Ứng dụng công nghệ MBBR trong xử lý nước thải sinh hoạt ĐH Bách Khoa Hà Nội

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ 5 I.1. Giới thiệu chung: 5 I.1.1. Đặc điểm vật lý: 5 I.1.2. Đặc điểm hóa học: 6 I.1.3. Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật: 6 I.2. Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt: 7 I.2.1. Hàm lượng chất rắn: 7 I.2.2. Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và hóa học (COD): 8 I.2.3. Ôxy hòa tan: 8 I.2.4. Trị số pH: 9 I.2.5. Các hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thải: 9 I.2.6. Các hợp chất vô cơ khác trong nước thải: 10 I.2.7. Vi sinh vật: 10 I.3. Các công đoạn xử lý: 11 I.3.1. Tiền xử lý: 11 I.3.2. Xử lý sơ bộ: 11 I.3.3. Xử lý bậc II: 13 I.3.4. Khử trùng: 19 Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 II.1. Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải: 23 II.2. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR: 26 II.2.1. Cơ chế: 26 II.2.2. Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng lên men: 27 II.2.3. Quá trình Nitrat hóa: 31 Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 34 III.1.Mương dẫn nước thải: 34 III.2. Song chắn rác thô: 35 III.3. Bể lắng cát và tách dầu mỡ: 38 III.4. Song chắn tinh: 40 III.5. Bể điều hòa: 41 III.6. Bể lắng đợt I: 42 III.7. Bể MBBR: 45 III.7.1. Thể tích làm việc của bể: 46 III.7.2. Lượng bùn sinh ra do khử BOD5: 47 III.7.3. Các thông số về đệm plastic: 48 III.7.4. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể: 49 III.7.5. Xác định lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý: 49 III.7.6. Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật: 52 III.7.7. Bố trí thiết bị phân phối khí: 52 III.8. Bể lắng đợt 2: 55 III.9. Bể tiếp xúc khử trùng: 56 III.10. Bể nén bùn: 57 KẾT LUẬN 60 Tài liệu tham khảo: 61 MỞ ĐẦU Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước tạo nên một sức ép lớn đối với môi trường. Trong sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày càng gia tăng. Mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm đang ngày càng trầm trọng. Do đó việc xây dựng, vận hành các hệ thống xử lý nước thải cho các đô thị hiện nay là hết sức cần thiết. Đề bài: Ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) trong xử lý nước thải sinh hoạt đô thị. - Lưu lượng q = 2000 m3/ngày đêm. - Yêu cầu xử lý: QCVN 14:2008/BTNMT, cột A Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ I.1. Giới thiệu chung: Con người trong các hoạt động kinh tế xã hội đã sử dụng một lượng nước rất lớn. Nước cấp sau khi sử dụng vào mục đích sinh hoạt, sản xuất, nước mưa chảy tràn trên các mái nhà, mặt đường, sân vườn,…Bị nhiểm bẩn chứa nhiều hợp chất bẩn gây ô nhiễm môi trường. Nước thải sinh hoạt là nước thải được bỏ đi sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt là hỗn hợp phức tạp thành phần các chất, trong đó chất bẩn thuộc nguồn gốc hữu cơ thường tồn tại dưới dạng không hòa tan, dạng keo và dạng hòa tan dễ bị phân hủy thối rữa, chứa nhiều vi trùng gây bệnh và truyền bệnh nguy hiểm. Thành phần và tính chất của chất bẩn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của thiết bị, trạng thái làm việc của hệ thống mạng lưới vận chuyển, tập quán sinh hoạt của người dân, mức sống xã hội, điều kiện tự nhiên…Do tính chất hoạt động của đô thị mà chất bản của nước thải thay đổi theo thời gian và không gian. I.1.1. Đặc điểm vật lý: Theo trạng thái vật lý, các chất bẩn trong nước thải được chia thành: - Các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng kích thước lớn hơn 10-4 mm, có thể ở dạng huyền phù, nhũ tương hoặc dạng sợi, giấy, vải, cây cỏ… - Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước hạt khoảng 10-4 - 10-6 mm. - Các chất bẩn dạng tan có kích thước nhỏ hơn 10-6 mm, có thể ở dạng phân tử hoặc phân ly thành ion. - Nước thải sinh hoạt thường có mùi hôi thối khó chịu do khi vận chuyển trong cống sau 2 đến 6 giờ xuất hiện khí hydro sunfua. I.1.2. Đặc điểm hóa học: Nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơ như sắt, magiê, canxi, silic, nhiều chất hữu cơ sinh hoạt như phân, nước tiểu và các chất thải khác như cát, sét, dầu mỡ. Nước thải vừa xả ra có tính kiềm, nhưng dần trở nên có tính axit vì thối rữa. Các chất hữu cơ có thể xuất xứ từ thực vật hoặc động vật. Những chất hữu cơ trong nước thải có thể chia thành các chất chứa nitơ và các chất chứa cacbon. Các hợp chất chứa nitơ chủ yếu như urê, prôtêin, amin và axit amin. Các hợp chất chứa cacbon như mỡ, xà phòng, hydrocacbon… I.1.3. Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật: Nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều sinh vật chủ yếu là vi sinh với số lượng từ 105 đến 106 tế bào trong 1ml. Nguồn chủ yếu đưa vi sinh vật vào nước thải là phân, nước tiểu và đất cát. Tế bào vi sinh vật hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi sinh có thể coi là một phần của tổng hợp chất hữu cơ trong nước thải. Phần này sống, hoạt động, tăng trưởng để phân hủy phần hữu cơ còn lại của nước thải. Vi sinh trong nước thải thường được phân biệt theo hình dạng. Vi sinh xử lý nước thải có thể chia thành 3 nhóm: Vi khuản, nấm, động vật nguyên sinh (Protozoa). Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng đầu tiên trong việc phân hủy chất hữu cơ, nó là cơ thể sống đơn bào, có khả năng phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn lơ lửng hoặc dính bám vào bề mặt vật cứng. Vi khuẩn có khả năng sinh sản rất nhanh, khi tiếp xúc với chất dinh dưỡng có trong nước thải, chúng hấp thụ nhanh thức ăn qua màng tế bào. Đa số vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, nhưng thường củng có loại vi khuẩn dạng lông tơ (filamentous) kết với nhau thành lưới nhẹ nổi lên bề mặt làm ngăn cản quá trình lắng. Vi khuẩn dạng nấm (Fungi bacteria) có kích thước lớn hơn vi khuẩn và không có vai trò trong quá trình phân hủy ban đầu của chất hữu cơ trong quá trình xử lý nước thải. Vi khuẩn dạng nấm phát triển thường kết thành lưới nổi trên mặt nước gây cản trở dòng chảy và quá trình thủy động học. Động vật nguyên sinh đặc trưng bằng một vài giai đoạn hoạt động trong quá trình sống của nó. Thức ăn chính của động vật nguyên sinh là vi khuẩn, cho nên chúng là chất chỉ thị quan trọng thể hiện hiệu quả xử lý của các công trình xử lý sinh học nước thải. I.2. Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt: Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật. Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải ở dạng các virut và vi khuẩn gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn,… Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩn không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải. I.2.1. Hàm lượng chất rắn: Tổng chất rắn là thành phần đặc trưng nhất của nước thải, nó bao gồm các chất rắn không tan lơ lửng (SS), chất keo và hòa tan. Xác định hàm lượng chất rắn bằng cách cho bay hơi một lượng nước thải trên bếp cách thủy và sấy khô ở nhiệt độ 105 oC cho tới khi trọng lượng không đổi, sau đó đem cân và so sánh với khối lượng nước ban đầu, đơn vị là mg/l. Chất rắn lơ lửng có kich thước hạt ≥ 10-4 mm có thể lắng được và không lắng được (dạng keo). Nó được xác định bằng cách cho nước thải thấm qua giấy lọc tiêu chuẩn với kích thước lỗ khoảng 1,2 µm. Gạn lấy lượng cặn đọng lại trên giấy thấm đem sấy ở nhiệt độ 105oC cho đến khi trọng lượng không thay đổi, đơn vị mg/l. I.2.2. Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và hóa học (COD): Mức độ nhiễm bẩn nước thải bởi chất hữu cơ có thể xác định theo lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật hiếu khí và được gọi là nhu cầu ôxy cho quá trình sinh hóa. Nhu cầu ôxy sinh hóa là chỉ tiêu rất quan trọng và tiện dùng để chỉ mức độ nhiễm bẩn của của nước thải bởi các chất hữu cơ. Trị số BOD đo được cho phép tính toán lượng ôxy hòa tan cần thiết để cấp cho các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn diễn ra trong quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ có trong nước thải. Nhu cầu ôxy hóa học COD: Là lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ và một phần nhỏ các chất vô cơ dễ bị ôxy hóa có trong nước thải. Chỉ tiêu nhu cầu ôxy sinh hóa BOD không đủ để phản ánh khả năng ôxy hóa các chất hữu cơ khó bị ôxy hóa và các chất vô cơ có thể bị ôxy hóa có trong nước thải. Việc xác định COD có thể tiến hành bằng cách cho chất ôxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thải trong môi trường axít. Trị số COD luôn lớn hơn trị số BOD5 và tỷ số COD : BOD càng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ. I.2.3. Ôxy hòa tan: Nồng độ ôxy hòa tan trong nước thải trước và sau xử lý là chỉ tiêu rất quan trọng. Trong quá trình xử lý hiếu khí luôn phải giữ nồng độ ôxy hòa tan trong nước thải từ 1,5 – 2 mg/l để quá trình ôxy hóa diễn ra theo ý muốn và để hỗn hợp không rơi vào tình trạng yếm khí. Ôxy là khí có độ hòa tan thấp và nồng độ ôxy hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ muối có trong nước. Trong quá trình xử lý nước thải, vi sinh vật tiêu thụ ôxy hòa tan để đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền BOD, N, P cần thiết cho việc duy trì sự sống, tăng trưởng và sinh sản của chúng. I.2.4. Trị số pH: Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hòa, tính axit hay tính kiềm. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh họa rất nhạy cảm với sự dao động của trị số pH. Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi giá trị pH trong khoảng 6,5 đến 8,5. I.2.5. Các hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thải: a.Các hợp chất của nitơ trong nước thải: Nước thái sinh hoạt luôn có một số hợp chất chứa nitơ. Nitơ là chất dinh dưỡng quan trọng trong quá trình phát triển của vi sinh vật trong các công trình xử lý sinh học. Các hợp chất chứa nitơ là protein, các sản phẩm phân hủy của nó như amino aixit là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn, và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ có trong nước thải bắt nguồn từ phân và nước tiểu (urê) của người và động vật. Urê bị phân hủy ngay khi có tác dụng của vi khuẩn thành amoni (NH4+) và NH3 là hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong mước thải. Hai dạng hợp chất vô cơ chứa Nitơ có trong nước thải là nitrit và nitrat. Nitrat là sản phẩm ôxy hóa của amoni (NH4+) khi tồn tại oxy, thường gọi quá trình này là quá trình Nitrat hóa. Còn nitrit (NO2-) là sảm phẩm trung gian của quá trình nitrat hóa, nitrit là hợp chất không bền vững dễ bị ôxy hóa thành nitrat (NO3-). Vì amoni sử dụng ôxy trong quá trình Nitrat hóa và các vi sinh vật trong nước, rong, tảo dùng nitrat làm thức ăn để phát triển, cho nên nếu hàm lượng nitơ có trong nước thải xả ra sông, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng kích thích sự phát triển nhanh của rong, tảo làm bẩn nguồn nước. b.Các hợp chất photpho trong nước thải: Photpho cũng giống như nitơ, là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sống và phát triển trong các công trình xử lý nước thải. Photpho là chất dinh dưỡng đầu tiên cần thiết cho sự phát triển của thảo mộc sống dưới nước, nếu nồng độ photpho trong nước thải xả ra sông, suối quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng. Photpho thường ở dạng photphat vô cơ và bắt nguồn từ chất thải là phân, nước tiểu, phân bón dùng trong nông nghiệp và từ các chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt hằng ngày. I.2.6. Các hợp chất vô cơ khác trong nước thải: Có rất nhiều hợp chất vô cơ trong nước thải. Để đánh giá tính chất nhiểm bẩn của nước thải bởi khoáng vật người ta dùng các chỉ tiêu về hàm lượng sulfat và clorua. Trong nước thải đô thị hàm lượng sulfat vào khoảng 100 đến 150 mg/l, còn hàm lượng clorua từ 150 đến 250 mg/l. Hàm lượng sulfat và clorua thường không hoặc ít thay đổi trước và sau xử lý và cũng không làm ảnh hưởng tới các quá trình lí hóa, sinh hóa nước thải và cặn bã. I.2.7. Vi sinh vật: Nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều các vi sinh vật với số lượng từ 105 – 106 tế bào/1ml. Phần lớn vi sinh có trong nước thải không phải là vi khuẩn gây bênh, có thể có một số ít vi khuẩn gây bệnh như thương hàn, tả, lỵ, vi trùng gan.* Các thông số cụ thể của đồ án: Lưu lượng Q = 1500m3/ngày đêm. TT  Thông số  Ký hiệu  Đơn vị  Giá trị   1  Tổng chất rắn  TS  mg/l  700   2  Hàm lượng chất rắn lơ lửng  SS  mg/l  200   3  Nhu cầu ôxy hóa học  COD  mg/l  500   4  Nhu cầu ôxy sinh hóa  BOD5  mg/l  300   5  Tổng Ni tơ  ∑N  mg/l  40   6  Tổng Photpho  ∑P  mg/l  8   7  pH (25oC)    6,8   8  Dầu mỡ động, thực vật   mg/l  100   8  Coliform   MPN/100ml  107   I.3. Các công đoạn xử lý: I.3.1. Tiền xử lý: Giai đoạn tiền xử lý gồm các công trình và thiết bị có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải các vật có thể gây tắt nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý của giai đoạn sau, cụ thể như: Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn có trong nước thải như gỗ, nhựa, giấy, vỏ hoa quả,… Loại bỏ cặn nặng như cát sỏi, kim loại, thủy tinh,… Loại bỏ một phần dầu mỡ. Các thiết bị thường dùng là: - Song chắn rác, lưới chắn rác; - Máy nghiền cắt vụn rác; - Bể lắng cát; - Bể điều hòa lưu lượng. I.3.2. Xử lý sơ bộ: Chủ yếu là quá trình lắng để loại bỏ bớt cặn lơ lửng. Có nhiều loại bể lắng, kết quả xử lý của công đoạn xử lý sơ bộ là loại bỏ được một phần cặn lơ lửng và các chất nổi như dầu, mỡ, bọt,… đồng thời phân hủy yếm khí cặn lắng ở phần dưới của các công trình ổn định cặn. a. Bể lắng cát: Bể lắng cát đặt sau song chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng và chất lượng, trước bể lắng đợt một. Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng,… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn. Theo đặc tính của dòng chảy có thể phân loại bể lắng cát: Bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi khí, bể lắng cát ly tâm. b. Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng: 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 ngày giờ, có 2 loại 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 hoặc nằm ngoài đường đi của dòng chảy. Tùy theo điều kiên đất đai và chất lượng nước thải, khi mạng cống thu gom là mang cống chung thường áp dụng bể điều hòa lư 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. Điều chỉnh pH và bổ sung chất dinh dưỡng N,P: Nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý sinh học phải có trị số pH nằm trong khoảng 6,5 – 8,5 và tỷ lệ các chất dinh dưỡng C:N:P trong khoảng 100:5:1. c. Bể lắng đợt I: Có nhiệm vụ lắng các hạt rắn nhỏ hơn 0,2 mm, bể lắng đợt một có nhiều loại khác nhau. Bùn lắng được tách ra khỏi nước ngay sau khi lắng, có thể bằng phương pháp thủ công hay cơ giới. Quá trình lắng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: Lưu lượng nước thải, thời gian lắng (hay thời gian lưu), khối lượng riêng và tải lượng tính theo chất rắn lơ lửng, tải lượng thủy lực, sự keo tụ các hạt rắn, vận tốc dòng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ của nước thải và kích thước bể lắng. I.3.3. Xử lý bậc II: Là công đoạn phân hủy sinh học hiếu khí các hợp chất hữu cơ. Mục đích cơ bản của quá trình xử lý sinh học là lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để ổn định các hợp chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơ lửng không lắng được trong nước thải sinh hoạt để loại chúng ra khỏi nước. Xử lý sinh học gồm các bước: - Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bào vi sinh. - Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải. - Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực. I.3.3.1.Một số công nghệ xử lý sinh học hiếu khí được sử dụng trong xử lý nước thải đô thị: a. Bể Aerotank truyền thống:
 Sơ đồ Nước thải sau bể lắng đợt 1 được trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở ngay đầu bể Aerotank. Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bẩn trung bình, lưu lượng tuần hoàn thường từ 20 – 30% lưu lượng nước thải đi vào. Dung tích bể được thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng trong bể từ 6 đến 8 giờ khi dùng hệ thống sục khí và từ 9 đến 12 giờ khi dùng thiết bị khuấy làm thoáng bề mặt. Các thông số của bể: - Lượng khí cấp vào từ 55 – 65 m3/1kgBOD5 cần khử. - Chỉ số thể tích bùn SVI từ 50 – 150 ml/g. - Nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotenk: 1500 – 3000 mg/l. - Tuổi của bùn 𝜃 từ 3 – 15 ngày. - Nồng độ BOD đầu vào < 400 mg/l, hiệu quả làm sạch từ 80 – 95 %. b. Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR – Sequencing Batch Reactor): Là một dạng xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu của bể là 2. 
 Sơ đồ: Đặc điểm: - BOD của nước thải sau xử lý thường < 20 mg/l. - Hàm lượng cặn lơ lửng 3 – 25 mg/l và N-NH3 từ 0,3 – 12 mg/l. - Bể SBR làm việc không cần bể lắng đợt 2. Bể SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành. Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Nhược điểm chính của bể là công suất xử lý nhỏ, để hoạt động có hiệu quả phải thường xuyên kiểm tra theo dõi các bước xử lý nước thải. c. 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 2 đến 4m, dày dưới 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 đến 40mm 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 đến 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 ôxy để ôxy hóa chất hữu cơ và giải phóng CO2. Màng sinh vật dày 2 đến 4mm, phụ thuộc vào vận tốc quay của đĩa. Bùn cặn màng sinh vật được lắng lại trong bể lắng đợt 2. d.Công nghệ MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor: * Giới thiệu: MBBR là quá trình kết hợp giữa hai quá trình màng sinh học và quá trình bùn hoạt tính. Trong đó, vi sinh vật phát triển trên bề mặt các hạt nhựa polyetylen (đệm) lơ lửng trộn lẫn với nước thải trong bể phản ứng. Không khí cấp vào bể vừa để cung cấp ôxy cho vi sinh vật sử dụng vừa là động lực cho các đệm chuyển động trong bể (các đệm plastic nhẹ, có khối lượng riêng xấp xỉ khối lượng riêng của nước). Nước được xử lý từ bể phản ứng sẽ chảy qua một lưới lọc trước khi vào bể lắng bậc II, mục đích của lưới lọc là giữ lại các đệm plastic trong bể phản ứng. Công nghệ MBBR có khả năng xử lý hiệu quả rất cao đối với các nước thải có mức độ ô nhiễm hữu cơ và nitơ cao. * Hoạt động: Trong quá trình xử lý nước thải, quần xã các vi sinh vật phát triển trên bề mặt các đệm plastic. Hầu hết các vi sinh vật trên lớp màng là vi sinh vật dị dưỡng (chúng sử sụng cacbon hữu cơ để tạo sinh khối) với ưu thế hơn là các vi khuẩn tùy tiện. Các vi khuẩn tùy tiện này có thể sử dụng ôxy hòa tan trong nước, hoặc khi lượng ôxy hòa tan không đủ chúng sẽ sử dụng nitrate, nitrite. Tại bề mặt của lớp màng sinh học đọng lại các chất lỏng phân biệt rõ ràng do sự di chuyển lẫn lộn trong bể phản ứng. Chất dinh dưỡng và ôxy khuếch tán qua lớp chất lỏng đến bề mặt của màng sinh học. Trong khi đó, các sản phẩm của sự phân hủy sinh học sẽ được khuếch tán nhanh từ màng sinh học ra ngoài môi trường chất lỏng chuyển động , quá trình như thế cứ tiếp diễn. Khi vi sinh vật phát triển và tăng lên nhiều lần, sinh khối trên các đệm cũng tăng lên, lớp màng sinh vật ngày càng dày. Khi đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng cung cấp ôxy hòa tan cơ chất trong bể phản ứng đến tất cả các vi sinh vật trên màng sinh học. Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của màng sinh học thì cần thiết nhất ôxy hòa tan và cơ chất khuếch tán trong suốt quá trình. Khi ôxy hòa tan và cơ chất khuếch tán qua mỗi lớp màng có sau thì các vi sinh vật ở lớp trước đó tiêu thụ càng nhiều. Lượng oxy hòa tan sẽ giảm dần trong quá trình tạo màng sinh học và sẽ tạo ra các sản phẩm của sự phân hủy hiếu khí, thiếu khí và yếm khí ở các lớp của màng sinh vật. * Cấu tạo của đệm: Đệm có nhiều hình dạng khác nhau, thông thường các đệm có hình trụ đứng, đường kính khoảng 10mm, cao 7mm, bên trong và bề mặt ngoài có nhiều khe để tăng diện tích bề mặt. Diện tích bề mặt của các đệm plastic là rất lớn (120 - 950 m2/m3). Đêm được làm bằng vật liệu Polyethylen để đảmm bảo độ bền, không bị gãy vỡ trong quá trình làm việc.
