Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  Lời mở đầu Chúng ta đang sống trong một thời kỳ mà nguồn nước sạch ngày càng thiếu thốn, vệ sinh môi trường đang bị ô nhiễm nặng nề, đó là những vấn đề khá nóng bỏng và đáng quan tâm trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Sự phát triển nhanh chóng của các làng nghề, các ngành công nghiệp và dịch vụ, quá trình đô thị hoá và tập trung dân cư nhanh chóng là những nguyên nhân gây nên hiện trạng quá tải môi trường. Nước thải không được xử lý hoặc xử lý không đầy đủ được xả trực tiếp vào sông và kênh rạch gây nên hiện tượng ô nhiễm nguồn nước trầm trọng. Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải đô thị và các làng nghề. Nhưng phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học đang được sử dụng phổ biến nhất trong hầu hết các hệ thống xử lý. Thường thì một hệ thống xử lý được đánh giá bởi hiệu quả của việc xử lý như khả năng loại bỏ BOD, nito hay phospho…, khả năng áp dụng của chúng như giá thành của hệ thống, giá thành của một m3 nước được xử lý hay độ phức tạp của công nghệ và quá trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị… Công nghệ lọc dòng ngược bùn sinh học USBF (Upflow Sludge Blanket Filter) được thiết kế dựa trên trên mô hình động học xử lý BOD, nitrate hoá (nitrification) và khử nitrate hóa (denitrification) của Lawrence và McCarty, Inc. lần đầu tiên được giới thiệu ở Mỹ những năm 1990 sau đó được áp dụng ở châu âu từ những năm 1998 trở lại đây. Chúng tôi sử dụng mô hình công nghệ USBF để xử lý nước thải khu du lịch Non Nước và có thể áp dụng cho một số làng nghề và đô thị khác, là công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp 3 quá trình Anoxic, Aeration và lọc sinh học dòng ngược trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời ba quá trình trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp. Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống. Đồng thời hệ thống có thể xử lý nước thải có tải lượng hữu cơ, N và P cao. GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 1 Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  Phần I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về khu du lịch Non nước 1.1.1. Lịch sử phát triển Làng điêu khắc đá Non Nước nằm bên con sông Cổ Cò trên đường từ Đà Nẵng đi Hội An có tuổi đã non 400 năm. Tấm bia cổ lưu giữ ở chùa Phổ Khánh (làng Ái Nghĩa, xã Đại Hoà, huyện Đại Lộc - Quảng Nam), năm Mậu Ngọ, niên hiệu Vĩnh Trị thứ 3, đời Lê Hy Tông cho biết, trong số những lưu dân Đồng bằng sông Mã mở đất về phương Nam, cụ Huỳnh Bá Quát - người Thanh Hoá - cùng một số anh em trong họ Mạc dừng lại dưới chân 5 ngọn núi Ngũ Hành dựng làng, đặt tên là Quán Khái - nay là xã Hoà Hải, quận Ngũ Hành Sơn, Đà Nẵng. Việc chọn đất lập làng ở Non Nước bấy giờ không ngẫu nhiên vì trong hành trang "mở đất", ngoài hy vọng tìm nguồn sống trên một vùng đất mới, cụ còn mang theo cả nghề điêu khắc đá của ông cha và suốt một dải đất Nam Hải Vân đến đèo Cả, không nơi nào đá tốt bằng đá ở đây. Có những gia đình theo đuổi nghề đẽo đá đã qua mười mấy đời. Ngày chúa Nguyễn dựng kinh đô ở Huế, cần nghệ nhân trang trí cung điện, làng cung cấp thợ giỏi; xây lăng Bác, làng cũng cử người chọn những phiến đá đẹp nhất âm thầm xuyên qua bom đạn, đồn bót và sự lùng sục của địch chuyển ra miền Bắc. Cách Đà Nẵng chưa đầy 10 cây số, làng nghề điêu khắc đá Non Nước đã lên phố thị từ lâu, nhất là sau thời điểm năm 1990 khi nơi đây được du khách biết đến như một thắng tích với 5 ngọn núi được thiên tạo khéo léo bên bờ biển có tên đặt theo ngũ hành - kim, mộc, thuỷ, hoả, thổ. Năm 1986 - thời điểm bắt đầu cho sự thịnh vượng, làng nghề có 37 hộ sản xuất, với 150 lao động, thì hiện nay số hộ sản xuất kinh doanh nghề đá đã tăng gấp 11 lần với hơn 3.000 lao động. Tổng giá trị sản phẩm năm 2005 đã đạt xấp xỉ 100 tỉ đồng. Trên con đường Huyền Trân Công Chúa vào cổng khu du lịch Sandy Beach cách đây vài năm vốn