Đồ án Tổng quan quy trình xử lý nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

, đồng thời gây tốn kém nhiều về xây dựng cơ bản và quản lí. Thông thƣờng khi thiết kế phải tính đến lƣu lƣợng giờ lớn nhất và hàng loạt những thay đổi theo lƣu lƣợng, nhƣ thể tích bể chứa, công suất máy bơm, tiết diện ống đẩy Khi lƣu lƣợng nồng độ nƣớc thải thay đổi thì khich thƣớc bể lắng, bể trung hòa và thiết bị xử lí của những coong đoạn tiếp theo cũng lớn hơn, chế độ làm việc nói chung la mất ổn định. Do vậy, lƣu lƣợng nƣớc thải đƣa vào xử lí cần thiết phải điều hòa nhằm tạo dòng nƣớc thải vào hệ thống xử lí hầu nhƣ không đổi, khắc phục những khó khăn cho chế độ công tác do lƣu lƣợng nƣớc thải dao động gây ra và đồng thời nâng cao hiệu suất xử lí cho toàn bộ dây chuyền. Kĩ thuật điều hòa đƣợc ứng dụng cho từng trƣờng hợp phụ thuộc vào đặc tính thu gom nƣớc thải. 1.2.3. Phƣơng pháp cơ học Mục đích của phƣơng pháp cơ học để sử lý nƣớc thải là tách pha rắn lỏng (tạp chất phân tán thô) khỏi nƣớc thải bằng các phƣơng pháp lắng và lọc. - Để giữ các tạp chất không hòa tan lớn và một phần chất bẩn lơ lửng: dung song chắn hoặc lƣới lọc. - Để tách các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc bé hơn nƣớc dùng bể lắng: * Các chất lơ lửng nguồn gốc khoáng (chủ yếu là cát) đƣợc lấng ở bể lắng cát * Các hạt cặn đặc tính hữu cơ đƣợc tách ra ở bể lắng * Các chất cặn nhẹ hơn nƣớc: dầu, mỡ, nhựa v.vđƣợc tách ở bể thu dầu, mỡ, nhựa (dung cho nƣớc thải công nghiệp) * Để giải phóng chất thải khỏi các chất huyền phù, phân tán nhỏdùng lƣới lọc, vải lọc hoặc lọc qua lớp vật liệu lọc (thƣờng dùng cho nƣớc thải công nghiệp) Sơ đồ hệ thống các công trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp cơ học đƣợc nêu trong hình 1. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 18 Hình 1. Sơ đồ hệ thống các công trình xử lí nước thải bằng phương pháp cơ học Xử lý cơ học là khâu sơ bộ chuẩn bị cho sủ lý sinh học tiep theo. Song trong nhiều trƣờng hợp đối với nƣớc thải công nghiệp nó cũng là một khâu độc trong vong cấp nƣớc tuần hoàn hoăc có thể xã thẳng ra nguồn. XLNT bằng phƣơng pháp cơ học thƣờng thực hiện trong các công trình và thiết bị nhƣ song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ. Đây là các thiết bi, công trình xử lý sơ bộ tại chỗ tách các chất phân tán Tách pha rắn lỏng Chắn rác Lắng trọng lực Lọc Tách ly Lắng cát Lắng cặn Lọc màng Lọc cơ học Lọc tách nƣớc Lọc chậm Lọc nhanh Lọc áo Lọc trọng lực Lọc áp lực Lọc chân không Lọc băng chuyền Lắng trọng lực truyền thống kết hợp tách dầu, mỡ Lắng qua tầng cặn lơ lửng Ép lọc Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 19 thô nhằm đảm bảo cho hệ thống thoát nƣớc hoặc các công trình xử lý nƣớc thải phía sau hoạt động ổn định. Phƣơng pháp xữ lý cơ học tách khỏi nƣớc thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất không tan, tuy nhiên BOD của phần nƣớc không giảm. Để tăng cƣờng quá trình xữ lý cơ học, ngƣời ta làm thoáng nƣớc thải sơ bộ trƣớc khi lắng nên hiệu suất xữ lý của các công trình cơ học có thể tăng lên đến 75% và BOD giảm đi 10-15%. 1.2.4. Phƣơng pháp hóa học và hóa lý Thực chất của phƣơng pháp xử lý hóa học là đƣa và nƣớc thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học tạo thành chất khác dƣới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhƣng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trƣờng. Ví dụ phƣơng pháp trung hòa nƣớc thải chứa axit và kiềm, phƣơng pháp oxi hóa. Sơ đồ hệ thống các biện pháp xử lý hóa học và hóa lí nƣớc thải đƣợc nêu trên hình 2. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 20 Hình 2. Hệ thống xử lí nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lí 1.2.4.1. Phương pháp hóa học Thực chất của phƣơng pháp xử lý hóa học là đƣa vào nƣớc thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học tạo thành chất khác dƣới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhƣng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trƣờng. Ví dụ nhƣ phƣơng pháp trung hòa nƣớc thải chứa axit và kiềm, phƣơng pháp oxi hóa. Xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa học thƣờng là khâu cuối cùng trong dây chuyền công nghệ xử lí trƣớc khi xả ra nguồn yêu cầu chất lƣợng cao hoặc khi cần thiết sử dụng lại nƣớc. XLNT bằng phƣơng pháp hóa học và hóa lý Trung hòa, khử độc, chuyển các chất khó xử lý thành dễ xử lý Trung hòa Keo tụ và tạo bông Ôxy hóa và/hoặc Ôxy hóa khử hóa học Trao đổi cation Điện hóa Ôzon hóa Ôxy hóa UV (quang hóa) Than hoạt tính Nhôm hoạt tính Làm thoáng (thổi khí) Trao đổi anion Hấp thụ Trao đổi ion Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 21 1.2.4.2. Phương pháp hóa lý Các phƣơng pháp hóa lý thƣờng đƣợc ứng dụng để xử lý nƣớc thải là keo tụ, hấp thụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi Căn cứ vào điều kiện địa phƣơng và yêu cầu vệ sinh mà phƣơng pháp háo lý là giải pháp cuối cùng hoặc là giai đoạn xử lý sơ bộ cho các giai đoạn xử lý tiếp theo. Đó là cho các hóa chất (keo tụ và trợ keo tụ) để tăng cƣờng tách các tạp chất không tan keo và mất một phần chất hòa tan ra khỏi nƣớc thải; chuyển các hóa chất tan thành không tan và lắng cặn hoặc thanh các chất không độc; thay đổi phản ứng (pH) của nƣớc thải (phƣơng pháp trung hòa), khử màu nƣớc thải,.. Đây là khâu xử lý cuối cùng (nếu với mức độ xử lý đạt đƣợc, nƣớc thải có thể sử dụng lại) hoặc là khâu xử lý sơ bộ (: khử các chất độ hại hoặc các chất ngăn cản sự hoạt động bình thƣờng của công trình xử lý, đảm bảo pH ổn định cho quá trình XLNT bằng phƣơng pháp sinh học tiếp theo, chuyển các chất độc hại khó xử lý, khó làm lắng thành đơn giản hoặc lắng động keo tụ đƣợc,.). 1.2.5. Phƣơng pháp xử lý sinh học Xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu la vi sinh vật dị dƣỡng hoại sinh có trong nƣớc thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn đƣợc khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nƣớc. Cho đến nay ngƣời ta đã xác định đƣợc rằng, các vi sinh vật có thể phân hủy đƣợc tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo. Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc trƣớc hết vào cấu tạo các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nƣớc và hang loạt các yếu tố ảnh hƣởng khác. Vi sinh vật có trong nƣớc thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng và tạo ra năng lƣợng. Quá trình dinh dƣỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lƣợng tế bào (tăng sinh khối), đồng thời làm sạch (có thể là gần hoàn toàn) các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do vậy trong xử lí sinh học, ngƣời ta phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nƣớc thải trong giai đoạn xử lí sơ bộ. Đối với các tạp chất vô cơ có trong nƣớc thải thì phƣơng Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 22 pháp xử lí sinh học có thể khử các chất sulfite, muối amon, nitrat... các chất chƣa bị ôxi hóa hòa tan. Sản phẩm của các quá trình phân hủy này la khí CO2, nƣớc, khí N2, ion sulfat...... 1.2.5.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hiếu khí Qúa trình xử lý nƣớc thải đƣợc dựa trên sự ôxy hóa các chất hữu cơ có trong nƣớc thải nhờ ôxy tự do hòa tan. Nếu ôxy đƣợc cấp bằng thiết bị hoặc cấu tạo công trình, thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo. Ngƣợc lại, nếu ôxy hòa tan và vận chuyển trong nƣớc nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên. Các công trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo thƣờng đƣợc dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính (bể aerôten trộn, kênh ôxy hóa tuần hoàn) hoặc màng sinh học (bể lọc sinh học, đĩa sinh học). Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên thƣờng đƣợc tiến hành trong hồ (hồ sinh học ôxy hóa, hồ sinh học ổn định) hoặc trong đất ngập nƣớc (các loại bãi lọc, đầm lầy nhân tạo). 1.2.5.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí Qúa trình xử lý đƣợc dựa trên cơ sơ phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kỵ khí. Đối với các hệ thống thoát nƣớc quy mô nhỏ và vừa ngƣời ta thƣờng dùng các công trình kết hợp giữa việc tách cặn lắng (làm trong nƣớc) với phân hủy yems khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng. Các công trình đƣợc ứng dụng rộng rãi là các loại bể tự hoại, giêngs thấm, bể lắng hai vỏ (bể lắng Imhoff), bể lắng trong kết hợp với ngăn lên men, bể lọc ngƣợc qua tầng cặn kỵ khí (UASB). 1.2.5.3. Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên: các công trình lọc nƣớc thải qua đất (cánh đồng tƣới và cánh đồng lọc) hoặc các công trình chứa đầy nƣớc thải nhƣ một hồ nƣớc (hồ sinh học). Điều kiện khí hậu và diện tích xây dựng hạn chế việc phát triển các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong điều kiện tự nhiên. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo: gồm các công trình aerôten, biophin,. Qúa trình ôxy hóa sinh học ở các công trình này diễn ra Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 23 mạnh hơn trên các cánh đồng tƣới, cánh đồng lọc hoặc hồ sinh học. Bởi vì có thể tạo điều kiện để các quá trinh này làm việc tốt. Nếu yêu cầu xử lý nƣớc thải mức độ cao, sau khi xử lý sinh học cần đƣợc nƣớc thải xử lý hoàn chỉnh trong các bể lọc cát, máy vi lọc, bể lọc hấp thụ, Bảng 9: Các quá trình sinh học dung trong xử lí nước thải Loại Tên chung Áp dụng Quá trình hiếu khí Sinh trƣởng lơ lửng Quá trình bùn hoạt tính - Thông thƣờng (dòng đẩy) - Xáo trộn hoàn toàn - Làm thoáng theo bậc - Oxi nguyên chất - Bể phản ứng hoạt động gián đoạn - ổn định tiếp xúc - Làm thoáng kéo dài - Kênh ôxi hóa - Bể sâu (90ft = 30m) - Bể rộng – sâu Nitrat hóa sinh trƣởng lơ lửng Hồ làm thoáng Phân hủy hiếu khí: - Không khí thong thƣờng - Oxi nguyên chất Khử BOD chứa cacbon (nitrat hóa) Nitrat hóa Khử BOD- chứa cacbon (nitrat hóa) Ổn định, khử BOD chứa cacbon Sinh trƣởng gắn kết Bể lọc sinh học: - Thấp tải – nhỏ giọt Khử BOD chứa cacbon- nitrat hóa Khử BOD chứa cácbon Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 24 Kết hợp quá trình sinh trƣởng và gắn kết - Cao tải Lọc trên bề mặt xù xì Đĩa- tiếp xúc sinh học quay. Bể phản ứng với khối vật liệu Quá trình lọc sinh học hoạt tính: - Lọc nhỏ giọt – vật liệu rắn tiếp xúc - Qúa trình bùn hoạt tính – lọc sinh học - Quá trình lọc sinh học – bùn hoạt tính nối tiếp nhiều bậc Khử BOD chứa cacbon- nitrat hóa Khử BOD chứa cacbon - nitrat Quá trình trung gian anoxic Sinh trƣởng lơ lửng Sinh trƣởng gắn kết Sinh trƣởng lơ lửng khƣ nitrat hóa. Màng cố định khử nitrat hóa Khử nitrat hóa Quá trình kị khí Sinh trƣởng lơ lửng Sinh trƣởng gắn Lên men phân hủy kị khí - Tác động tiêu chuẩn,một bậc - Cao tải một bậc - Hai bậc Quá trình tiếp xúc kị khí Lớp bùn lơ lửng kị khí hƣớng lên (UASB) Quá trình lọc kị khí Ổn định, khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon Ổn định chất thải – khử Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 25 kết Lớp vật liệu – thời gian kéo dài nitrat hóa Ôn định chất thải - khử nitrat hóa Quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic – kị khí - Sinh trƣởng lơ lửng - Kết hợp sinh trƣởng lơ lửng, sinh trƣởng gắn kết - Quá trình một bậc hoặc nhiều bậc, các quá trình có tính chất khác nhau - Các quá trình một bậc hoặc nhiều bậc Khử BOD chứa cacbon, nitrat hóa, khử nitrat hóa, khử photpho Khử BOD chứa cacbon, nitrat hóa, khử nitrat và photpho Qúa trình ở hồ Hồ hiếu khí Hồ bậc ba (xử lí triệt để) Hồ tùy tiện Hồ kị khí Khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon, nitrat hóa Khử BOD chứa cacbon Khử BOD chứa cacbon (ổn định chất thải – bùn) 1.2.6. Xử lý và sử dụng cặn 1.2.6.1. Thành phần và tính chất của bùn cặn nước thải Thành phần của bùn cặn rất phức tạp, chúa nhiều chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dƣỡng nhƣ N, K, S, Fe, Trong thành phần hữu cơ của bùn cặn co tới 80-85% là Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 26 prôtit, lipit và hydratcacbon. Còn lại 15-20% là hợp chất mùn và lignin. Thành phần của bùn cặn nƣớc thải nêu trong bảng 10: Bảng 10: Thành phần và tính chất của bùn cặn nước thải Các thông số Loại bùn cặn Cặn lắng 1 Bùn sau lắng 2 Tỷ trọng, kg/l 1,4 1,08 -1,25 Tổng chất rắn khô 2,5 – 5,5 0,5 – 1,2 Tổng chất rắn bay hơi, % tổng chất rắn khô 60 - 80 60 - 80 Cellnose, % tổng chất rắn khô 8 - 15 7 Mỡ và chất béo khác, % tổng chất rắn khô 6 -30 5 - 12 Protein, % tổng chat rắn khô 20 - 30 32 - 41 Tổng nitơ, % tổng chất rắn khô 1,5 – 4,0 4,7 – 6,7 Tổng phôtpho (P2O5), % tổng chất rắn khô 0,8 – 2,8 2,8 - 11 Kali (K2O), % tổng chất rắn khô 0 – 1,0 0,4 pH 5 - 8 6,5 - 8 Coliorm, coli/g chất khô 107 – 108 4.106 – 3.107 1.2.6.2. Các phương pháp xử lý bùn cặn nước thải a. Mục đích xử lý bùn cặn nước thải - Ổn định bùn cặn, khử các chất hữu cơ dễ gây thối rữa - Làm khô bùn cặn để dễ vận chuyển và sử dụng - Khử độc bùn cặn hoặc thu hồi chất quý trong đó (đối với cặn sơ cấp của nƣớc thải sản xuất). Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 27 Cặn đƣợc thu hồi từ bể lắng đợt một và bùn (hình thành trong quá trình xử lý sinh học) tách ra tại bể lắng đợt hai. Bùn cặn bao gồm nhiều phân tử rắn pha nƣớc. Ơ trạng thái tƣơi chúng có mùi và chứa nhiều vi khuẩn (co vi khuẩn gây bệnh) và trứng giun. b. Các phương pháp xử lý bùn cặn Để giảm lƣợng các chất hữu cơ trong cặn, ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp: - Lên men nhờ vi sinh vật yếm khí (bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong ủ bùn, bể mêtan). - Ôn định hiếu khí bùn. Giảm độ ẩm của bùn cặn bằng cách lƣu giữ trên sân phơi bùn hoặc hố phơi bùn hoặc bằng các phƣơng pháp cơ học nhƣ lọc chân không, ép loc, lắng ly tâm, sấy và đốt cặn. Để giảm dung tích công trình cũng nhƣ đảm bảo cho quá trình xử lý ổn định, một số loại bùn cặn có độ ẩm cao (nhƣ bùn hoạt tính dƣ có độ ẩm đến 99,2%s) cần phải đƣợc tách nƣớc sơ bộ. Qúa trình xử lý bùn cặn trong nƣớc thải đƣợc nêu trên hình sau: Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 28 Hình 3: Sơ đồ tổng quan các quá trình xử lý bùn cặn nước thải Bùn cặn tƣơi Tách nƣớc sơ bộ (giảm 60% nƣớc bùn) ổn định bùn cặn (khử các chất hữu cơ dễ gây thối rữa) Xử lý sơ bộ bùn cặn (làm tăng khả năng nhả nƣớc của bùn cặn) Làm khô bùn cặn (làm mất nƣớc, giảm độ ẩm xuống dƣới 80%) Vận chuyển bùn cặn (làm phân bón hoặc dự trữ) Sử dung lại bùn cặn (thu hồi chất quý hoặc năng lƣợng) Khử độc bùn cặn Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 29 1.2.6.3. Sử dụng cặn Bùn cặn nƣớc thải chứa phần lớn các chất hữu cơ,nitơ va phôtpho. Do có hàm lƣợng tƣơng đối thấp nên ngƣời ta thƣờng trộn thêm kali để làm phân bón. Ngoài ra hàm lƣơng CaO trong bùn cặn cao nên nó thích hợp trong việc cải tạo đất chua phèn. Hoặc làm chất phụ chứa prôtit, vitamin,cho thêm vào thức ăn của gia súc. 1.2.7. Khử trùng nƣơc thải – xả nƣớc thải đã sử lý vào nguồn 1.2.7.1. Cơ chế khử trung nước thải Sau các giai đoạn sử lý bậc một, bậc hai,. Song song với việc giảm nồng độ các chất ô nhiễm nhƣ cặn lơ lửng, BOD,. đáp ứng yêu cầu quy định thì số lƣợng vi khuẩn gây bệnh đặc trƣng bằng chỉ tiêu coliform cũng giảm đáng kể (đạt 90-95%). Tuy nhiên một lƣợng nhỏ vi khuẩn còn lại, khi vào nguồn nƣớc mặt, gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển nhanh chóng. Sauk hi xử lý cơ học, xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo, vi khuẩn gây bệnh không bị tiêu diệt hoàn toàn. Hiệu quả trung qua các quá trình này đƣợc nêu trong bảng 11 Bảng 11. Hiệu quả khử trùng sau các khâu xử lý nước thải Quá trình xử lý Hiệu quả khử trùng, % Chắn rác thô 0-5 Chắn rác tinh 10-20 Lắng cát 10-25 Lắng trọng lực 25-75 Keo tụ 40-80 Lọc sinh học 90-95 Xử lý bằng bùn hoạt tính 90-98 Clo hóa nƣớc thải sau xử lý 98-99,99 Vì vậy để đảm bảo điều kiện vệ sinh, nƣớc thải đô thị hoặc nƣớc thải sinh hoạt sau xử lý cơ học hoặc xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần phải khử trùng tiếp tục. Để thực hiện quá trình khử trung nƣớc thải, ngƣời ta có thể xử dụng các biện pháp nhƣ clo hóa ôzon hóa, khử trùng bang tia hồng ngoại UV, Ngoài việc diệt các loại vi Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 30 khuẩn gây bệnh, các quá trình này còn tạo điều kiện để ôxy hóa các chất hữu cơ và đẩy nhanh các quá trình làm sạch nƣớc thải khác. Cơ chế diệt khuẩn và xử lý các chất ô nhiễm khác bằng các biện pháp nêu trên đƣợc tổng hợp trong bảng 12. Bảng 12. Cơ chế diệt khuẩn của các phương pháp khử trùng Clo hóa Ôzôn hóa Bức xạ hồng ngoại Ôxy hóa Ôxy hóa trực tiếp và phá vỡ cấu trúc màng tế bào vi khuẩn Ôxy hóa quang hóa AND và ARN của tế bào vi khuẩn Phản ứng với clo hoạt tính Phản ứng với ôxy nguyên tử trong quá trình phân rã ôzon Các ãit nucleic hấp thụ năng lƣợng bƣớc song 240-280 nm Phân hủy protein Gây nguy hiểm cho các hợp phần của axit nucleic (pủin, pyrimidin) Kìm hãm quá trình sinh sản và phát triển của tế bào vi khuẩn 1.2.7.2. Các phương pháp khử trùng nước thải a. Các phương pháp khử trùng nước thải bằng clo Phƣơng pháp khử trùng nƣớc thải bằng clo là phƣơng pháp đơn giản,, rẻ tiền và hiệu quả cao. Ngƣời ta thƣờng dùng các loại clo sau để khử trùng: - Clo lỏng Cl2 - Natri hyboclorit dạng lỏng NaClO - Canxi hypoclorit dạng rắn CaCl2(ClO)2.H2O Hiệu quả khử trùng bằng clo phụ thuộc vào liều lƣợng clo hoạt tính, pH nƣớc thải, thời gian tiếp xúc, hàm lƣợng và đặc điểm chất bẩn hữu cơ, Khử trùng đƣợc tiến hành theo các bƣớc: - Xáo trộn hóa chất khử trùng với nƣớc thải trong các bể trộn, thời gian 1- 2phút. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 31 Thực hiện phản ứng tiếp xúc hóa chất khử trùng với nƣớc thải trong các bể tiếp xúc và máng dẫn nƣớc thải ra nguồn với thời gian từ 15 đến 30 phút, phụ thuộc vào các điều kiện xáo trộn và phản ứng. Tuy nhiên, việc khử trùng clo sẽ khó khăn nếu trong nƣớc thải công nghiệpcos nhiều hợp chất hữu cơ bền vững. Khi đó clo sẽ kết hợp với các chất này để tạo thành các hợp chất hữu cơ clo dễ gây nguy hại cho nguồn nƣớc, đặc biệt là nguồn phục vụ cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt. b. Khử trùng bằng clo nước Để định lƣợng clo, xáo trôn clo hơi với nƣớc công tác, điều chế và vận chuyển đến nơi sử dụng ngƣời ta thƣờng dùng cloratơ. Ngƣời ta thƣơng dùng các loại cloratơ hoạt động liên tục đều, cloratơ hoạt động liên tục tỷ lệ với lƣu lƣợng nƣớc và cloratơ chân không. c. Khử trùng bằng clorua vôi Thiết bị dùng để khử trùng nƣớc thải bằng clorua vôi thƣờng có một hoặc hai thùng hòa trộn, hai thùng dung dịch và máy bơm định lƣợng. Thùng