 * Ưu điểm của MBBR so với những phuơng pháp xử lý sinh học truyền thống: - Sự khuếch tán của chất khí và các chất hòa tan đến vi sinh vật tốt hơn rất nhiều, tốc độ sử dụng cơ chất tăng. - Khả năng tạo sinh khối rất lớn (nồng độ bùn hoạt tính trong bể phản ứng có thể đạt 6000 mg/l). - Giảm thể tích bể phản ứng sinh học vì bề mặt riêng của các đệm plastic rất lớn, do đó công nghệ này thích hợp cho các công trình xử lý nước thải có quy mô nhỏ hoặc để nâng cấp các công trình đã tồn tại mà không đủ diện tích mặt bằng. - Quá trình khử Nitơ và phốt pho rất tốt. - MBBR có thể sử dụng cho tất cả các loại bể sinh học (aerobic, anoxic, hoặc anaerobic). - Hiệu quả xử lý cao. - Vận hành đơn giản và chi phí thấp. I.3.3.2. Bể lắng đợt II: Bể lắng đợt II có nhiệm vụ tách sinh khối lắng trong nước, giữ lại các màng vi sinh ở bể MBBR và các thành phần chất không hòa tan chưa được giữ lại ở bể lắng đợt I. Các màng vi sinh như các bông cặn tiếp xúc với nhau tạo thành các đám bông cặn và lắng xuống đáy trong quá trình xử lý. Tốc độ lắng của đám bông cặn phụ thuộc và nồng độ và tính chất của cặn. I.3.4. Khử trùng: Khử trùng là công đoạn tiếp sau xử lý bậc II. Các phương pháp khử trùng thường dùng là: Clo, ozon, tia cực tím. Mục đích của quá trình này là nhằm đảm bảo nước trước khi xả ra nguồn tiếp nhận không còn vi trùng, virut gây bệnh và lây bệnh, khử mầu, khử mùi… Đề xuất sơ đồ công nghệ:
 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nước thải sinh hoạt của đô thị theo mương dẫn sau khi qua song chắn rác sẽ được tách các tạp chất có kích thước lớn trôi nổi lơ lửng trong nước như gỗ, nhựa, giấy, vỏ hoa quả… Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có độ cát với độ lớn thủy lực
18mm/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 của các công trình xử lý nước thải như 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 học nước thải hoạt động ổn định cần phải có công trình và thiết bị lắng cát phía trước, tại đây các loại cặn thô như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, sẽ được tách ra khỏi dòng thải. Phần nổi lên trên là bọt dầu, mỡ cũng sẽ được thiết bị gạt bọt tách ra khỏi dòng nước. Do nước thải sinh hoạt chủ yếu được sinh ra trong những thời gian sinh hoạt cao điểm của con người, vì vậy mà lưu lượng và thành phần của nước thải sinh hoạt sẽ không giống nhau ở mọi thời điểm, do đó dòng thải sau khi qua song chắn và bể lắng cát sẽ được ổn định tại bể điều hòa. Tại bể MBBR, chất hữu cơ trong nước thải bị ôxy hóa bởi các vi sinh vật có trong nước thải và các vi sinh vật bám dính trên đệm sinh học lơ lửng trong nước thải. Ban đầu, loại đệm này nhẹ hơn nước nên chúng sẽ lơ lửng trên mặt nước nhưng khi có màng bám vi sinh vật xuất hiện trên bề mặt, khối lượng riêng của đệm sẽ tăng lên và trở nên nặng hơn nước và sẽ chìm xuống dưới. Tuy nhiên, nhờ có chuyển động thủy lực của nước trong bể được cấp bởi hệ thống sục khí, các đệm này sẽ chuyển động liên tục trong nước thải. Các chất hữu cơ cũng bám vào các khe nhỏ của đệm. Các vi sinh vật bám dính trên các đệm sẽ sử dụng chất hữu cơ để tạo thành sinh khối vi sinh vật, trong quá trình này các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được xử lý. Trước khi qua bể lắng bậc 2, hỗn hợp trong bể MBBR được chảy qua một tấm lưới chắn trong bể để ngăn các hạt nhựa lại. Dòng nước được tách sinh khối và lắng bùn tại bể lắng đợt 2. Nước trong sẽ chảy sang bể khử trùng đuợc hoà trộn chung với dung dịch chlorine nhằm diệt các vi khuẩn. Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột A và được xả ra nguồn tiếp nhận gần đó. Bùn từ bể lắng sẽ được bơm qua bể nén bùn sau đó được đưa vào máy ép bùn, bùn khô sẽ được đưa đi chôn lấp hoặc tận dụng. Chương II:CƠ SỞ LÝ THUYẾT II.1. Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải: Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước. sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực. Nước thải nói chung thường là hệ dị thể đa phân tán hợp thể không bền. Trong quá trình lắng, kích thước, mật độ, hình dạng của các hạt và cả tính chất vật lý của hệ bị thay đổi. Nước thải có khối lượng riêng và độ nhớt cao. Độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải chỉ chứa các hạt rắn được tính theo công thức:
(2.1)
(2.2) Trong đó: -
: Độ nhớt động lực học của nước thải và nước sạch, Pa.s; -
: Nồng độ thể tích của các hạt lơ lửng, kg/m3; -
: Khối lượng riêng của nước thải và nước sạch, kg/m3; -
: Phần thể tích của pha lỏng,
(2.3) -
: Thể tích của pha lỏng và pha rắn trong nước thải, m3 Tùy thuộc vào nồng độ và khả năng tác động tương hỗ lẫn nhau giữa các hạt rắn, có thể xảy ra 3 loại lắng chính (hay còn gọi là vùng lắng) sau: lắng riêng rẽ từng hạt, lắng keo tụ và lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng chen. * Cơ sở của quá trình lắng riêng rẽ từng hạt là các định luật Newton và Stockes với giả thiết hạt lắng có dạng hình cầu: Khi lắng, hạt rắn chịu tác dụng của các lực: Lực trọng trường:
(2.4) Lực Archimedes:
(2.5) Lực ma sát:
(2.6) Trong đó:
: Khối lượng riêng của hạt rắn và chất lỏng;
: Thể tích của hạt rắn,

: Đường kính hạt rắn;
: Gia tốc trọng trường,
m/s2;
: Vận tốc tương đối của hạt rắn so với chất lỏng;
: Hệ số ma sát;
: Diện tích tiết diện ngang của hạt rắn,
. Theo định luật II Newton, ta có:
(2.7) Sau một thời gian ngắn ban đầu, gia tốc chuyển động sẽ bằng (
) và vận tốc lắng sẽ không đổi, thay giá trị các lực vào (2.7) và giải phương trình trên, ta có vận tốc lắng. Vận tốc lắng cho các hạt hình cầu:
(2.8) Hệ số
phụ thuộc vào chế độ thủy động của dòng chất lỏng bao quang hạt mà đặc trưng bởi chuẩn số Reynold (
). Vận tốc lắng của các hạt hình cầu ở vùng định luật Stockes trong xử lý nước thải được tính theo công thức:
. * Khi nồng độ các hạt rắn trong dung dich tương đối thấp, chúng sẽ lắng không giống nhau và sẽ kết hợp lại với nhau trong quá trình lắng gọi là lắng keo tụ. * Khi nồng độ chất rắn lơ lửng trong hệ thống cao hơn 500 mg/l thường xảy ra lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng nén. Loại lắng này xảy ra cùng với loại lắng riêng rẽ từng hạt và lắng keo tụ, có đặc điểm là các hạt rất gần nahu. Khi hạt lắng xuống chiếm chỗ của chất lỏng và dòng chất lỏng bị thay thế đi lên sẽ cản trở làm giảm vận tốc lắng của hạt khác. Do mật độ hạt rắn cao nên lắng vùng thường dẫn đến lắng cả khối với bề mặt phân cách rõ rệt giữa các khối chất rắn – lỏng và nước trong. II.2. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí với công nghệ MBBR: II.2.1. Cơ chế: Khi đưa nước thải vào trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ sẽ được hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Sau đó chúng được chuyển hóa và phân hủy nhờ vi khuẩn. Quá trình này gồm 3 giai đoạn: - Khuếch tán, chuyển dịch và hấp phụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn; - Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào vi khuẩn; - Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn. * Sự chuyển hóa các chât hữu cơ và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí được biểu diễn theo các phương trình sau: - Quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ: Các vi sinh vật trong nước thải ôxy hóa các chất ô nhiễm có thể oxy hóa để tạo ra năng lượng: CxHyOz
CO2 + H2O + ∆E CxHyOzNt
CO2 + H2O + ∆E - Quá trình tổng hợp để xây dựng tế bào: CxHyOz + NH3 +O2 + ∆E
C5H7NO2 + CO2 + H2O CxHyOzNt + NH3 +O2 + ∆E
C5H7NO2 + CO2 + H2O - Quá trình ôxy hóa nội bào: C5H7NO2 + O2
CO2 + H2O + NH3 + ∆E Trong quá trình ôxy hóa sinh hóa hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, lưu huỳnh, phốt pho cũng được chuyển hóa thành nitrat (NO3-), sunphat (SO42-), phốt phát (PO43-), CO2 và H2O. Khi môi trường cạn nguồn cacbon hữu cơ, các loại vi khuẩn Nitrit hóa (Nitrosomonas) và Nitrat hóa (Nitrobacter) thực hiện quá trình Nitrat hóa theo 2 giai đoạn: H4+ + 76O2 + 5CO2
C5H7NO2 + 54NO2 + 52H2O + 109H+ 400NO2- + 195O2 + NH3 + 2H2O + 5CO2
C5H7NO2 + 400NO3- II.2.2. Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng lên men: Dựa trên đặc tính sinh lý và tốc độ sinh sản của vi sinh vật, quá trình phát triển của chúng được chia thành nhiều giai đoạn: - Giai đoạn tiềm phát: vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường hoặc đang biến đổi để thích nghi. Đến cuối giai đoạn này tế bào vi sinh vật mới bắt đầu sinh trưởng, các tế bào mới tăng về kích thước nhưng chưa tăng về số lượng. - Giai đoạn lũy tiến: Vi sinh vật phát triển với tốc độ riên không đổi, sau một thời gian nhất định, tổng số lượng tế bào cũng như trọng lượng tế bào tăng lên gấp đôi. - Giai đoạn tốc độ chậm: Tốc độ phát triển giảm dần tới mức cân bằng ở cuối pha, ở các vi sinh vật cho sản phẩm trao đổi chất thì giai đoạn này chính là giai đoạn hình thành sản phẩm như enzym, alcol, axit hữu cơ, vitamin… - Giai đoạn cân bằng: Số lượng tế bào sống được giữ ở mức không đổi. Tinh chất sinh lý của tế bào vi sinh vật bắt đầu thay đổi, cụ thể là cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt. - Giai đoạn suy tàn: Tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần dần ngừng hẳn, dẫn đến số lượng tế bào sống giảm đi rất nhanh và bắt đầu có hiện tượng tự hủy. Nguyên nhân suy tàn chủ yếu là do nguồn thức ăn trong môi trường đã cạn, sự tích lủy sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và đôi khi tiêu diệt cả vi sinh vật. Trong giai đoạn lũy tiến, sinh khối tăng theo biểu thức:
(2.9) Trong đó:
: Tốc độ tăng trưởng của sinh khối,
;
: Nồng độ sinh khối,
;
: Tốc độ tăng trưởng riêng,
;
: Thời gian. Phương trình Monod dựa trên giả thuyết: Tốc độ sử dụng dinh dưỡng và tốc độ sinh trưởng bị giới hạn bởi tốc độ các phản ứng enzym, bao gồm cả sự thiếu các chất cần thiết, phương trình có dạng:
(2.10) Trong đó: S: Nồng độ cơ chất, mg/l;
: Hằng số bán bảo hòa, khi nồng độ cơ chất
(mg/l);
: Tốc độ tăng trưởng riêng lớn nhất. Khi dư thừa dinh dưỡng, nghĩa là S >>
thì hằng số tốc độ sinh trưởng là cực đại,
và hệ thống chủ yếu bị giới hạn bởi sinh khối. Phương trình tốc độ tăng trưởng của sinh khối có dạng:
(2.11) Khi S <<
, hệ thống bị giới hạn dinh dưỡng,
và tốc độ sinh trưởng là bậc 0 với sinh khối, nghĩa là tốc độ sinh trưởng độc lập với sinh khối hiện có. Khi S =
, hằng sô tốc độ sinh trưởng bằng
Thay (2.9) vào (2.10), ta được:
(2.12) Nếu như tất cả dinh dưỡng được chuyển hóa thành sinh khối thì tốc độ sử dụng dinh dưỡng sẽ bằng tốc độ sản sinh sinh khối. Nhưng vì sự dị hóa chuyển hóa một phần dinh dưởng thành các sản phẩm phụ nào đó nên tốc độ sử dụng dinh dưỡng sẽ lớn hơn tốc độ tạo sinh khối:
(2.13) Hay:
(2.14) Y: Hệ số đồng hóa
: Tốc độ sử dụng cơ chất,
Cơ sở của công nghệ MBBR là các đệm plastic được giữ lơ lửng và chuyển động liên tục trong quá trình phản ứng trong bể. Trong quá trình xử lý, các đệm này được chuyển động do chuyển động của dòng nước và quá trình cấp khí. Các vi sinh vật có khả năng phân giải chất hữu cơ trong nước thải bám dính và phát triển trên bề mặt các đệm. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải để để phát triển thành sinh khối vi sinh vật. Quần xã vi sinh vật sẽ phát triển và dày lên rất nhanh cùng với sự suy giảm các chất ô nhiễm ttrong nước thải. Khi đạt đến một độ dày nhất định, khối lượng vi sinh vật sẽ tăng lên, khả năng bám dính của vi sinh vật ở lớp bên trong sẽ giảm đi cho đến khi chúng không bám được lên bề mặt đệm nữa mà bong ra rơi vào trong nước thải. Một lượng nhỏ vi sinh vật còn sót lại bám trên các đệm sẽ tiếp tục sử dụng chất hữu cơ có trong nước thải để hình thành nên một quần xã sinh vật mới bám dính trên đệm. Từ phương trình (2.14):
Đặt
