Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho khu dân cư huyện Hóc Môn

a BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG
BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO KHU DÂN CƯ HUYỆN HÓC MÔN GVHD : BIỆN VĂN TRANH SVTH : NGUYỄN NGỌC LAN TP.HCM, 1/2011 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 4 MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 6 1.1. Giới thiệu chung về huyện Hóc Môn 6 1.1.1. Vị trí địa lý 6 1.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội 6 1.1.3. Quy hoạch phát triển 7 1.2. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 7 1.2.1. Ô nhiễm nước 7 1.2.2. Khái niệm nước thải sinh hoạt 8 1.2.3. Nguồn thải 8 1.2.4. Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt 8 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 11 2.1. Phương pháp xử lý cơ học 11 2.1.1. Song chắn rác 11 2.1.2. Bể lắng cát 12 2.1.3. Bể lắng đứng 12 2.1.4. Bể lắng ngang 13 2.1.5. Bể lắng ly tâm 13 2.1.6. Bể vớt dầu mỡ 13 2.1.7. Bể lọc 14 2.1.8. Bể điều hòa 14 2.1.9. Làm thoáng sơ bộ và đông tụ sinh học 15 2.2 Phương pháp xử hoá-lý 17 2.2.1 phương pháp tuyển nổi 17 2.2.2. Phương pháp hấp phụ 18 2.2.3. Phương pháp keo tụ - tạo bông 18 2.2.4. Phương pháp trao đổi ion 19 2.3. Phương pháp hóa học 19 2.3.1. Phương pháp trung hoà 20 2.3.2. Phương pháp oxy hoá khử 20 2.3.3. Khử trùng nước thải 20 2.3.4. Phương pháp xử lý sinh học 22 2.4.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên. 22 2.4.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo. 24 2.5. Xử lý cặn 30 2.5.1. Bể nén bùn 30 2.5.2. Bể mêtan 31 CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 32 3.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ 32 3.2. Xác định các thông số tính toán 33 3.2.1. Xác định số dân dự đoán đến 2020 ở huyện hốc môn 33 3.2.2. Xác định lưu lượng tính toán của nước thải 34 3.2.3. Xác định hàm lượng bẩn của nước thải 36 3.3. Mức độ cần thiết để xử lý nước thải sinh hoạt: 37 3.3.1. Mức độ xử lý cần thiết được xác định theo công thức: 37 3.3.2. Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt 38 3.4. Đề xuất các phương án xử lý 39 3.5. Tính toán bể SBR 44 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 4.1. Kết luận 57 4.2. Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 LỜI CẢM ƠN Kỹ năng tính toán và thiết kế các quy trình hệ thống xử lý nước cấp, nước thải, khí thải, chất thải rắn,…là một trong những nhu cầu chính yếu, không thể thiếu được của sinh viên nghành Kỹ Thuật Môi Trường. qua các môn học lý thuyết sinh viên đã được trang bị hệ thống kiến thức cần thiết. tuy nhiên, để tiếp cận thực tế và nâng cao các kỹ năng này cần kết nối, cụ thể hóa các lý thuyết tính toán. Là mắc xích then chốt trong việc hoàn bị kiến thức sinh viên. Đồ án nước thải đã đáp ứng tốt vai trò này. Trước tiên em chân thành cảm ơn đến thầy Biện Văn Tranh đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Cùng toàn thể các thầy cô khoa Môi Trường, thầy cô Trường Cao Đẳng Tài Nguyên Và Môi Trường, đã giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiến thức và những kinh nghiệm quý báo cho em trong suốt thời gian học tại trường. Xin cảm ơn đến toàn thể bạn bè cùng lớp, đặc biệt là bạn Nguyễn Khắc Đạt đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm đồ án này. Mặc dù đã nổ lực hết mình, nhưng với khả năng, kiến thức còn hạn chế không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện đồ án này. Kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện vốn kiến thức của mình và tự tin bước vào cuộc sống. Em chân thành cảm ơn! MỞ ĐẦU Với tình hình phát triển nhanh chóng về kinh tế cũng như dân số của huyện Hóc Môn dẫn đến lượng nước thải phát sinh cũng tăng nhanh. Do đó đòi hỏi phải có hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn theo đúng tiêu chuẩn quy định của Bộ Tài Nguyên Và Môi Trường. Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng ngày càng xấu đi.Tại một số thành phố lớn, thị xã , thị trấn chỉ một số khu vực dân cư, có hệ thống cống rãnh thải nước thải sinh hoạt, song hệ thống này thường dùng chung với hệ thống thoát nước mưa thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên, ao hồ, sông suối hoặc thải ra biển. Hầu như không có hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải riêng biệt. Do đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho khu đô thị Hóc Môn” nhằm đề suất một hệ thống xứ lý nước thải sinh hoạt có hiệu quả cao với giá thành phù hợp để góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt gây ra. CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1. Giới thiệu chung về huyện Hóc Môn 1.1.1. Vị trí địa lý Hóc Môn là huyện ngoại thành ở phía Tây Bắc của thành phố Hồ Chí Minh. Phía Bắc giáp huyện Củ Chi. Phía Nam giáp quận 12. Phía Đông giáp huyện Thuận An của tỉnh Bình Dương, ranh giới là sông Sài Gòn. Phía Tây giáp huyện Đức Hoà của tỉnh Long An, huyện Bình Chánh và quận Bình Tân. Về hành chánh, hiện nay huyện bao gồm thị trấn Hóc Môn và 11 xã khác nhau là: Tân Thới Nhì, Tân Hiệp, Thới Tam Thôn, Đông Thạnh, Nhị Bình, Xuân Thới Sơn, Xuân Thới Thượng, Bà Điểm, Tân Xuân, Trung Chánh, Xuân Thới Đông Nằm ở cửa ngõ của thành phố, Hóc Môn có hệ thống đường quốc lộ, đường vành đai, tỉnh lộ, hương lộ khá hoàn chỉnh. Sông, kênh rạch cũng là thế mạnh về giao thông đường thủy, tất cả tạo cho huyện một vị trí thuận lợi để phát triển công nghiệp và đô thị hóa, hỗ trợ cho nội thành giảm áp lực dân cư đồng thời là vành đai cung cấp thực phẩm cho thành phố. 1.