBBR 4.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi Ở giai đoạn thích nghi, đây là giai đoạn khởi động của mô hình, để theo dõi mức độ thích nghi, ổn định của mô hình, sự dao dộng về nồng độ của các chỉ tiêu. 68
  79. Đồ án tốt nghiệp Tiến hành lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu: COD, SS, N (Nitơ tổng) để đánh giá chi tiết hơn. Bảng 4.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD ở giai đoạn thích nghi (24h) (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 0,29 290 235 228 18,97 21,38 2 0,29 290 195 187 32,76 35,52 3 0,29 290 157 152 45,86 47,59 4 0,29 290 118 113 59,31 61,03 5 0,29 290 106 101 63,45 65,2 6 0,29 290 99 94 65,86 67,6 7 0,29 290 96 91 66,9 68,62 Nhận xét: Qua kết quả phân tích được ta nhận thấy chỉ tiêu COD giảm sau khi xử lý. Sau thời gian thích nghi (1 tuần) , sau khi xử lý bằng MBBR thì COD giảm từ 235 (mg/l) xuống còn 96 (mg/l) đạt H = 66,9 (%) và COD cũng giảm từ 228 (mg/l) xuống còn 91 (mg/l) đạt H = 68,62 (%) sau bể lắng, điều này là cơ sở cho việc tiến hành cho mô hình MBBR chạy động với thời gian lưu nước là 24h, 12h và 8h. 69
  80. Đồ án tốt nghiệp 350 80 300 70 250 60 50 200 40 COD vào 150 COD ra 30 Hiệu suất 100 20 50 10 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian (ngày) Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở giai đoạn thích nghi Nhận xét: Qua đồ thị, ta thấy COD giảm đều trong 4 ngày đầu (235 mg/l xuống còn 118 mg/l), ngày thứ 5 trở đi COD giảm nhẹ và tương đối ổn định (106 mg/l xuống 96 mg/l), biểu thị lớp màng vi sinh đã ổn định để tiến hành chạy với thời gia lưu lâu hơn. 350 80 300 70 250 60 50 200 40 COD đầu 150 vào 30 COD đầu 100 20 ra 50 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 10 0 0 Thời gian (ngày) 1 2 3 4 5 6 7 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở giai đoạn thích nghi 70