: Tốc độ sử dụng cơ chất bởi một đơn vị sinh khối. Nên (2.14) được viết:
Suy ra: Nồng độ sinh khối tỷ lệ với tốc độ sử dụng cơ chất. Từ phương trình cân bằng sinh khối cho bể phản ứng, công thức tính sinh khối:

: Hệ số phân hủy nội bào. * Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình: - pH của quá trình: Khoảng pH thích hợp từ 6,5 đến 8,5. - Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp từ 20 – 27 oC. - Thời gian lưu trong bể - Chế độ sục khí: Đảm bảo ôxy ở nồng độ bảo hòa và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. - Tỉ lệ C:N:P = 100:5:1. Nếu chất dinh dưỡng trong nước thải không đủ thì sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, lúc đó lượng bùn hoạt tính sẽ giảm. - Kim loại nặng: Các kim loại nặng có khả năng làm enzim mất hoạt tính xúc tác, một số kim loại nặng là chất kìm hãm cạnh tranh, dễ phản ứng với tâm hoạt độn của enzim, làm cơ chất không tiến đến enzim được. Một số kim loại nặng là chất độc đối với vi sinh vật như Hg, Pb…Hàm lượng các chất khoáng khi cao hơn nồng độ cho phép cực đại cũng có thể ảnh hưởng xấu đến tốc độ làm sạch nước thải. II.2.3. Quá trình Nitrat hóa: Quá trình nitrat hóa có thể xảy ra nếu như ngay từ đầu nitơ tồn tại dưới dạng nitơ amoniac. Tốc độ biến đổi từ amoniac thành nitrat đối với bùn hoạt tính như sau: Cứ 3mg N-NH4+ trong thời gian 1 giờ thì nitrat hóa được 1g chất hữu cơ. Độ tăng trưởng của vi sinh vật di dưỡng có ý nghĩa tới việc ôxy hóa các chất ô nhiễm cacbon, nó cao hơn so với độ tăng trưởng của các vi khuẩn nitrat hóa tụ dưỡng. Do vậy, độ tuổi của bùn trong hệ thống có tác dụng nhất định đối với quá trình nitrat hóa. Nitrat hóa nước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận cho phép giảm đáng kể yêu cầu ôxy trong nước nguồn. Quá trình gồm các bước: - NH4+ bị ôxy hóa thành NO2do tác động của vi khuẩn Nitrit theo phản ứng: NH4+ + 1,5O2
NO2- + 2H+ + H2O - Ôxy hóa NO2- thành NO3- do tác động của vi khuẩn nitrat hóa: NO2- + 0,5O2
NO3- Tổng hợp quá trình chuyển hóa NH4+ thành NO3-: NH4+ + 2O2
NO3+ 2H2+ + H2O Có khoảng 20 – 40 % NH4+ bị đồng hóa thành vỏ tế bào, cho nên có thể tổng hợp quá trình Nitrat hóa bằng phản ứng sau: NH4+ + 1,731O2 + 1,962HCO3-
0,038C5H7NO2 + 0,96NO3- + 1,077H2O + 1,769H2CO3 Nồng độ NH4+ và NO3- ảnh hưởng tới tốc độ tăng trưởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrit hóa và vi khuẩn nitrat hóa. Tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn nitrat hóa lớn hơn rất nhiều so với vi khuẩn nitrit hóa. Tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn trong quá trình là:
Trong đó:
: Tốc độ tăng trưởng riêng của vi sinh vật (ngày -1)
: Tốc độ tăng trưởng riêng cực đại (ngày-1) N: Hàm lượng Nitơ trong nước thải (g/m3) KN: Hệ số bán bão hòa (g/m3) Chương III:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Lưu lượng nước thải theo đề bài là 2000 m3/ngày, chọn hệ số dư là 1,2. Nên công suất thiết kế tối đa của hệ thống là
= 2000 * 1,2 = 2400 m3/ngày đêm. Lưu lương tối thiểu là: 1600 m3/ngày. III.1.Mương dẫn nước thải: Mương dẫn nước thải thường làm bằng bê tông cốt thép, có tiết diện hình chữ nhất hở để dễ theo dõi, quan sát, làm vệ sinh. Mương dẫn phải đảm bảo sao cho duy trì tốc độ tự làm sạch và hạn chế quá trình lắng cặn trong mương. Chọn bề rộng của mương dẫn: B = 0,15 (m) = 150 (mm) Vận tốc dòng nước là
m/s Độ dốc tối thiểu của mương sao cho tránh lắng cặn trong mương được tính theo công thức thực nghiệm:
, với
: đường kính ống, (mm), d = B = 150 (mm) Do đó:
0,67% Từ công thức:
=
(3.1) -
: Lưu lượng nước thải tối đa, m3/s; -
: Vận tốc dòng chảy trong mương, m/s; -
: Tiết diện ướt, m2; Suy ra:
Mặt khác,
,
: Chiều cao mực nước trong mương, m; Suy ra,
Chọn chiều cao mương dẫn tính từ mực nước trở lên
(m) Vậy kích thước của mương dẫn là: - Chiều rộng:
0,15 (m) - Chiều cao
0,47 (m). III.2. Song chắn rác thô: Vì nước thải sinh hoạt chứa các tạp chất thô chủ yếu là giấy, rác, túi nilon, vỏ cây… Do đó có thể lựa chọn song chắn rác tiết diện hình chữ nhật có lượn tròn hai đầu để giảm tổn thất áp lực và vớt rác dễ dàng. Song chắn được làm bằng thép không gỉ. Khoảng cách giữa 2 thanh của song chắn là 30 mm. Góc nghiêng của song chắn so với mặt phẳng ngang là 60o. Hệ số hình dạng thanh là β = 1,67. Chọn vận tốc dòng nước chảy qua khe giữu các thanh là 0,8 m/s. Số lượng khe hở của song chắn, n được xác định:
(3.2) Trong đó: -
: Lưu lượng nước thải tối đa, m3/s; -
: Vận tốc nước chảy qua song chắn (Chọn
= 0,8 m/s); -
: Độ sâu lớp nước trước song chắn, (
= 0,27 m); -
: Hệ số tính đến sự thu hẹp dòng chảy qua song chắn, (
= 1,05); -
: Khoảng cách giữa các thanh,
= 0,03 m; Thay các số liệu vào (3.1) ta có:
 Chọn n = 5 (khe) Chiều rộng toàn bộ thiết bị chắn rác:
(3.3) Với
: bề dày của thanh song chắn rác, chọn
m; Suy ra:
0,22 (m) Ta có:
Do đó, ta cần mở rộng mương dẫn tại vị trí đặt song chắn. Chọn góc mở rộng của mương là
Chiều dài đoạn mở rộng được tính theo công thức:
0,09 (m). (3.4) Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn:
(m) (3.5) Chọn chiều dài đoạn mương mở rộng:
(m) Vậy, toàn bộ chiều dài đoạn mương đặt song chắn:
(m) (3.6) Tổn thất áp lực của dòng thải sau khi đi qua song chắn được tính theo công thức: 
=
(3.7)
(3.8) Trong đó: -
: Tổn thất áp suất, m; - v: Vận tốc dòng chảy trước song chắn, v = 0,7 m/s; - P: Hệ số tính đến tăng trở lực do song chắn bị bịt kín bởi vật thải, (P
3); -
: Trở lực cục bộ của song chắn; - g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; - s: Chiều dày thanh chắn, chọn s = 0,01 m; - b: Khoảng cách giữu các thanh, b = 0,03 m; -
: Góc nghiêng của thanh so với mặt phẳng ngang,
= 60o; -
: Yếu tố hình dạng của thanh chắn,
= 1,67. Thay số liệu vào công thức (3.7), xác định được trở lực cục bộ của song chắn là:
= 0,33, và từ công thức (3.8), tổn thất áp lực của dòng thải sau khi qua song chắn là:
=


(m). Chiều cao xây dựng mương đặt song chắn:
III.3. Bể lắng cát và tách dầu mỡ: Bể lắng cát được tính toán với tốc độ dòng chảy đủ lớn (0,3 m/s) để các phần tử hữu cơ nhỏ không lắng lại và đủ nhỏ (0,15 m/s) để cát và các tạp chất rắn vô cơ không bị cuốn theo dòng chảy ra khỏi bể. Bể thường được tính toán để giữ lại các hạt cát có độ lớn thủy lực 18 – 24 mm/s (đường kính hạt 0,2 – 0,25mm). Phía trên có bố trí cần gạt bọt và dầu mỡ. Chọn bể lắng cát ngang - TCXDVN 51:2006. Chiều dài phần lắng:
(3.9) Trong đó: -
: Tốc độ chuyển động ngang của nước trong bể lắng cát khi lưu lượng nước thải tối đa (
), Chọn
(m/s); -
: Chiều sâu phần lắng (m), chọn
= 0,25 (m)-TCVN 51:2006; -
: Độ lớn thủy lực của hạt rắn,
=18,7 mm/s (d = 0,2 m/s); -
: Hệ số thực nghiệm có tính đến hệ số thủy lực và tốc độ lắng của hạt cát trong bể, với
=18,7 mm/s thì
=1,7 - TCXDVN 51:2006. Do đó:
5,7(m). Chiều rộng của bể:
0,44(m). Thể tích ngăn chứa cát:
Với: - T: Thời gian giữa 2 lần vớt cát, chọn 1 ngày; - N: Số người sử dụng hệ thống, tiêu chuẩn 100 l/người.ngày; N =
= 24000 (người) - a: Lượng cát giữ lại trong bể lắng tính trên đầu người/ngày (theo TCXDVN 51:2006, a = 0,02 l/người.ngày) Suy ra:
= 0,48 (m3) Chiều cao lớp cát lắng trong bể:
(m). Để ổn định tốc độ dòng chảy trong bể lắng cát ngang, ở phía cuối bể xây dựng đập tràn kiểu máng đo lưu lượng theo tỉ lệ với chiều sâu dòng chảy Hn trong bể lắng cát. Vậy: Bể lắng cát được xây dựng với: - Chiều dài bể lắng cát: L = 5,7 (m); - Chiều rộng bể lắng cát: B = 0,44 (m); - Chiều cao bể lắng cát: H = Hn +
+ Hbv = 0,25 + 0,19 + 0,3 = 0,74(m). (Hbv: Khoảng cách từ mực nước đến thành bể) III.4. Song chắn tinh: Sau khi qua bể lắng cát, nước thải theo mương dẫn đến song chắn tinh. Khoảng cách giữa 2 thanh song chắn là: s =0,01 (m), vận tốc dòng nước chảy qua khe giữu các thanh là 0,9 m/s. Số lượng khe hở của song chắn, n được xác định theo (3.2)
12 (khe) Chiều rộng của thiết bị chắn rác tinh được xác định theo công thức (3.3)
(m); Do đó, cần mở rộng mương dẫn tại vị trí đặt song chắn. Chọn góc mở rộng của mương dẫn là
. Chiều dài đoạn mở rộng được tính theo (3.4),
0,15 (m) Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn tính theo (3.5),
0,08 (m) Chọn chiều dài đoạn mương mở rộng:
(m) Vậy, toàn bộ chiều dài đoạn mương đặt song chắn tinh:
(m) Tổn thất áp lực của dòng thải sau khi đi qua song chắn được tính theo công thức (3.7) và (3.8): Từ (3.8), trở lực cục bộ của song chắn là:
Từ (3.7), tổn thất áp lực của dòng thải sau khi qua song chắn:
=
Chiều cao xây dựng mương đặt song chắn tinh:
III.5. Bể điều hòa: Lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải ở các đô thị luôn thay đổi theo thời gian. Sự dao động về lưu lượng nước thải, thành phần và nồng đô chất bẩn sẽ ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả làm sạch nước thải. Đối với công trình xử lý sinh học, cần phải đảm bảo sự ổn định về chế độ thủy lực cũng như chế độ dinh dưỡng ở trong đó. Giả thiết hàm lượng chất rắn lơ lửng, chỉ số BOD, COD và vi khuẩn trong nước thải sau khi qua các công đoạn trước đó coi như không đổi. Dung tích bể điều hòa được xác định: V = Q*T (m3) Trong đó: - Q: Lưu lượng lớn nhất của nước thải (m3/h) - T:Thời gian điều hòa cần thiết, (h), chọn T = 0,5 (h); V =
= 25 (m)3 Chiều cao xây dựng bể: Hxd = Hdh + Hbv - Bể điều hòa thường được thiết kế với chiều sâu là 1,5 – 2 (m); Chọn Hdh = 1,5 (m) - Hbv: Chiều cao từ mực nước đến thành bể, chọn Hbv = 0,5 (m); Do đó: Chiều cao xây dựng bể là: Hxd = 1,5 + 0,5 = 2 (m). Diện tích mặt thoáng bể điều hòa: Fdh =
16,7 (m2) Xây dựng bể điều hòa với: - Chiều rộng bể: 3 (m); - Chiều dài bể: 6 (m). III.6. Bể lắng đợt I: TCXDVN 51:2006, chọn bể lắng đứng. Vận tốc dòng chảy trong vùng công tác không lớn hơn 0,7 mm/s. Thời gian lắng 1,5 h.Hiệu suất lắng của bể 45 - 48%. Chọn chiều cao công tác của bể lắng: H = 3 (m). Thể tích tổng cộng của bể lắng đợt I: V = Q*t . (3.10) Với: - Q: Lưu lượng lớn nhất của nước thải (m3/h); - t: Thời gian lắng, t = 1,5 (h). Suy ra: V =
= 150 (m3). Chọn 2 bể lắng đứng (TCXDVN 51:2006), thể tích mỗi bể là 100 (m3). Diện tích mỗi bể lắng: F =
(m2). Đường kính của mỗi bể lắng: D =
5,6 m. Đường kính ống phân phối trung tâm: d = 0,25D = 1,4 m. Với: - H: Chiều cao công tác của bể, H = 3(m); - H1: Chiều cao bảo vệ; H1 = 0,3(m); - Hb: Chiều cao lớp bùn lắng, Hb = 0,4(m); - Hth: Chiều cao lớp trung hòa, Hth = 0,2(m); - Nên chiều cao xây dựng của bể lắng đứng: Hxd = H +H1 + Hb + Hth= 3,9 (m) Tốc độ lắng của của hạt cặn lơ lửng (độ lớn thủy lực, mm/s): Uo =
(3.11) Trong đó: -
: Hệ số có tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ của nước đối với độ nhớt, lấy
, nhiệt độ 20 oC(TCXDVN 51:2006); -
: Thành phần thẳng đứng của tốc độ của nước thải trong bể, (mm/s) lấy
= 0 (TCXDVN 51:2006); - t(s) thời gian lắng của nước thải trong bình thí nghiệm với chiều sâu lớp nước h = 550 mm, chọn t = 826 (s) (theo TCXDVN 51:2006); - n: Hệ số kết tụ, phụ thuộc vào tính chất lơ lửng của các loại hạt chủ yếu, n = 0,25 (TCXDVN 51:2006); - H : Chiều sâu tính toán của vùng lắng, H = 3 (m); - Trị số
, khi tính toán các bể lắng đợt I đối với nước thải sinh hoạt có thể lấy bằng 1,21, (Bảng 7-13, TCXDVN 51:2006) Từ (3.11), Uo =
Hiệu quả lắng cặn lơ lửng và khử BOD5 của bể lắng:
(3.12) Trong đó: - t: Thời gian lưu, t = 1,5 (h) - a, b: Hệ số thực nghiệm:- Khử BOD5: a = 0,018; b = 0,02 - Khử SS: a = 0,0075; b = 0,014 -
: Hiệu quả lắng cặn lơ lửng SS và khử BOD5 Từ (3.12), ta có:

Vậy: Lượng SS và BOD5 còn lại trong nước thải sau khi qua bể lắng đợt I: - SS = 200 - 200*52,63% = 94,7 mg/l. - BOD5 = 300 - 300*31,25% = 206,3 mg/l. Lượng bùn thu được tại mỗi bể lắng được tính theo công thức:
(kg/ngày) (3.13) Trong đó: - SSo: Hàm lượng SS trong nước thải vào bể lắng đợt I; -
: Hiệu quả xử lý SS.