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội Xã hội Trong 5 năm từ 2001 - 2005, ngành giáo dục huyện phát triển đồng đều ở cả 3 ngành học mầm non, phổ thông, giáo dục thường xuyên. Năm học 2004-2005, toàn huyện có 20 trường mầm non, mẫu giáo; 9 nhóm nhà trẻ gia đình; 23 trường tiểu học; 12 trường Trung học cơ sở  và 3 đơn vị trực thuộc. Cũng trong năm học này, thành phố đồng ý cho Hóc Môn thành lập 2 trường Trung học phổ thông là trường Nguyễn Hữu Tiến (ở xã Đông Thạnh) và trường Nguyễn Văn Cừ (ở xã Xuân Thới Thượng) Trung tâm văn hóa huyện có một nhà hát với khán phòng 1.234 chỗ ngồi phục vụ biểu diễn nghệ thuật chuyên nghiệp và không chuyên, tổ chức các hoạt động hội thi, hội diễn, Maketing, họp mặt chuyên đề… cùng với các chức năng có các hoạt động sự nghiệp và để tổ chức các lớp năng khiếu, tập luyện, phòng khiêu vũ, thu âm, hội quán sinh hoạt đờn ca tài tử… với các trang thiết bị phục vụ các hoạt động nêu trên. Kinh tế Giai đoạn 2001 - 2005, cơ cấu kinh tế của huyện đã chuyển dịch từ Công nghiệp – Tiểu thủ công nghiệp, Nông nghiệp, Thương mại - Dịch vụ sang cơ cấu Công nghiệp – Tiểu tủ công nghiệp, Thương mại – Dịch vụ, Nông nghiệp. Dự kiến giai đoạn 2006 - 2010 sẽ giữ vững cơ cấu này. Dự báo đến năm 2010 tỷ trọng giá trị sản xuất ngành nông nghiệp giảm chỉ còn dưới 10% trong tổng giá trị sản xuất - kinh doanh - dịch vụ. Huyện đã mời gọi đầu tư cơ sở hạ tầng nhiều khu dân cư và khu Công nghiệp. Nhiều cụm dân cư mới đã hoàn thiện cơ sở hạ tầng như: cụm dân cư của công ty Việt Tân, công ty Hoàng Hải, công ty Đại Hải, DNTN Anh Toàn, Công ty Thịnh Hưng Phú, Công ty xây dựng và Phát triển Nhà Gò Môn, Công ty Xuất Nhập Khẩu; cụm công nghiệp Xuân Thới Sơn đang xây dựng cơ sở hạ tầng. Nhiều cụm dân cư và cụm công nghiệp đang được lập dự án đầu tư. 1.1.3. Quy hoạch phát triển Trong những năm tới, huyện sẽ tiếp tục phát triển hệ thống hạ tầng kinh tế và xã hội. Trong đó, tập trung điều chỉnh quy hoạch tổng mặt bằng và hoàn thiện qui hoạch chi tiết 1/2000. Thực hiện qui hoạch chi tiết 1/500 khi có nhà đầu tư. Đẩy mạnh và hoàn thiện các dự án cụm dân cư tập trung và công nghiệp - dân cư đã xác định quy hoạch. Cải tạo và nâng cấp đường giao thông nông thôn; Từng bước thực hiện kết nối giao thông của huyện với các đường vành đai do Bộ và thành phố đầu tư. Tiếp tục thực hiện quy hoạch mạng lưới tiêu thoát nước: hoàn thiện hệ thống tiêu thoát nước đầu mối, tiêu thoát nước dọc theo các tuyến đường; hoàn chỉnh tiêu thoát nước ở các khu dân cư tập trung, các khu thường bị ngập úng. Phát triển mạng lưới cung cấp nước công nghiệp theo nguồn nhà máy nước sông Sài Gòn; tiếp tục thực hiện chương trình nước sạch nông thôn. 1.2. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 1.2.1. Ô nhiễm nước Ô nhiễm nước: là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý - hoá học - sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất. 1.2.2. Khái niệm nước thải sinh hoạt 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 rửa, vệ sinh cá nhân,.... Thông thường nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm 2 loại chính: nước đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. Nước xám là nước phát sinh từ các quá trình rửa, tắm, giặt với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể. 1.2.3. Nguồn thải Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của nhà máy nước hay trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô thị có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thồng thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm. 1.2.4. Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt - Nước thải sinh hoạt có màu nâu đen hoặc nâu, có mùi vị lạ đặc trưng của nước thải sinh hoạt do chứa nhiều tạp chất. - Đục do các chất hoà tan vào nước rồi sau đó kết tủa thành hạt rắn, do đất hoà vào nước ở dạng phân tán. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ đễ bị phân huỷ sinh hoc, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ. Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40 ÷ 50%); hydratcarbon (40 ÷ 50%), gồm hồ tinh bột, đường và xenlulô; và các chất béo (5 ÷ 10%). Nồng độ chất hưu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 ÷ 450 mg/L theo trọng lương khô. Có khoảng 20 ÷ 40% chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học. Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong phân đó là các loại mầm bệnh lây truyền bởi các loại vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, qua tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, vật nuôi, cây trồng....), thâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước uống, hô hấp....và sau đó có thể gây bệnh. Vi sinh vật gây bệnh cho con người bao gồm các nhóm chính là virut, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán. (Ở các khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng. Bảng 1.1: Đặc điểm của nước thải sinh hoạt Thông số  Nồng độ   BOD  450-540 mg/l   COD  720-1.020 mg/l   SS  700-1.450 mg/l   N tổng số  60-120 mg/l   Amoni  24-48 mg/l   Tổng coliform  106-109/100 ml   Feacal coliform  105-106/100 ml   Trứng giun,sán  103/100 ml   Bảng1.2: Thành phần Các chất  Mức độ ô nhiễm    Nặng  Trung bình  Thấp   Tổng chất rắn  1000  500  200   Tổng nitơ  85  50  25   Chất rắn không tan  300  150  8   Tổng chất rắn lơ lửng  600  350  120   BOD5  300  200  100   Tổng phospho (mg/l)  -  8  0   Chất béo  40  20  50   CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Phương pháp xử lý cơ học Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hoà tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xừ lý cơ học bào gồm: 2.1.1. Song chắn rác Song chán rác, chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi: giấy, rau cỏ, rác, túi nilong, vỏ cây và các