hòa trộn làm nhiệm vụ trộn clorua vôi với nƣớc kỹ thuật để đạt dung dịch clorua vôi dạng sữa nồng độ 10-15%. Bùn cặn từ thùng này đƣợc xã ra ngoài và chuyển đi làm khô. Sữa clorua vôi tiếp tục đƣợc pha loãng trong thùng dung dịch đến nồng độ dƣới 2,5% sau đó đƣợc máy bơm định lƣợng cấp về máng trộn. Phần bùn của dung dịch lấy bằng 15% dung tích hữu ích. Dung tích bùn hòa trộn lấy không quá 50% dung tích thùng dung dịch. Các thùng pha clorua vôi có thể đƣợc làm bằng composite, gỗ hoặc bêtong có bọc nhựa, Dung dịch clo khuấy trộn bằng máy khuấy cánh và trục chịu hóa chất. Khử trùng bằng clorua vôi thƣờng dùng cho các trạm XLNT công suất dƣới 1000m3/ngày. d. Khử trùng nước thải bằng ôzon Ôzon la chất khí, có khả năng ôxy hóa mạnh. Trong nƣớc ôzon bị phân ly theo các phản ứng sau đây: O3 + H2O => HO3 + + OH - HO3 + OH - =>2HO2 Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 32 1.2.8. Sơ đồ công nghệ tổng quan Nƣớc thải vào Song chắn Bể lắng cát Bể lắng đợt một Các công trinh XLNT theo nguyên lý Cấp khí cƣỡng bức Máy nghiền rác Bể lắng đợt hai Máng trộn Bể tiếp xúc Nguồn tiếp nhận nƣớc thải Bể mêtan Bể nén bùn Sân phơi bùn Làm khô bùn cặn bằng PP cơ học Sân phơi cát Lọc sinh học Bùn hoạt tính Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 33 CHƢƠNG 2: XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật sống và pháp triển để phân huỷ các chất hữu cơ đƣợc nhanh chóng và triệt để. Xử lý với bất kỳ phƣơng pháp và điều kiện nào thì nƣớc thải sau xử lý phaỉ đạt những yêu cầu sau: - Không có vi sinh vật gây bệnh và lƣợng vi sinh vật dƣới mức cho phép - Vận hành đơn giản - Vốn đầu tƣ ban đầu không cao - Tiết kiệm mặt bằng - Giảm ô nhiễm hữu cơ, cặn lơ lửng, muối amôn và photphat đến mức cho phép Để đạt những yêu cầu trên thì loại công trình đƣợc xử dụng là công trình xử lý sinh học nƣớc thải trong điều kiện nhân tạo, ở đây các điều kiện đảm bảo môi trƣờng thuận lợi cho vi sinh vât hiếu khí hoạt động sống và phát triển là nhờ các thiết bị cung cấp đầy đử nguồn oxy nhƣ bơm máy nén, hệ thống điều chỉnh pH, kiểm tra cung cấp nguồn dinh dƣỡng Các biện pháp oxy hoá trong điều kiện nhân tạo đƣợc thực hiện trong 2 phƣơng pháp cơ bản: - Bể lọc sinh học - Bể Aeroten Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 34 2.1. BỂ LỌC SINH HỌC Hình 4: Bể lọc sinh học Bể Biôphin là một công trình xử lý sinh học nƣớc thải trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh hiếu khí. Qúa trình xử lý diễn ra khi cho một nƣớc thải tƣới lên bề mặt của bể và thấm qua lớp vật liệu học. Ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và ở các khe hở giữa chúng các cặn bẩn đƣợc giữ lại và tạo thành màng - gọi là màng vi sinh. Lƣợng ôxy cần thiết để ôxy hoá các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nƣớc thải khi ta tƣới, hoặc qua khe hở thành bể, hoặc qua hệ thống tiêu nƣớc từ đáy đi lên. Vi sinh hấp thụ chất hữu cơ và nhờ có ôxy mà quá trình ôxy hoá đƣợc thực hiện. Những màng vi sinh đã “ chết ’’ sẽ cùng với nƣớc thải ra khỏi bể và đƣợc giữ lại bể lắng đợt II. Đây là phƣơng pháp xử lý có hiệu quả cao, nhƣng chỉ làm việc bình thƣờng trong các điều kiện sau: - Nƣớc thải đƣợc xử lý sơ bộ trƣớc khi đƣợc đƣa vào bể Biophin - Nồng độ nhiễm bẩn BOD không đƣợc vƣợt quá 150 – 200mg/l Muốn xử lý đƣợc nƣớc thải có hàm lƣợng BOD cao thì cần phải pha loãng rất nhiều và hệ số tuần hoàn cao. Chi phí đầu tƣ cho bể pha loãng và xử lý ban đầu lớn. Nhƣ vậy việc xử dụng phƣơng pháp này là không thích hợp. Ngƣời ta phân biệt bể Biôphin nhƣ sau: Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 35  Theo mức độ xử lý: Biôphin xử lý hoàn toàn và không hoàn toàn. Biôphin cao tải có thể xử lý hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, còn Biôphin nhỏ giọt dung để xử lý hoàn toàn.  Theo biện pháp làm thoáng, Biôphin làm thoáng tự nhiên và Biôphin làm thoáng nhân tạo. Trong trƣờng hợp làm thoáng nhân tạo thì bể Biôphin thƣờng gọi là aerophin.  Theo chế độ làm việc: Biôphin làm việc liên tục và Biôphin làm việc gián đoạn tuần hoàn và không tuân hoàn. Nếu nồng độ nhiễm bẩn của nƣớc thải lên bể Biôphin không cao lắm và với khối lƣợng đủ để có thể tự làm sạch thì việc tuần hoàn là không cần thiết. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại thì tuỳ theo nồng độ của nƣớc thải mà nên hoặc bắt buộc tuần hoàn.  Theo sơ đồ công nghệ: Bể Biôphin một hay hai bậc. Bể Biôphin hai bậc thƣờng đƣợc áp dụng khi điều kiện khí hậu không thuận lợi, khi không có điều kiện tăng chiều cao công tác của bể và khi cần nâng cao hiệu suất xử lý.  Theo khả năng chuyển tải :Biôphin cao tải và Biôphin nhỏ giọt (Biôphin thông thƣờng).  Theo đặc điểm cấu tạo của vật liệu học: Biôphin chất liệu khối và Biôphin chất liệu cơ bản. Biôphin chất liệu khối có thể phân biệt: - Biôphin nhỏ giọt có kích thứớc vật liệu lọc 40-60mm, và chiều cao công tác 1- 2m. - Biôphin cao tải có kích thƣớc vật liệu học 60=80mm và chiều cao công tác 2- 4m. - Biôphin có chiều cao lớn (tháp lọc)có kích thƣớc vật liệu học 60-80mm,chiều cao công tác 8-16m. Biôphin chất liệu cơ bản có thể phân biệt: Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 36 - Biôphin với chất liệu lọc dạng rắn: Vòng ống hay những cấu tạo khác. Vật liệu có thể là sành, chất dẻo hay kim loại. Tuỳ thuộc vào loại vật liệu mà khối lƣợng lấy trong khoảng 100-600kg/m3, độ rỗng 70-90%, chiều cao làm việc 2-6m. - Biôphin vật liệu mềm và rulô (cuộn) làm từ lƣới thép, màng chất dẻo hay vải tổng hợp đƣợc cố định trên khung hay dƣới dạng cuộn. Khối lƣợng 5-60kg/m3, độ rỗng 94-99%, chiều cao cấp phối 3-8m. Đối với Biôphin chất liệu bản cũng cần kể đến loại đĩa quay sinh học –là bể chứa đầy nƣớc có đáy hình lõm. Dọc theo bờ ở chỗ cao hơn mực nƣớc một ít có đặt trục gắn các đĩa bằng chất dẻo,xi măng amiăng hay kim loại với đƣờng kính 0,6-0,3m khoảng cách giữa các đĩa 10-20mm, tốc độ quay của trục đĩa 1-40v/ph. Biôphin chất liệu mềm và rulô thƣòng chỉ sử dụng khi lƣu lƣợng nƣớc thải đến 10.000m3/ngày đêm,còn Biôphin chất liệu rắn ở dạng khối q<50.000m3/ngày đêm, đĩa quay sinh học q<500m3/ngày đêm. Sau đây xết một vài loại Biôphin cơ bản thƣờng sử