126,3 (kg/ngày) III.7. Bể MBBR: Các thông số đầu vào: - Q = 2400 m3/ngày. TT  Thông số  Ký hiệu  Đơn vị  Giá trị   1  Tổng chất rắn  TS  mg/l  594,7   2  Hàm lượng chất rắn lơ lửng  SS  mg/l  94,7   3  Nhu cầu ôxy hóa học  COD  mg/l    4  Nhu cầu ôxy sinh hóa  BOD5  mg/l  206,3   5  Tổng Ni tơ  TKN  mg/l  40   6  Tổng Photpho  TP  mg/l  8   7  Dầu mỡ động, thực vật   mg/l  100   8  pH (25oC)    6,8   9  Coliform   MPN/100ml  107   Nước thải ra khỏi bể đạt QCVN 14:2008/BTNMT. TT  Thông số  Ký hiệu  Đơn vị  Giá trị   1  Tổng chất rắn  TS  mg/l  500   2  Hàm lượng chất rắn lơ lửng  SS  mg/l  50   3  Nhu cầu ôxy hóa học  COD  mg/l    4  Nhu cầu ôxy sinh hóa  BOD5  mg/l  30   5  Tổng Nitơ  TKN  mg/l  35   6  Tổng Photpho  TP  mg/l  6   7  Dầu mỡ động, thực vật   mg/l  10   8  pH (25oC)    5 - 9   9  Coliform   MPN/100ml  3000   Để đảm bảo kết quá xử lý đạt tiêu chuẩn, ta tính thông số đầu ra với BOD5 = 20 mg/l. Hiệu quả xử lý: E =
(3.14) III.7.1. Thể tích làm việc của bể: Thể tích bể cần thiết:
(m3) (3.15) Trong đó: - LTN: Tổng thể tích của tổng nitơ cần nitrat hóa
Chọn
Q: Lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý sinh học (m3/h) TKN: tổng Nitơ trong nước thải vào hệ thống xử lý sinh học(g/m3) - rmn: Tốc độ nitrat không đổi của lớp tiếp xúc (chọn rmn = 62,5 mg/lít lớp tiếp xúc.giờ) - Mp: Thể tích lớp vật liệu tiếp xúc trong bể hiếu khí (chọn Mp = 0,16 hay 16%). Do đó: Thể tích bể xử lý sinh học cần thiết là:
320 (m3) Chọn chiều cao công tác của bể: H = 4 m. Diện tích mặt thoáng của bể: F =
Thiết kế xây dựng bể với: - Chiều dài bể: L = 10 (m); - Chiều rộng bể: B = 8 (m); - Chiều cao xây dựng : Hxd = 4,5(m) Thời gian lưu của nước thải:
III.7.2. Lượng bùn sinh ra do khử BOD5: - Tốc độ tăng trưởng của bùn: Yb=
(3.16) Trong đó: - Y: Hệ số sinh trưởng cực đại, Y = 0,6 (mg bùn hoạt tính/mg BOD5 tiêu thụ); - Kd: Hế số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1; -
: Thời gian lưu của bùn,
= 20 ngày. Do đó: Yb=
Lượng bùn sinh ra do khử BOD5: Px =
(kg/ngày) (3.17) Px = 0,3*2400(206,3 - 20)*10-3 = 134,14 (kg/ngày). Theo tiêu chuẩn ngành, lượng bùn sinh ra hàng ngày (theo bùn khô) được tính theo công thức: Gbùn = 0,8[SS] + 0,3[BOD5] (3.18) [SS]: Lượng cặn lơ lửng trong nước thải vào bể (kg/ngày) [SS] = 2400*94,7*10-3 =227,28 (kg/ngày). [BOD5]: Lượng BOD5 có trong nước thải vào bể (kg/ngày) [BOD5] = 2400 * 206,3*10-3 =495,12 (kg/ngày). Nên: Gbùn = 0,8*227,28 + 0,3*495,12 = 330,36 (kg/ngày) III.7.3. Các thông số về đệm plastic: Vật liệu  Polyethylen   Khối lượng riêng  0,95 g/cm3   Hình dạng  Hình trụ có nhiều khe   Đường kính  d = 10 - 15 mm   Chiều cao  h = 10 - 15 mm   Diện tích bề mặt  300 m2/m3   III.7.4. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể: - Tỷ số F/M: F/M =
Trong đó: S0: Hàm lượng BOD5 vào bể, (mg/l) 𝜃:Thời gian lưu của nước thải trong bể, (ngày) X: Nồng độ bùn hoạt tính, (mg/l) Do đó F/M =
= 0,29 (mgBOD5/mg bùn.ngày) - Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong ngày:
Với S0, S: Hàm lượng BOD5 vào và ra (mg/l)
=0,266 (g BOD5/g bùn.ngày) - Tải trọng thể tích:
1,48 (kgBOD5/m3.ngày) III.7.5. Xác định lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý: Lượng ôxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng ôxy cần để làm sạch BOD5, ôxy hóa amoni NH4+ thành NO3-, khử NO3-: * Lượng ôxy cần thiết:
Trong đó: - OC0: Lượng ôxy cần thiết ở điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20oC; - Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày); - S0: Nồng độ BOD5 đầu vào (g/m3); - S: Nồng độ BOD5 đầu ra (g/m3); - f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20; f = 0,68. - PX: Lượng bùn sinh ra do khư BOD5; - 1,42: Hệ số chuyển đổi rừ tế bào sang COD; - N0: Tổng hàm lượng Nitơ đầu vào (g/m3); - N: Tổng hàm lượng Nitơ đầu ra (g/m3); - 4,57: Hệ số sử dụng ôxy khi ôxy hóa NH4+ thành NO3- Suy ra:
* Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện thực tế:
Trong đó:
: Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối,
=1; Csh: Nồng độ ôxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ (ToC, lấy ToC = 25oC) và độ cao so với mực nước biển tại nhà máy xử lý, lấy gần đúng Csh = 8 mg/l. Cs20: Nồng độ ôxy bão hòa trong nước sạch ở 20oC, Cs20 = 9,2 mg/l; Cd: Nồng độ ôxy cần duy trì trong công trình (mg/l), chọn Cd = 3 mg/l;
: Hệ số điều chỉnh lượng ôxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước bể, chọn
= 0,8.
1066,1 (kg O2/ngày) * Lượng không khí cần thiết:
(m3/ngày) Oct: Lượng ôxy cần thiết thực tế; OU: Công suất hòa tan ôxy vào nước thải của thiết bị phân phối khí tính theo gam ôxy cho 1m3 không khí ở độ sâu ngập nước h; OU = Ou*h.