tạp chất lớn có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song chắn rác là các thanh đan sắp xếp kế tiếp nhau với khe hở từ 16 đến 50 mm, các thanh có thể bằng thép, nhựa hoặc gỗ. Tiết diện các thanh này là hình chữ nhật, hình tròn hoặc elip. Số lượng song chắn rác trong trạm xử lý nước thải tối thiểu là 2. Các song chắn đặt song song với nhau, nghiêng về phía dòng nước chảy để giữ rác lại. Song chắn rác thường đặt nghiêng theo dòng chảy một góc 50 đến 900. Song chắn rác phải dễ tháo dỡ, dễ lấy rác và tổn thất áp lực qua nó phải nhỏ. Người ta phân loại song chắn rác theo cách vớt như sau: Song chắn rác vớt thủ công, dùng cho trạm xử lý có công suất nhỏ lượng rác hàng ngày dưới 0,1 m3/ngày. Song chắn rác vớt rác cơ giới bằng các băng cào dùng cho trạm xử lý nước thải lớn hơn 0,1 m3/ngày. Rác được vớt 2 đến 3 lần trong ngày và được nghiền để đưa về bể ủ bùn hoặc xả trực tiếp phía trước thiết bị. Trường hợp lượng rác nhỏ (dưới 0,1 m3/ngày) rác có thể tập trung vào thùng chứa thuê các công ty môi trường đô thị vận chuyển về bãi chôn lấp. Thiết bị chắn rác bố trí tại máng dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải và trước các công trình xử lý nước thải. 2.1.2. Bể lắng cát Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có cát với độ lớn thủy lực u>=18 mm/s. Đây là các phần tử vô cơ có kích thước và tỷ trọng lớn. Mặc dù không độc hại, nhưng chúng cản trở hoạt động của các công trình xử lý nước thải như tích tụ trong bể lắng, bể mêtan…làm giảm dung tích công tác của công trình, gây khó khăn cho việc xả bùn cặn, phá hủy quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải,… để đảm bảo cho các công trình xử lý sinh họcnước thải hoạt động ổn định cần phải có công trình và thiết bị lắng cát phía trước. Dưới tác động của lực trọng trường, các phần tử rắn (cát, sỉ) có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nươc sẽ được lắng xuống đáy bể trong quá trình chuyển động. Bể lắng cát phải được tính toán với vận tốc dòng chảy trong đó đủ lớn đẻ các phần tử hữu cơ nhỏ không lắng được và đủ nhỏ để cát và tạp chất rắn vô cơ giữ lại được trong bể. Bể thường được cấu tạo để giữ lại các hạt cát có đường kính bằng 0,2 mm và lớn hơn. Vì vậy vận tốc dòng chảy trong bể không lớn hơn 0,3 m/s và không nhỏ hơn 0,15 m/s. 2.1.3. Bể lắng đứng Trong nước thải, khoảng 20% chất bẩn ở dạng không hòa tan, phần là cát, xỉ được giữ ở bể lắng cát (khoảng 20% lượng chất không hòa tan này). Lượng chất bẩn không hòa tan chủ yếu là chất hữu cơ sẽ được giữ lại trong bể lắng đợt 1. Các chất bẩn hữu cơ không hòa tan hình thành trong quá trình xử lý sinh học (bùn thứ cấp) sẽ lắng tại bể lắng đợt 2. Bể lắng (đợt 1), để tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước. Chất lơ lửng nặng hơn sễ từ từ lắng xuống đáy, còn chất lơ lửng nhệ hơn sễ nổi lên mặt nước. Dùng những thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi lên công trình xử lý cặn. Bể lắng đứng thường có dạng hình tròn trên mặt bằng (trong một số trường hợp có thể dùng bể dạng hình vuông), đường kính từ
. Nước thải chuyển động trong vùng lắng theo hướng thẳng đúng từ dưới lên. Trong bể lắng đứng nước thải được dẫn vào ống trung tâm và từ đấy được dẫn động từ dưới lên theo phương thẳng đứng. Chiều cao công tác Hct của vùng lắng từ 2,7 đến 3,8 m. Vận tốc dòng chảy trong vùng công tác không lớn hơn 0,7 mm/s. Thời gian lắng thường từ 1,0 đến 2,0h. Nước trong được tập trung vào máng thu phía trên, cặn lắng được chứa vào phần bình nón hoặc chóp cụt phía dưới và được xả ra ngoài bằng bơm áp lực tĩnh qua ống số 2 với độ chênh giữa mực nước trong bể và cao độ trục ống trên 1,5m. Do dòng chảy thay đổi đột ngột từ ống phân phối trung tâm sang vùng công tác nên trong bể thường tạo nhiều vùng xoáy. Để hạn chế hiện tượng này tại ống trung tâm số 1 có bố trí tấm phản xạ để điều chỉnh vận tốc khi ra khỏi phễu phân phối phía dưới ống trung tâm không lớn hơn 0,02 m/s. 2.1.4. Bể lắng ngang Bể lắng ngang có hình dạng chữ nhật trên mặt bằng, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4m .Bể lắng ngang dùng cho các trạm xử lý có công suất lớn hơn 15.000 m3/ ngàyđêm. Trong bể lắng nước thải chuyển động theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể và được dẫn tới các công trình xử lý tiếp theo , vận tốc dòng chảy trong vùng công tác của bể không được vượt quá 40 mm/s . Bể lắng ngang có hố thu cặn ở đầu bể và nước trong được thu vào ở máng cuối bể . 2.1.5. Bể lắng ly tâm Bể lắng ly tâm có dang hình tròn trên mặt bằng, đường kính bể từ 16 đến 40 m (có trưòng hợp tới 60m) ,chiều cao làm việc bằng 1/6 – 1/10 đường kính bể .Bể lắng ly tâm được dùng cho các trạm xử lý có công suất lớn hơn 20.000 m3/ngđ . Trong bể lắng nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể .Cặn lắng được dồn vào hố thu cặn được xây dựng ở trung tâm đáy bể bằng hệ thống cào gom cặn ở phần dưới dàn quay hợp với trục 1 góc 450 .Đáy bể thường được thiết kế với độ dốc i = 0,02 – 0,05 .Dàn quay với tốc độ 2-3 vòng trong 1 giờ . Nước trong được thu vào máng đặt dọc theo thành bể phía trên . 2.1.6. Bể vớt dầu mỡ Bể vớt dầu mỡ thường được áp dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ (nước thải công ngiệp) ,nhằm tách các tạp chất nhẹ .Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi . 2.1.7. Bể lọc Bể lọc nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc. Bể này được sử dụng chủ yếu cho một số loại nước thải công nghiệp . Quá trình phân riêng được thực hiện nhờ vách ngăn xốp, nó cho nước đi qua và giữ pha phân tán lại .Quá trình diễn ra dưới tác dụng của áp suất cột nước . 