dụng trong thực tế. 2.1.1. Biôphin nhỏ giọt (lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nƣớc). Biôphin nhỏ giọt dùng để xử lý sinh hoá nƣớc thải hoàn toàn với hàm lƣợng BOD sau khi xử lý đạt 15mg/l. 2.1.1.1. Hình vẽ: Hình 5: Mặt cắt của bể lọc nhỏ giọt bằng vật liệu chất dẻo Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 37 2.1.1.2. Nguyên lý làm việc: Nƣớc thải đƣợc đƣa vào thiết bị phân phối, theo chu kỳ tƣới đều nƣớc trên toàn bộ bề mặt bể lọc. Nƣớc thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nƣớc và đƣợc dẫn ra khỏi bể. Oxy cấp cho bể chủ yếu lấy từ dƣới đáy bể lên 2.1.1.3. Cấu tạo: Có vật liệu tiếp xúc không ngập nƣớc. - Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu có thể). - Nƣớc thải đƣợc phân phối đều. - Nƣớc thải sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở VL lọc. - Ở bề mặt VL lọc và các khe hở giữa chúng các cặn bẩn đƣợc giữ lại tạo thành màng _ Màng sinh học. - Lƣợng oxy cần thiết để cấp làm oxy hoá chất bẩn đi từ đáy lên. - Những màng VS đã chết sẽ cùng nƣớc thải ra khỏi bể đƣợc giữ ở bể lắng 2. * Vật liệu lọc: - Có diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn - Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-100 mm) - HVL = 1.5-2.5 m. - Nhựa đúc sẵn PVC đƣợc sử dụng rộng rãi ngày nay Æ HVL = 6=9 m. * Hệ thống phân phối nƣớc: - Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc). - Dàn ống cố định ( lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải. - Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt vật liệu 0,2-0,3m. * Sàn đỡ và thu nƣớc: có 2 nhiệm vụ: - Thu đều nƣớc có các mảnh vở của màng sinh học bị tróc. - Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng. - Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung - Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thƣờng 0.6-0.8 m, i = 1-2 % Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 38 2.1.1.4. Hiệu quả xử lý: Bể Biôphin nhỏ giọt thƣờng đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp lƣu lƣợng nhỏ từ 20-1000m 3/ngày đêm. Hiệu suất xử lý cao, có thể đạt tới 90% ( theo BOD) hay cao hơn nữa. 2.1.2. Biôphin cao tải Bể Biôphin cao tải khác với bể Biôphin nhỏ giọt ở chỗ bể Biôphin cao tải có chiều cao công tác và tải trọng tƣới nƣớc cao hơn. Ví dụ, nếu tải trọng lên bể Biôphin nhỏ giọt là 0,5-1,0m3/(m3VLL/ngày đêm) thì tải trọng thuỷ lực lên bể Biôphin cao tải là 10-30m 3 /(m 3VLL/ngày đêm). Vật liệu học có kích thƣớc 40-60 mm, vì vậy giữa các hạt có khe hở lớn. Nếu ở bể Biôphin nhỏ giọt thoáng gió là bằng tự nhiên thì ở bể Biôphin cao tải là nhân tạo. Nhƣ vậy việc trao đổi không khí xẩy ra ở trong thân bể cũng với cƣờng độ cao hơn. Nhờ có tốc độ lọc lớn và sự trao đổi không khí nhanh mà quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ xẩy ra với tốc độ cao hơn. Bể Biôphin cao tải có thể dùng để xử lý nƣớc thải bằng sinh học hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Để các màng vi sinh tích đọng lại không làm tắc kín các khe hở giữa các hạt vật liệu lọc thì phải thƣờng xuyên thay rửa bể. Bể Biôphin cao tải làm việc bình thƣờng nếu tạo đƣợc những điều kiện sau đây: - Nƣớc thải phải xử lý sơ bộ trƣớc khi đƣa lên bể Biôphin. - Nồng độ nhiễm bẩn của nƣớc không vƣợt quá 150-200 mg/l tính theo BOD Nếu hàm lƣợng BOD cao hơn mức quy định thì cần pha loãng với nƣớc song hoặc với nƣớc đã đƣợc xử lý. Tuỳ theo mức độ yêu cầu phải xử lý mà bể Biôphin cao tải có thể thiết kế với sơ dồ một bậc hoặc hai bậc.Bể Biôphin một bậc thƣờng dùng để xử lý sinh học không hoàn toàn nƣớc thải. Bể Biôphin cao tải hai bậc áp dụng trong những trƣờng hợp khi mức độ yêu cầu xử lý đòi hỏi cao mà sơ đồ một bậc không thực hiên đƣợc. Trong đó một bậc sẽ giữ lại và ôxy hoá những chất hữu cơ dễ ôxy hoá, còn ở bậc hai ôxy hoá nốt những chất bẩn còn lại để đạt hiệu quả nhƣ yêu cầu. Ví dụ, BOD20 của nƣớc thải đã qua xử lý sau hai bậc đạt tới 10-15mg/l. Tuy nhiên, ta cũng có thể đạt đƣợc hiệu quả đó bằng cách tăng thời gian nƣớc lƣu ở bể Biôphin cao tải một bậc. Chiều cao cấp phối vật liệu ở bể Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 39 Biôphin cao tải thƣờng lấy bằng 2-4m. Bể Biôphin cao tải có thể áp dụng để xử lý sinh học nƣớc thải với công suất q<50.000 m3/ngày đêm. Hình 6: Bể Biôphin cao tải Chú thích: 1- Dẫn nƣớc vào giếng phân phối 2- Giếng phân phối nƣớc vào các bể 3- Bể Biôphin 4- Hệ thống dàn quay thuỷ lực để phân phối nƣớc 5- Trạm bơm không khí vào bể 6- Hệ thống thu nƣớc sau lọc Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 40 2.2. BỂ AEROTEN (phƣơng pháp sử dụng bùn hoạt tính) Hình 7: Bể aeroten Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật tự hình thành khi thổi khí vào nƣớc thải. Đây là những vi sinh vật khoáng hoá có khả năng hấp thụ trên bề mặt của mình và oxy hoá các chất hữu cơ có trong nƣớc thải với sự có mặt của oxy. Vi sinh vật trong nƣớc thải sử dụng chất hữu cơ trong nƣớc thải cho hoạt động sống, đồng thời tăng sinh khối. Quá trình này cần một lƣợng nguyên tố khoáng nhƣ: Ca, Mg, Mn, Cu, Zn và một lƣợng photphas, notơ. Kết quả là lƣợng bùn tăng lên và tạo thành khí CO2 và nƣớc. Khi làm sạch nƣớc thải bằng phƣơng pháp này, mặc dù quá trình sinh hoá diễn ra không đồng đều: tốc độ oxy hoá giai đoạn đầu lớn, giai đoạn sau nhỏ nhƣng BOD của nƣớc thải giảm một cách đáng kẻ khoảng 90- 95%. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và cung cấp đủ lƣợng oxy dùng cho qúa trình oxy hoá các chất hữu cơ thì phải luôn đảm bảo việc thông gío. Số lƣợng bùn tuần hoàn và số lƣợng không khí cần cùng cấp phụ thuộc vào độ nhiễm bẩn của nƣớc thải và mức độ yêu cầu xử lý của nƣớc thải. Phƣơng pháp xử lý này ngoài bề mặt xử lý chính còn có công trình phụ nhƣ: trạm thổi không khí, trạm xử Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 41 lý bùn, bể lắng đợt 2 hoặc thiết bị tách nƣớc, các đƣờng ống dẫn và hệ thống phân phối khí Phƣơng pháp này có ƣu điểm là giảm BOD đƣợc 90 – 95%, có khả năng thích ừng với các loại nƣớc thải có độ nhiễm bẩn cao và lƣu lƣợng nƣớc thải lớn. Phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm so với phƣơng pháp bể Biôphin: - Vận hành đơn giản - Chi phí vận hành thấp - Hiệu suất giảm BOD cao - Tiết kiệm mặt bằng - Có khả năng chịu đựng đƣợc sự thay đổi lớn về thành phần và lƣu lƣợng nƣớc thải. 2.2.1. Nguyên lý làm việc của bể Aeroten Aeroten là bể phản ứng sinh học dùng để xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí. Aeroten đƣợc xây bằng bê tông, bê tông cốt thép... với mặt bằng thông dụng hình chữ nhật. Nƣớc thải đƣợc cho chảy qua suốt chiều dài của bể và đƣợc sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cƣờng lƣợng oxi hòa tan và tăng cƣờng quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trong nƣớc thải. Nƣớc thải sau khi qua bể lắng đợt 1 còn chứa các phần lớn các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể aroten. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cƣ trú sinh sản và phát triển dần thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính có màu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nƣớc thải và là nơi cƣ trú cho các loài vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dƣỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hóa đƣợc thực hiện theo từng bƣớc xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loài vi khuẩn tấn công vào các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hóa thải ra các hợp chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản hơn, một vài loại khác dùng chất Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 42 này làm thức ăn và thải ra các chất đơn giản hơn nữa. Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi không còn thức ăn cho bất cứ loài sinh vật nào nữa. Số lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lƣu trong bể aeroten không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng ở bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngƣợc trở lại vào đầu bể aeroten để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong bể aeroten xảy ra qua ba giai đoạn: * Giai đoạn thứ nhất: tốc độ oxi hoá bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lƣợng oxi cần cho vi sinh vật sinh trƣởng, đặc biệt ở trong thời gian đầu tiên thức ăn dinh dƣỡng trong nƣớc thải rất phong phú, lƣợng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trƣờng, chúng sinh trƣởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lƣợng tiêu thụ oxi tăng cao dần. * Giai đoạn thứ hai: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần nhƣ ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân huỷ nhiều nhất. Hoạt lực enzim của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tới cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo. Điểm cực đại của enzim oxi hoá bùn hoạt tính thƣờng đạt ở thời điểm sau khi lƣợng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định. Qua các thông số hoạt động của aeroten cho thấy ở giai đoạn thứ nhất tốc độ tiêu thụ oxi (hay tốc độ oxi hoá) rất cao, có khi gấp 3 lần ở giai đoạn hai. * Giai đoạn ba: sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hoá cầm chừng (hầu nhƣ ít thay đổi) và có chiều hƣớng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hoá các muối amon. Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aeroten (làm việc theo mẻ). Ở đây cần lƣu ý rằng, sau khi oxi hoá đƣợc 80-95% BOD trong nƣớc thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nƣớc.Nếu không kịp thời tách bùn,nƣớc sẽ bị ô nhiễm thứ Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 43 cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm tới 70% khối lƣợng cặn bùn) sẽ bị tự phân . Tế bào vi khuẩn có hàm lƣợng protein rất cao (60 ÷ 80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon, các chất khoáng...khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nƣớc. Quy trình thực hiện: - Khuấy trộn đều nƣớc thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng. - Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mật hỗn hợp nƣớc thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hoá xảy ra trong bể. - Làm trong nƣớc và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt 2. - Tuần hoàn lại một lƣợng bùn cần thiết từ đáy bể lắng đợt 2 vào bể Aerotank để hoà trộn với nƣớc thải đi vào. - Xả bùn dƣ và xử lý bùn. 2.2.2. Phân loại bể Aeroten 2.2.2.1. Theo nguyên lý làm việc Bể Aeroten thông thƣờng: công suất lớn + Bể Aerroten xử lý sinh hoá không hoàn toàn (BOD20 ra ~ 60-80 mg/l) + Bể Aerroten xử lý sinh hoá hoàn toàn (BOD20 ra ~ 15-20). Bài giảng Kỹ thuật xử lý nƣớc thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 115 Bể Aeroten sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/l. 2.2.2.2 Phân loại theo sơ đồ công nghệ - Aeroten 1 bậc - Aeroten 2 bậc Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 44 2.2.2.3. Cấu trúc dòng chảy -Aeroten đẩy - Aeroten trộn Aeroten kiểu hỗn hợp. 2.2.2.4. Theo PP làm thoáng . Sau đây giới thiệu một số Aeroten đại diện thƣờng dùng trong xử lý nƣớc thải.  Bể Aeroten truyền thống: Nƣớc thải sau lắng 1 đƣợc trộn đều với bùn hoạt tính hồi lƣu ở ngay đầu bể Aeroten. Lƣợng bùn hồi lƣu so với lƣợng nƣớc thải có đô ô nhiêm trung bình khoảng 20-30%. Dung tích bể tính tán sao cho khi dùng khí nén sục khối nƣớc trong bể sau 6- 8h, hoặc làm thoáng bề mặt bằng khuấy cơ học trong 9-12h đã đảm bảo hiệu suất xử lý tới 80-95%. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 45 Với Aerooten kiểu này thƣờng dùng để xử lý nƣớc thải có BOD00mg/l. Lƣợng không khí cấp cho Aeroten làm việc: 55-65m3 không khí cho 1kg BOD. Chỉ số thể tích của bùn là 50-150ml/g. Tuổi của bùn là 3-15 ngày. Aeroten kiểu này cần có ngăn trong bể hoặc ngoài để hoạt hoá bùn hoạt tính. Ngăn hay bể phục hồi bùn hoạt tính còn gọi là ngăn tái sinh hoặc ngăn hoạt hoá. Nồng độ bùn sau khi phục hồi đạt 7-8g/l (trong bể aeroten làm việc chỉ cần ở nồng độ bùn 2- 3g/l).  Aeroten tải trọng cao: Nƣớc thải đi vào bể có độ nhiễm bẩn cao, thƣờng là BOD>500mg/l. Tải trọng trên bùn hoạt tính là 400-1000mgBOD/g bùn (không tro) trong một ngày đêm. Nƣớc sau khi xử lý sơ bộ đƣợc trộn đềuvới bùn hồi lƣu ( lƣợng bùn khoảng 10-20%) rồi vào bể aeroten. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể <=1000mg/l. Sau 1-3giờ sục khí đã khử đƣợc 60-65%BOD và nƣớc ra đã có thể đạt loại C hoặc gần loại B. Bể loại này thƣờng áp dụng đẻ xử lý nƣớc thải công nghiệp chế biến thịt, sữa. Các loại bể truyền thống hoặc thông thƣờng có thể thực hiện hiếu khí kéo dài và khử BOD gần nhƣ hoàn toàn. Trong các loại bể này các chất hữu cơ hoà tan dễ phân huỷ sẽ bị vi sinh vật hấp thụ rồi phân huỷ tiếp sau. 2.2.3. Sơ đồ xử lý nƣớc thải ở bể Aeroten Sơ đồ 1: Xử lý hoàn toàn bằng phƣơng pháp sinh học ở bể Aeroten một bậc không có ngăn phục hồi bùn hoạt tính. Ưu điểm: là thiết bị kỹ thuật và quản lý đơn giản, đƣợc áp dụng rộng rãi. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 46 Sơ đồ 2: Xử lí hoàn toàn bằng phƣơng pháp sinh học ở bể Aeroten một bậc có ngăn phục hồi bùn hoạt tính. Ở bể Aeroten chỉ thực hiện quá trình ôxy hoá những chất hữu cơ dễ bị ôxy hoá. Hỗn hợp bùn và nƣớc thải tới bể lắng đợt II, bùn từ bể lắng đợt II cho tuần hoàn trở lại bể Aeroten qua ngăn phục hồi bùn. Ở đây quá trình ôxy hoá lại tiếp tục diễn ra với những chất hữu cơ khó bị ôxy hoá, đồng thời phục hồi khả năng hoạt tính của bùn. Nồng độ bùn ở ngăn phục hồi rất cao ( 7-8 gr/l) so với nồng độ của nó ở bể Aeroten (1-3gr/l). Dung tích của ngăn phục hồi bùn lấy bằng 25-50% tổng dung tích của bể Aeroten. Sơ đồ 3: Xử lí sinh học hoàn toàn nƣớc thải ở trong bể Aeroten – trộn hai bậc không có ngăn phục hồi bùn hoạt tính. Bậc II dung để xử lí thêm. Sơ đồ 4: Xử lí sinh học hoàn toàn ở bể Aeroten hai bậc có ngăn phục hồi bùn hoạt tính. Ngăn phục hồi ở đây đóng vai trò đảm bảo thêm cho tính an toàn của hệ thống. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 47 Sơ đồ 5: Xử lí sinh học không hoàn toàn ở bể Aeroten sức chứa cao (cao tải) không có ngăn phục hồi. Theo tài liệu nghiên cứu của Viện AKX thì có hai chế độ sử dụng bể Aeroten. Bùn hoạt tính hoàn toàn khi xử lí ở bể Aeroten thƣờng có tuổi lớn từ 3-7 ngày (bùn già) và có khả năng chứa tải trọng theo BOD không lớn hơn 0,5 kg tính trên 1 kg chất hữu cơ trong ngày. Bùn hoạt tính ở bể Aeroten cao tải có tuổi lớn nhỏ hơn 0,5 ngày (bùn non), có thể chứa tải trọng trên bùn lớn hơn 1,3 kg BOD tính trên 1kg chất khô hữu cơ trong ngày. Chi phí năng lƣợng ít hơn các loại khác. Hiệu suất xử lí theo BOD20 có thể đạt tới 70-75%. Sơ đồ 6: Xử lý nƣớc thải ở trên Aeroten – trộn, Aeroten kết hợp đẩy – trộn. Tăng sức mạnh của bể Aeroten có thể đạt đƣợc bằng cách làm điều hoà tốc độ tiêu thụ ôxy trên cả chiều dài của bể. Để đạt đƣợc mục đích đó ta cho nƣớc và bùn hoạt tính đổ vào bể Aeroten ở nhiều vị trí khác nhau. Có hai trƣờng hợp: Trƣờng hợp Aeroten trộn: Khoảng cách giữa các vị trí xả nƣớc và bùn lấy bằng 3-4m. Nƣớc đã xử lý thu về máng đặt đối diện. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 48 Trƣờng hợp Aeroten đẩy- trộn, nƣớc thải xả vào 4 vị trí ở nửa đầu của bể. Ở vị trí đầu xả 10% tổng lƣu lƣợng nƣớc, ở vị trí 2 và 3 mõi nơi 35%, còn ở vị trí 4 xả 20%. Bùn hoạt tính đƣa vào tại mỗi điểm ở đầu, còn nƣớc đã xử lý thu về máng đặt ở cuối bể. Loại bể này chủ yếu dùng để xử lý nƣớc thải có nồng độ nhiễm bẩn cao và thành phần tính chất thay đổi thất thƣờng. Sơ đồ 7: Xử lý sinh học nƣớc thải trên Aeroten – lắng. Nguyên tắc làm việc tƣơng tự nhƣ bể Aeroten trộn, nhƣng bể lắng đợt II hợp khối với Aeroten. Bùn đƣợc tách ra khỏi nƣớc thảikhông bằng cách lắng trọng lực, mà thực hiện khi nƣớc đi qua lớp chất lơ lửng. 2.2.4. Cấu tạo bể Aeroten. 2.2.4.1. Bể Aeroten kiểu hành lang Cấu tạo: Đây là những bể bằng bê tông cốt thép thƣờng là hình chữ nhật trên mặt bằng gồm một hay nhiều ngăn. Mỗi ngăn có một hay nhiều hành lang. Các hành lang ngăn cách bằng các tƣờng dọc lơ lửng không kéo dài tới tƣờng đối diện. Nƣớc thải chảy nối tiếp theo các hành lang. Tiết diện của mỗi hành lang có thể là hình chữ nhật Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 49 hoặc hình vuông. Chiều sâu H của bể thƣờng lấy từ 3-5m. Chiều rộng hành lang B<= 2H, chiều dài bể lấy không nhỏ hơn 10B. Hình 8: Sơ đồ mặt cắt những khoang trong bể Aeroten Ghi chú: 2. Thành bể 3. Ống dẫn khí nén 4. Nƣớc vào 5. Nƣớc ra 6. Tấm bản phân tán khí 6,7,8. Hành lang nƣớc chảy. * Ứng dụng: Bể Aeroten kiểu một hành lang chỉ dùng với các trạm xử lý nhỏ và làm việc theo sơ đồ không phục hồi bùn tuần hoàn. Nƣớc sau khi lắng ở bể lắng đợt I và bùn hoạt tính tuần hoàn từ bể lắng đợt II đều cho vào đầu hành lang (máng phân phối nƣớc ở phía trên, còn máng phân phối bùn ở phía dƣới). Bể Aeroten hai hành lang thƣờng có ngăn phục hồi bùn hoạt tính. Dung tích ngăn phục hồi lấy bằng 50% tổng dung tích của hệ thống, tức là dùng một hành lang làm ngăn phục hồi. Loại bể này thƣờng dùng đối với các trạm nhỏ và trung bình. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 50 Bể Aeroten 3 hành lang làm việc thuận tiện khi không có phục hồi bùn hoạt tính song cũng có thể dùng một hành lang làm ngăn phục hồi,dung tích chiếm 33%. Bể Aeroten 4 hành lang có nhiều ƣu điểm-làm việc với bất kỳ sơ đồ công nghệ nào. Dung tích ngăn phục hồi có thể chiếm 25-75% dung tích tổng cộng. Việc phân phối đều không khí trong lớp nƣớc ở bể có ý nghĩa lớn. vì công suất thiết bị làm thoáng, hệ số sử dụng không khí và chi phí quản lý trạm đều phụ thuộc vào yếu tố đó. Để phân phối không khí trong bể Aeroten ngƣời ta dùng các tấm xốp, ống đục lỗ,ống xốp hoặc các tấm xốp hình vòng tròn, hình nón .v..v Phổ biến nhất là phƣơng pháp phân phối không khí qua tấm xốp. Không khí dẫn theo đƣờng ống tới máng khí có nắp đậy bằng các tấm xốp. N hững tấm xốp thƣờng bố trí thành hành lang ở hai bên tƣờng bể. Những bọt khí phụt khỏi các tấm xốp vào lớp nƣớc trong bể và tạo cho hỗn hợp nƣớc bùn một chuyển động vòng xoắn(hình 3-29). Diện tích của các tấm xốp chiếm 6-10% diện tích đáy bể. Mỗi tấm xốp thƣờng có kích thƣớc 0,3*0,3*0,04m và chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau: oxy nhôm hỗn hợp với keramzit, đá thạch anh,than cốc,bakelít và bột thuỷ tinh rồi nung nóng chảy. Trứơc khi đặt vào máng phải chọn các tấm xốp có độ rỗng nhƣ nhau. Dùng tấm xốp để tạo bọt không khí có nhiều ƣu điểm so với ống đục lỗ, hệ số sử dụng không khí lớn hơn 1,75 lần. Song có nhƣợc điểm là: chất bẩn, bụi trong không khí, rỉ sắt hoặc okenlin trong ống thép đen cũng có thể vít kín các lỗ rỗng của tấm xốp. Ngoái ra,còn có các vi khuẩn phát triển trong đó. Do đó sẽ làm tăng sức cản thuỷ lực một cách nhanh chóng. 2.2.4.2. Bể Aeroten lắng kết hợp * Cấu tạo: Bể Aeroten- lắng đƣợc phân tách làm 2 phần (ngăn) bằng vách tƣờng lơ lửng không đến đáy: ngăn làm thoáng và ngăn lắng . Nƣớc dẫn vào ngăn làm thoáng theo kiểu phân tán nhƣ ở bể Aeroten-trộn. Sau khi trộn với bùn hoạt tính, nƣớc thải đƣợc tiếp xúc với không khí và các quá trình sinh hoá xảy ra, nứớc đã đƣợc xử lý chuyển qua ngăn lắng. Ở đây nƣớc đi qua lớp cặn lơ Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 51 lửng và để lại các tạp chất không hoà tan. Để cặn lơ lửng không bị phá vỡ và bị trôi theo nƣớc thải ra khỏi ngăn lắng thì vận tốc nƣớc dâng không đƣợc vƣợt quá 0,4-0,5 mm/s. Đặc điểm của bể Aeroten-lắng kết hợp là liều lƣợng bùn hoạt tính cao (4-5gr/l). Khả năng chuyển tải trên 1m3 bể Aeroten-lắng cao hơn 20-30% so với bể Aeroten thông thƣờng. Tuy nhiên, loại bể này làm việc không đƣợc ổn định và quản lý phức tạp. Mặt cắt A_A Hình 9: Cấu tạo bể Aeroten lắng kết hợp Ghi chú: 1-mƣơng dẫn nƣớc vào; 2- mƣơng phân phối nƣớc trên; 3-mƣơng phân phối nƣớc dƣới; 4-mƣơng dẫn nƣớc ra; 5-mƣơng phân phối bùn; 6-ống phân phối khí; 7- phai chắn; 8-cửa đƣa nƣớc vào; 9-hố thu cặn; 10-điukê phân phối bùn hoạt tính. Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 52 2.3.TỔNG HỢP VÀ SO SÁNH CÁC THIẾT BỊ Nội dung Các thiết bị Ƣu điểm Nhƣợc điểm Ứng dụng Bể lắng ngang - Hiệu quả lắng tốt - Khó thu cặn Dùng cho trạm xử lý có công suất trên 15000m 3/ngđ Bể lắng đứng - Dễ thu cặn, cặn thu đƣợc có nồng độ cao - Chiều cao công tác lớn Dùng cho trạm xử lý có công suất đến 20000m 3/ngđ Bể lắng li tâm - Lắng tốt - Tạo ra cặn có nồng độ thấp Dùng cho trạm xử lý có công suất trên 20000m 3/ngđ Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc - Rẻ tiền, dễ vận hành - Mức độ xử lý ô nhiễm cao - Chế độ tƣới phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khí hậu, thuỷ văn, chế độ cây trồng - Phải tƣới liên tục suốt năm Áp dụng cho các vùng khí hậu khác nhau, cho mỗi loại đất Hồ sinh học - Xử lý đơn giản nhất và đã đƣợc áp dụng từ thời xa xƣa - Không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tƣ ít, chi phí hoạt - Thời gian xử lý khá dài. - Đòi hỏi mặt bằng rộng - Quá trình xử lý phụ thuộc vào nhiều - Hồ kị khí: làm sạch sơ bộ nƣớc thải trƣớc khi đƣa vào hồ hiếu kị khí, thích hợp nhất với những vùng có nhiệt độ về Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 53 động rẻ tiền, quản lý phức tạp và hiệu quả cũng khá cao - Bảo trì vận hành đơn giản, không đòi hỏi có ngƣời quản lý thƣờng xuyên vào điều kiện thời tiết tự nhiên, nhiệt độ thấp của mùa đông sẽ kéo dài thời gian và hiệu quả làm sạch hoặc gặp mƣa sẽ làm tràn ao hồ gây ô nhiễm các đối tƣợng khác - Ngoài ra các ao hồ sinh học, đặc biệt là ao hồ kị khí thƣờng sinh ra các mùi hôi thối khó chịu làm ảnh hƣởng đến môi truờng sống xung quanh mùa đông trên 150C - Hồ hiếu kị khí: làm sạch nƣớc thải đã đƣợc làm sạch sơ bộ ở bể lắng, bể tự hoại, kị khí, hoặc nƣớc thải chƣa đƣợc làm sạch Bể lọc sinh học nhỏ giọt - Rút ngắn đƣợc thời gian xử lý - Đồng thời có thể xử lý hiệu quả nƣớc cần có quá trình khử nitrat hoặc phản ứng nitrat hóa - Không khí ra khỏi lọc thƣờng có mùi hôi thối và xung quanh lọc có nhiều ruồi muỗi Xử lý sinh học hoàn toàn ở các trạm có công suất từ 20-1000m 3 /ngày đêm Bể Biôphin cao tải - Có thể xử lý hoàn toàn hay không hoàn toàn - Không khí ra khỏi lọc có mùi hôi Dùng cho những trạm có công suất có nhỏ hơn hoặc có thể Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 54 lớn hơn 50000m 3/ngđ Bể Aeroten - Dễ vận hành - Hiệu suất xử lý cao - Công nghệ đơn giản - Vận hành đơn giản - Có khả năng chịu đựng đƣợc sự thay đổi lớn về thành phần và lƣu lƣợng nƣớc thải - Không xử lý nƣớc thải có hàm lƣợng nitrit, nitrat - Diện tích xây dựng lớn Làm sạch nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hoàn toàn hay không hoàn toàn Bể mêtan - Có thể giải phóng nitơ, giảm gây ô nhiễm NO3 - (nitơrat) cho nƣớc mặt và nƣớc ngầm - Thƣờng để lại mùi khi xử lý, - Trong quá trình vận hành khó kiểm soát Phân huỷ cặn lắng của nƣớc thải sinh hoạt và sản xuất Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 55 KẾT LUẬN Sau 2 tháng tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với quá trình tìm kiếm thu thập các tài liệu nay tôi đã hoàn thành xong đề tài “Tổng quan quy trình xử lí nƣớc thải đô thị bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo”. Trong quá trình làm đề tài này tôi đã đƣợc bổ sung thêm kiến thức về các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải đô thị. Tôi nhận thấy: - Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học có hiệu quả xử lý triệt để, hơn hẳn biện pháp xử lý cơ học, không mang lại ảnh hƣởng xấu hoặc biến đổi bất lợi khác cho môi trƣờng. Chất lƣợng nƣớc đầu ra sạch hơn và có tính chất nhƣ nƣớc tự nhiên. - Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo đạt đƣợc hiệu quả xử lí cao, đáp ứng mục đích đƣa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên của vật chất. Kết quả của quá trình xử lý là các chất thải đƣợc chuyển hóa hoàn toàn thành dòng thải sạch (đủ tiêu chuẩn). - Tiết kiệm kinh phí trong việc xử lý nƣớc thải. Chi phí cho các biện pháp sinh học thƣờng thấp hơn chi phí cho các biện pháp xử lý khác. Bên cạnh đó chi phí quản lý cũng thấp do việc quản lý đơn giản hơn. - Các công trình xử lí dễ vận hành, công nghệ đơn giản, hiệu suất xử lí cao. - Hồ sinh học dùng xử lý các loại nƣớc thải công nghiệp, sinh hoạt và cả nƣớc thải chăn nuôi có hàm lƣợng chất hữu cơ ô nhiễm cao. Do vốn kiến thức còn ít, kinh nghiệm chƣa nhiều tài liệu không đầy đủ nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh những thiếu sót Rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến phê bình của thầy cô và các bạn để những đề tài sau của tôi sẽ đƣợc thực hiện tốt hơn.Tôi xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Hoàng Thị Diệu Hƣơng Đồ án Tổng hợp SVTH: Hoàng Thị Diệu Hương 56