2.1.8. Bể điều hòa Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống cống thu gom chảy về nhà máy xử lý thường xuyên dao động theo các giờ trong ngày. Khi hệ số không điều hòa K ≥ 14, xây dựng bể điều hòa để các công trình xử lý làm việc với lưu lượng đều trong ngày sẽ kinh tế hơn. Có 2 bể điều hòa: Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng nằm trực tiếp trên đường chuyển động của dòng chảy. Bể điều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể nằm trực tiếp trên đường vận chuyển của dòng chảy hoặc nằm ngoài đường đi của dòng chảy. Tùy theo điều kiện đất đai, và chất lượng nước thải, khi mạng cống thu gom là mạng cống chung thường áp dụng bể điều hòa lưu lượng để tích trữ được lượng nước sau cơn mưa. ở các mạng thu gom là hệ thống cống riêng và ở những nơi có chất lượng nước thải thay đổi thường áp dụng bể điều hòa cả lưu lượng và chất lượng. Bể điều hòa luu lượng và chất lượng: đặt sau bể lắng cát, trước bể lắng đợt 1. Trong bể điều hòa phải có thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể. Trong bể cũng phải đặt các thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi. Để đưa nước từ bể điều hòa sang bể lắng đợt 1, có thể dùng bơm để bơm đều hoặc tạo độ chênh để nước tự chảy, khi áp dụng sơ đồ tự chảy phải đặt van điều chỉnh lưu lượng ở đầu ống dẫn sao chokhi mực nước trong bể điều hòa thay đổi mà lưu lượng chảy sang bể lắng 1 vẫn không đổi. Bể điều hòa lưu lượng chỉ làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể đặt sau song chắn rác trước trạm bơm, bơm đều nước thải lên bể lắng đợt 1. Loại bể này không đòi hỏi có thiết bị khuấy trộn nhưng cần thiết bị vớt vật nổi và bọt, chia bể làm nhiều ngăn, định kỳ có thể tháo khô từng ngăn để xúc cát và cặn lắng ra ngoài. 2.1.9. Làm thoáng sơ bộ và đông tụ sinh học BOD của nước thải giảm 10-20%. Để hầm lượng cặn sau lắng đợt 1 giảm Bể lắng đợt 1 chỉ giữ lại 40-60% các chất không hòa tan trong nước thải; xuống 150 mg/l và thu hồi các kim loại nặng, các chất bẩn khác có ảnh hưởng không tốt đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học tiếp theo, người ta thường tiến hành các biện pháp sau đây: Thổi khí sơ bộ kết hợp với cung cấp bùn hoạt tính vào trong công trình làm thoáng. Đông tụ sinh học cặn bằng cách cho bùn màng sinh vật hoặc bùn hoạt tính dư có kết hợp thổi khí trong ngăn đông tụ sinh học của bể lắng. Làm thoáng tự nhiên nước thải kết hợp với lọc nước thải qua tầng cặn lơ lửng. Nguyên tắc của quá trình này là khi thổi khí các hạt bé sẽ kết bông, đông tụ và tạo nên hạt lớn, dễ lắng. khi cho thêm bùn hoạt tính và thổi khí, ngoài các quá trình đông tụ, keo tụ, hấp phụ…còn diễn ra các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan dễ bị oxy hóa sinh hóa, làm tăng hiệu quả lắng và giảm BOD rõ rệt. Quá trình làm thoáng có thể được tiến hành ngay trên máng dẫn nước thải vào bể lắng, trên các công trình làm thoáng sơ bộ hoặc trong công trình đông tụ sinh học Làm thoáng sơ bộ: Quá trình làm thoáng sơ bộ thực hiện trên máng dẫn nước thải, trong các bể độc lập hoặc trong các ngăn làm thoáng hợp khối trong bể lắng ngang. Quá trình làm thoáng sơ bộ thực hiện trước khi lắng đợt 1. Số ngăn bể làm thoáng sơ bộ lớn hơn hoặc bằng hai, và tất cả chúng đều là ngăn công tác. Có 2 cách làm thoáng sơ bộ: làm thoáng không có bùn hoạt tính (làm thoáng đơn giản) và làm thoáng có cung cấp thêm bùn hoạt tính. Quá trình làm thoáng đơn giản không cho thêm bùn hoạt tính từ bể lắng đợt hai. Thời gian làm thoáng 10-20 phút. Lưu lượng khí nén cấp cho quá trình này là 0,5 m3/m3 nước thải. làm thoáng đơn giản sẽ làm tăng hiệu quả lắng trong bể lắng đợt một lên 5-8%. BOD sau quá trình lắng có làm thoáng sơ bộ sẽ giảm được 5-8% Làm thoáng sơ bộ là ngoài việc cấp khí nén với lưu lượng 0,5m3/m3 nước thải như đã nêu còn cho thêm bùn từ bể lắng đợt hai. Bùn đưa về đây thông thường là bùn hoạt tính dư với liều lượng dưới 50% tổng lượng hình thành hoặc là bùn màng sinh vật với liều lượng từ 50% đến toàn bộ lượng bùn trong bể lắng đợt hai. Trong ngăn làm thoáng sơ bộ cũng sẽ có quá trình đông tụ sinh học diễn ra. Thời gian thổi khí kéo dài đến 20 phút. Hiệu suất lắng có thể tăng lên 10-15% và tương tự. BOD trong nước thải cũng sẽ được giảm 10-15%. Các ngăn làm thoáng sơ bộ có thể được bố trí luôn đầu bể lắng ngang hoặc trong bể lắng đứng, bể lắng ly tâm. Để đảm bảo cho quá trình trộn đều bùn và nước thải, người ta thường cho nước thải đi zic zắc trong ngăn làm thoáng. Đông tụ sinh học: Khái niệm đông tụ sinh học được dùng khi trạm xử lý nước thải có công trình xử lý sinh học hoạt động theo nguyên lý lọc dính bám như bể lọc sinh hoc, bể bioten, đĩa lọc sinh học…vì trong quá trình này tạo nên bùn màng sinh vật có khả năng kết tụ với các cặn lơ lửng khác trong môi trường và lắng tốt. để phục hồi khả năng hấp phụ và oxy hóa các chất hữu cơ của bùn, người ta tái sinh lại bằng cách thổi khí trước khi đưa chúng về ngăn đông tụ. Bể đông tụ sinh học thường là bể lắng đứng có ngăn đông tu phía trong. Người ta cũng có thể xây dựng ngăn đông tụ riêng, bố trí đầu bể lắng ngang. Do hiệu quả lắng nước thải cao, có thể dùng một nửa hoặc tất cả số bể lắng đợt một làm bể đông tụ. việc lựa chọn số bể đông tụ sinh học được tính toán trên cơ sở đảm bảo cho nồng độ cặn lơ lửng trong nước trong nước thải dòng chảy chung trước khi đưa đi xử lý sinh học không lớn hơn 150 mg/l. Thời gian thổi khí trong ngăn đông tụ sinh học là 20 phút, lượng khí cấp là 0,5 m3/m3 nước thải. hiệu quả lắng của nước thải E có thể đạt tới 70% và BOD của nước thải sau bể đông tụ sinh học có thể giảm được 25-30% ( Hiệu quả của Phương pháp xử lý cơ học : Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm BOD đến 30% . Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, thoáng gió đông tụ sinh học, hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40-50 % theo BOD. Trong số các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tự hoại , bể lắng hai vỏ , bể lắng trong có ngăn phân huỷ là những công trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặn lắng . 2.2 Phương pháp xử hoá-lý Thực chất phương pháp xử lý hoá học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác ở dạng cặn hoặc chất không hoà tan nhưng không độc hại hay gây ô nhiễm môi trường. Ví dụ phương pháp trung hoà nước thải axit và kiềm, phương pháp oxy hoá..... Các phương pháp hoá học thường ứng dụng để xử lý nước thải là keo tụ, hấp thụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion, thấm lọc ngược, siêu lọc.... Căn cứ vào điều kiện địa phương và yêu cầu vệ sinh mà phương pháp hoá lý là giải pháp cuối cùng hoặc gian đoạn xử lý sơ bộ cho các giai đoạn xử lý tiếp theo. 2.2.1 phương pháp tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng)phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách hay làm đặc bọt. Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vàotrong pha lỏng. Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủlớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu. Trong xử lý nước thải, người ta phân biệt các phương pháp tuyển nổi như sau: Tuyển nổi bằng việc tách không khí từ dung dịch. Tuyển nổi phân tán không khí bằng phương pháp cơ học. Tuyển nổi bằng cấp không khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp. Tuyển nổi điện và tuyển nổi hóa học. Tác nhân thông dụng nhất trong các phương pháp tuyển nổi xử lý nước thải là không khí. Không khí được cấp vào nước và tạo bọt theo các phương thức sau: Sục không khí vào nước ở áp suất cao, sau đó giảm áp – gọi là tuyển nổi bằng khí hòa tan. Sục khí ở áp suất khí quyển gọi là tuyển nổi bằng không khí. Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không gọi là tuyển nổi chân không. 2.2.2. Phương pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả. Tốc độ quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất và cấu trúc của các chất tan, nhiệt độ của nước, loại và tính chất của các chất hấp phụ. Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn: Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ (vùng khuếch tán ngoài). Thực hiện quá trình hấp phụ. Di chuyển chất bên trong hạt chất hấp phụ (vùng khuếch tán trong). Người ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng chất như đất sét, keo nhôm. Quá trình làm sạch nước thải bằng hấp phụ được tiến hành ở điều kiện khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước, hoặc lọc nước thải qua lớp chất hấp phụ hay trong lớp lỏng giả trong các hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn và lien tục. Khi tiến hành quá trình này có sự khuấy trộn chất hấp phụ với nước, người ta thường sử dụng than hoạt tính ở dạng hạt có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 0,1mm. 2.2.3. Phương pháp keo tụ - tạo bông Hai quá trình hóa học này kết tụ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo để tạo nên những hạt có kích thước lớn hơn. Nước thải có chứa các hạt keo có mang điện tích (thường là điện tích âm). Chính điện tích của nó ngăn cản không cho nó va chạm và kết hợp lại với nhau làm cho dung dịch được giữ ở trạng thái ổn định. Việc cho thêm vào nước thải một số hóa chất (phèn, ferrous chloride...) làm cho dung dịch mất tính ổn định và gia tăng sự kết hợp giữa các hạt để tạo thành những bông cặn đủ lớn để có thể loại bỏ bằng quá trình lọc hay lắng cặn. Các chất keo tụ thường được sử dụng là muối sắt hay nhôm có hóa trị 3. Các chất tạo bông cặn thường được sử dụng là các chất hữu cơ cao phân tử như polyacrilamid. Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ. Hiện tượng này được triệt tiêu. Hiện tượng keo tụ có tính thuận nghịch xảy ra khi thế nghĩa là hạt keo đã keo tụ lại có thể tích điện trở lại và trở nên bền. Các hoá chất gây keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ. Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng các tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ. Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông được gọi là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch. Như vậy, để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây: Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp điện kép tới mức thế zeta = 0, khi đó lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt bằng không, tạo điều kiện cho các hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễ kết tủa. Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hoà điện tích hạt keo. Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hoá trị. Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện bám dính (hiệu ứng quét).(tượng hấp phụ Dùng những chất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng. Việc kết hợp sử dụng các chất hữu cơ cao phân tử với các muối vô cơ cải thi ện đáng kể khả năng tạo bông cặn.Thông thường tối ưu người ta xài thí nghiệm jatet để xác định lựong phèn tối ưu tại pH tối ưu . 2.2.4. Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Pb, Hg, Cd, Mn,… cũng như các hợp chất của Asen, phosphor, Xyanua, chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao. Vì vậy, nó là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải. Trao đối ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đối với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit. Chất này mang tính axit. Các chất có khả năng hút các ion gọi là anionit và chúng mang tính kiềm. nếu các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng là các ionit lưỡng tính. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo. 2.3. Phương pháp hóa học Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có : trung hoà , oxy hoá và khử . Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương pháp đắt tiền . Người ta sử dụng các phương pháp hoá học để khử các chất hoà tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín . Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn . 2.3.1. Phương pháp trung hoà Nước thải chứa các chất vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 6,5 đến 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm. Bổ sung các tác nhân hoá học. Lọc nước axit qua vật liệu có tác nhân trung hoà. Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit.... Việc lựa chọn phương pháp trung hoà còn tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẳn có và giá thành của các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành. Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình. 2.3.2. Phương pháp oxy hoá khử Mục đích của phương pháp này là chuyển các chất ô nhiễm độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước thải .Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hoá học , do đó quá trình oxy hoá hoá học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây ô nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác . Thường sử dụng các chất oxy hoá như : Clo khí và lỏng , nước Javen NaOCl , Kalipermanganat KMnO4 , Hypocloric Canxi Ca(ClO)2 , H2O2 , Ozon … 2.3.3. Khử trùng nước thải Sau khi xử lý sinh học , phần lớn các vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt .Khi xử lý trong các công trình sinh học nhân tạo (Aerophin hay Aerotank ) số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5% , trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1-2%. Nhưng để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng Chlor hoá, Ozon hoá, điện phân, tia cực tím … Phương pháp phổ biến nhất hiện nay là phương pháp Chlor hoá : Chlor cho vào nước thải dưới dạng hơi hoặc Clorua vôi. Lượng Chlor hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là : 10 g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn. Chlor phải được trộn đều với nước và để đảm bảo hiệu quả khử trùng, thời gian tiếp xúc giữa nước và hoá chất là 30 phút trước khi nước thải ra nguồn . Hệ thống Chlor hoá nước thải Chlor hơi bao gồm thiết bị Chlorator , máng trộn và bể tiếp xúc . Chlorato phục vụ cho mục đích chuyển hóa Clor hơi thành dung dịch Chlor trước khi hoà trộn với nước thải và được chia thành 2 nhóm : nhóm chân không và nhóm áp lực . Clor hơi được vận chuyển về trạm xử lý nước thải dưới dạng hơi nén trong banlon chịu áp. Trong trạm xử lý cần phải có kho cất giữ các banlon này. Phương pháp dùng Chlor hơi ít được dùng phổ biến . Phương pháp Chlor hoá nước thải bằng Clorua vôi : Áp dụng cho trạm nước thải có công suất dưới 1000 m3/ngđ. Các công trình và thiết bị dùng trong dây chuyền này là các thùng hoà trộn , chuẩn bị dung dịch Clorua vôi, thiết bị định lượng máng trộn và bể tiếp xúc . Với Clorua vôi được hoà trộn sơ bộ tại thùng hoà trộn cho đến dung dịch 10 -15% sau đó chuyển qua thùng dung dịch. Bơm định lượng sẽ đưa dung dịch Clorua vôi với liều lượng nhất định đi hoà trộn vào nước thải. Trong các thùng trộn dung dịch , Clorua vôi được khuấy trộn với nước cấp bằng các cánh khuấy gắn với trục động cơ điện . Phương pháp Ozon hoá Ozon hoá tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hoá bằng Ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước. Phương pháp Ozon hoá có thể xử lý phenol , sản phẩm dầu mỏ , H2S , các hợp chất Asen , thuốc nhuộm … Sau quá trình Ozon hoá số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%. Ngoài ra, Ozon còn oxy hoá các hợp chất Nitơ ,Photpho … Nhược điểm chính của phương pháp này là giá thành cao và thường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước cấp . 2.3.4. Phương pháp xử lý sinh học Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất có nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, nitơ..... Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguôn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng cũng tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất huỷ cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá. Như vậy, nước thải có thể xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD. Để có thể xừ lý bằng phương pháp này nước thải sản xuất cần không chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỉ số BOD/COD ≥ 0,5. Người ta có thể phân loại các phương pháp xử lý sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau. Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên: cánh đồng sinh học, bãi lọc, hồ sinh học..... Quá trình xử lý diễn ra chậm, dữa chhủ yếu vào nguồn oxy và vi sinh có trong đất và nước. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh học (Biôphin), bể làm thoáng khí sinh học (Aeroten)....Do các điều kiện tạo nên bằng nhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn. 2.4.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên. 2.4.1.1. Các công trình xử lý nước thải trong đất Các công trình xử lý nước thải trong đất là những vùng đất quy hoạch tưới nước thải định kỳ và gọi là cánh đồng ngập nước (cánh đồng tưới và cánh đồng lọc). Cánh đồng ngập nước được tính toán và thiết kế dựa trên khả năng giữ lại, chuyển hóa chất bẩn trong đất. Khi lọc nước thải qua đất, các chất lơ lửng và keo sẽ bị giữ lại ở lớp trên cùng. Những chất đó tạo nên lớp màng gồm vô số vi sinh học có khả năng hấp phụ và oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Ở lớp đất trên cùng (dày từ 0,2
0,5m) chế độ oxy là thuận lợi nhất. Oxy tự do có sẵn trong nước thải), do cây cung cấp hoặc xâm nhập từ không khí bên trên qua các khe hở giữa các hạt đất,… được vi khuẩn sử dụng để oxy hóa các chất hữu cơ. Các chất hữu cơ được oxy hóa thành CO2 và nước. Trong trường hợp còn dư oxy các vi khuẩn nitrit hóa và nitrat hóa sẽ chuyển hóa nito amon thành nito nitrit và nito nitrat. Các sản phẩm tạo thành là nguồn dự trữ oxy cho quá trình oxy hóa kỵ khí các chất hữu cơ ở các lớp đất sâu hơn. Như vậy càng sâu xuống dưới, lượng oxy tự do càng giảm và sẽ diễn ra quá trình khử nitrat trong diều kiện yếm khí để cung cấp oxy cho việc oxy hóa các chất hữu cơ còn lại. Trong cánh đồng ngập nước, khi nước thải lọc qua đất, một lượng lớn phosphor được hấp thụ. Hiệu quả khử nito và phosphor trong đất cao, nước thải khi xả vào nguồn nước mặt sẽ không gây hiện tượng phì dưỡng trong đó. Ngoài ra, phần lớn các loại vi khuẩn gây bệnh cũng được giữ lại và tiêu diệt trong đất. Một số kim loại nặng trong nước thải khi lọc qua đất cũng sẽ được giữ lại. Mực nước trong đất và trên mặt đủ độ sâu để đảm bảo phát triển một số loài thực vật đặc trưng, sống trong điều kiện bão hòa nước. Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồng ngập nước phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, mực nước ngầm; tải trọng, chế độ tưới, phương pháp tưới, nhiệt độ và thành phần tính chất nước thải. Hiệu suất xử lý còn phụ thuộc vào loại cây trồng ở trên đó. Trên cánh đồng tưới ngập nước có thể trồng nhiều loại cây, song chủ yếu là loài không than gỗ. Vai trò của thực vật đối với quá trình xử lý nước thải trong đất gồm: Vận chuyển oxy vào vùng rễ cây. Giảm vận tốc dòng chảy, tăng khả năng lắng nước thải dòng ra. Tạo màng vi sinh học để tăng cường cho quá trình chuyển hóa nito hoặc hấp thụ các chất độc hại khác. 2.4.1.2. Các công trình xử lý nước thải trong hồ sinh học Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo, không lớn, mà ở đấy sẽ diễn ra quá trình chuyển hóa các chất bẩn. quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tự làm sạch trong các sông hồ tự nhiên với vai trò chủ yếu là các vi khuẩn và tảo. Khi vào hồ do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn lắng được lắng xuống đáy. Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp phụ và oxy hóa mà sản phẩm tạo ra là sinh khối của nó, CO2, các muối nitrat, nitrit,… khí CO2 và các hợp chất nito, phosphor được rong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp. Trong giai đoạn này sẽ giải phóng oxy cung cấp cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ của vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuạn lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Tuy nhiên trong trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển từ hình thức tự dưỡng sang dị dưỡng, tham gia vào quá trình oxy hóa các chất hữu cơ. Nấm nước, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự. Ngoài các hợp chất hữu cơ,các hợp chất nito, phosphor, cacbon,… trong hồ sinh học cũng được chuyển hóa theo các chu trình riêng với sự tham gia của vi khuẩn, tảo và các loại thực vật bậc cao khác. Yếu tố chính để đảm bảo quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ sinh học là oxy và nhiệ t độ. Hàm lượng oxy trong hồ phụ thuộc vào chiều sâu hồ, điều kiện khí hậu, thời tiết, chế độ dòng chảy. ở tầng nước mặt do có oxy khuếch tán từ không khí và oxy quang hợp, quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra mạnh, thế năng oxy hóa khử trong hồ giảm dần theo chiều sâu. ở tầng nước sâu hàm lượng oxy hòa tan giảm, tạo nên điều kiện thiếu khí hoặc yếm khí, vi khuẩn phải sử dụng oxy liên kết từ NO2-, NO3- hoặc SO42- để oxy hóa chất hữu cơ. Trong lớp cặn đáy, các chất hữu cơ thường phân hủy bằng cách lên men. Sản phảm tạo ra ở lớp nước đáy hồ thường là mêtan CH4, H2S và một số chất khí khác. Như vậy trong hồ sinh học, có thể tồn tại và phát triển các loại vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tùy tiện và vi khuẩn kỵ khí tại các tầng nước khác nhau. Hiệu quả phân hủy chất hữu cơ ở vùng hiếu khí là cao nhất. vì vậy để tăng cường quá trình xử lý nước thải người ta thương tăng dung tích vùng hiếu khí bằng các biện pháp cưỡng bức. Trong hồ sinh học, các loại tảo và vi khuẩn dị dưỡng, phân hủy hiếu khí chất hữu cơ đóng vai trò đối thủ, kình địch của các loại vi khuẩn gây bệnh. Ngoài ra với thời gian nước lưu lại trong hồ lớn, phần lớn các loại vi khuẩn gây bệnh còn sẽ bị tiêu diệt bởi các tia cực tím của ánh sang mặt trời. Hình 2.4 : Hồ hiếu khí có sử dụng thực vật nước là lục bình 2.4.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo. 2.4.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính ( Bể aerotank Nước thải sau khi qua bể lắng 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí (Aerotank). Khi ở trong bể, 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 căn 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 sống khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dung chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hóa thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp 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 vi khuẩn khác dung các chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuối cùng không thể làm thức ăn cho bất cứ vi sinh vật nào nữa. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lăng 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại đầu bể Aerotank để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Bùn dư ở đáy bể lắng được thải ra khu xử lý bùn. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính lơ lửng trong các bể phản ứng hiếu khí gồm các công đoạn sau: Khuấy trộn đều nước thải với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng. Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn họat tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể. Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt Tuần hoàn lại một lượng bàn cần thiết từ đáy bể lăng đợt 2 vào bể Aerotank để hòa trộn với nước thải đi vào. Xả bùn dư và xử lý bùn. (Bể SBR SBR là một công trình xử lý sinh học nước thải bằn bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu của bể là 2. Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư. Trong bước 1, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đấy hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước 2 với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được oxy hóa trong giai đoạn này. Bước thứ 3 là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Sau đó nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục.
Xử lý nước thải bằng phương pháp lọc – dính bám ( Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý sinh học hoàn toàn nước thải, đảm bảo BOD trong nước thải ra khỏi bể lắng đợt 2 dưới 15mg/l. Bể có cấu tạo hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng. Do tải trọng thủy lực và tải trọng chất bẩn hữu cơ thấp nên kích thước vật liệu lọc không lớn 30mm thường là các loại đá cục, cuội, than cục. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong bể từ 1,5 đến 2m. Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các cửa thông gió xung quanh hầm với tổng diện tích bằng 20% diện tích sàn thu nước. Để lưu thông hỗn hợp nước thải và bùn cũng như không khí vào lớp vật liệu lọc, sàng thu nước có các khe hở tổng diện tích bằng 5 đến 8% diện tích đáy. Nước thải được tưới trên bề mặt bể nhờ hệ thống ống phân phối vòi phun, khoan lỗ hoặc nén răng cưa. Thiết bị định lượng nước thải có thể là dạng thùng xi phôn hoặc các loại máng tự lật. Thời gian tưới dưới 5 phút, cường độ tưới nhỏ nên người ta thường không tuần hoàn nước thải sau xử lý về bể. Tuy nhiên bể làm việc hiệu quả khi BOD5 của nước thải dưới 220mg/l. Bể thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 1500 m3/ngày. ( Bể lọc sinh học cao tải Bể lọc sinh học cao tải dùng để xử lý sinh học hiếu khí nước thải với tải trọng thủy lực từ 10 đến 30m3 nước thải/m2 bề mặt bể.ngày. Bể cấu tạo hình tròn trên mặt bằng để đảm bảo cho dàn ống phân phối nước tự quay. Áp lực từ các lỗ phun từ 0,5÷0,7m. Tốc độ quay một vòng từ 8 đến 12 phút. Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu đến dàn ống là 0,2÷0,3m để lấy không khí và nước phun ra vỡ thành các hạt nhỏ đều trên mặt bể. Bể lọc sinh học cao tải hoạt động có hiệu quả khi BOD của nước thải dưới 300mg/l. Để tăng hiệu quả xử lý nước thải người ta thường tuần hoàn nước sau bể lọc để xử lý lại. Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật dính bám tăng lên, tải trọng chất bẩn hữu cơ giảm xuống. Mặt khác khi tuần hoàn lại nước, tải trọng thủy lực tăng lên, đẩy mạnh quá trình tách màng vi sinh vật cũ và hình thành màng mới trên bề mặt vật liệu, làm giảm hiện tương tắc ngẽn trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu, tăng lưu lượng trong hệ thống phân phối, đảm bảo tốc độ quay của dàn ống. ( Đĩa lọc sinh học Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo nguyên lý dính bám. Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ,… hình tròn đường kính từ 2÷4 m dày dưới 10 mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30÷40 mm và các khối này được bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể chứa nước thải. Tốc độ quay của đĩa từ 1÷2 vòng/phút và đảm bảo dòng chảy rối, không cho bùn cặn lắng lại trong bể nước thải. Trong quá trình quay, phần dưới của đĩa ngập trong nước thải. Quá trình hấp phụ và dính bám các chất hữu cơ dạng hòa tan, keo và vẫy bùn lên màng sinh vật hình thành trước đó, được diễn ra. Khi quay lên phía trên, vi khuẩn sẽ lấy oxy để oxy hóa chất hữu cơ và giải phóng co2. Màng sinh vật dày từ 2 đến 4 mm, phụ thuộc vận tốc quay của đĩa. Do sinh khối tăng màng sinh vật bám trên mặt đĩa: dày lên dần sau đó tự tách ra khỏi mặt đĩa.bùn cặn màng sinh vật được lắng lại trong bể lắng đợt 2. Đĩa lọc sinh học được sử dụng rỗng rãi để sử lý nước thải sinh hoạt với công suất không hạn chế. ( Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước (bể bioten) Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước hoạt động theo nguyên lý lọc dính bám. Bể có cấu tạo gần giống với bể lọc sinh học và aeroten. Vật liệu lọc thường được đóng thành khối và để ngập trong nước. khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải. khi nước thải qua khối vật liệu lọc BOD bị khử và NH4+ bị chuyển hóa thành NO3- trong lớp màng sinh vật. nước đi từ dưới lên, chảy vào máng thu và được dẫn ra ngoài. Để khử BOD, NO3- và BO43- trong nước thải, bể thường bố trí thành 2 bậc, trong đấy hệ thống phân phối khí của bể lọc bậc 2 được bố trí tạo điều kiện hình thành vùng thiếu khí ở phía dưới. độ trên mực nước giữa 2 bể lọc hoạt động gián tiếp là 0,5 m. vật liệu lọc thường là các tấm, ống vật liệu nhựa. Sơ đồ cấu tạo của bể bioten vật liệu là các khối tấm nhựa PVC hoạt động theo nguyên tắc aeroten áp lực thấp kết hợp bể lắng đợt 2. Ngoài các tấm nhựa, người ta còn dùng polystyrene dường kính 2÷5mm để làm vật liệu học của bioten. Do tỷ trọng hạt polystyrene nhỏ nên nguyên tắc vận hành loại bể này giống bể lọc vật liệu nổi để xử lý nước cấp. hàm lượng cặn lơ lửng sau bể nhỏ hơn 20mg/l nên không cần thiết xây dựng bể lắng đợt 2.