hoang vắng chỉ có cát và cây dương liễu, nhưng nay san sát hàng trăm xưởng điêu khắc được mở ra đục đẽo chi chát suốt ngày đêm. Các loại sản phẩm nhỏ lưu niệm truyền thống dành cho khách du lịch nay làm theo kiểu được chăng hay chớ chứ không chú trọng như trước. Hầu hết đều tập trung cho những công trình tạc tượng tôn giáo có giá trị lớn, dành cho trang trí ngoài trời hoặc chùa, nhà thờ... GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 2 Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  1.1.2. Tình hình ô nhiễm tại làng đá mỹ nghệ non nước Trước đây, nếu như mọi công đoạn sản xuất đều được làm thủ công, bằng đôi tay khéo léo của người thợ, thì nay, để đáp ứng nhu cầu đặt hàng ngày càng nhiều, người thợ đã sử dụng acid loãng trong quá trình tẩy rửa, mài và làm bóng sản phẩm. “Công nghệ” này một mặt vừa rút ngắn thời gian cho ra lò một sản phẩm, vừa làm cho sản phẩm có độ bóng và đẹp hơn nên càng ngày càng có nhiều người sử dụng. Acid thường được pha với nước lạnh. Trong quá trình chế tác, người thợ sẽ xối loại acid này lên sản phẩm, sau đó dùng giấy nhám mịn đánh bóng. Trông thấy những đám bọt acid trôi lênh láng khắp xưởng mà không khỏi giật mình. Kinh hoàng hơn khi nghĩ rằng lượng acid đó sẽ ngấm dần xuống lòng đất, thẩm thấu vào nguồn nước sinh hoạt. Quy trình công nghệ sản xuất các loại tượng đá không sử dụng màu Từ quy trình sản xuất cho thấy, ngoài bụi và tiếng ồn phát sinh, lượng nước thải ra khá lớn từ các khâu như cưa, mài, cắt, đánh bóng, chứa chủ yếu cặn bột đá và lượng axit GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 3  Trường CĐ LT – TP dư từ việc đánh bóng bề mặt sản phẩm. Hiện tại, phần lớn lượng nước thải này các hộ sản xuất đều cho tự chảy tràn lan trên mặt đất hoặc có hộ thu gom về hố thu nhưng cũng không qua bất kỳ biện pháp xử lý nào. Thêm vào đó, tại khu vực Làng nghề hệ thống thoát nước hiện quá cũ kỹ, không đáp ứng được tải lượng nước thải sản xuất của các hộ sản xuất, có đoạn nước  Đồ Án Chuyên Môn thải không thoát được mà chảy tràn trên nền đất gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến mỹ quan khu du lịch Non  Hinh 1.1. Nước thải gồm axit và bụi đá được đổ ra đường nước. Hiện nay, tác động trực tiếp của axít đối với làng nghề đá Non Nước - Đà Nẵng được nhìn thấy bằng mắt thường, đó là nguồn nước giếng đang bị ô nhiễm trầm trọng, hiện tượng đá hoá nền đất và dị ứng da trên người khi tiếp xúc. Qua khảo sát của Sở Tài nguyên - Môi trường Đà Nẵng thì chưa có cơ sở sản xuất nào tại đây có hệ thống xử lý chất thải và đến nay cũng chưa có nghiên cứu nào của các cơ quan chức năng khẳng định hợp chất axít + nước + đá hoa cương ngấm vào lòng đất vô tư như vậy tác hại đến mức độ nào. Một thống kê "bỏ túi" của chính quyền địa phương cho biết, có 6 điểm bán axít ở phường Hoà Hải, mỗi tháng xuất cho các cơ sở sản xuất điêu khắc đá khoảng 600 lít. Như vậy tính sơ sơ, mỗi năm đã có hàng chục ngàn lít acid “vô tư” ngấm vào lòng đất, nguồn nước. Cùng với lượng nước thải sinh hoạt không nhỏ của khu dân cư làng nghề. Trong khi đó, 100% số dân ở đây hiện sử dụng nguồn giếng đào hoặc đóng tại chỗ. UBND phường Hoà Hải, quận Ngũ Hành Sơn đã phản ánh tình trạng môi trường ô nhiễm này lên quận, quận cũng có phương án đề xuất với thành phố cho quy hoạch làng nghề điêu khắc đá. Tuy nhiên, tiến độ thực hiện vẫn chưa đến đâu. GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 4  Trường CĐ LT – TP Ông Trần Văn Huệ - Trưởng phòng Tài nguyên - Môi trường quận Ngũ Hành Sơn cho hay, trước đây, UBND TP.Đà Nẵng có phê duyệt quy hoạch xây dựng làng đá mỹ nghệ Non Nước. Nếu dự án này được triển khai nhanh thì tất cả các bà con làm nghề sản xuất, kinh doanh đá mỹ nghệ sẽ được đưa vào làng nghề nhằm tránh ô nhiễm môi trường. Cách đây 2 năm, địa phương cũng đã tiến hành kiểm tra, giải toả để xây dựng làng nghề. Tuy nhiên, do nguồn  Đồ Án Chuyên Môn vốn ngân sách gặp khó khăn nên đến nay, việc xây dựng làng đá mỹ nghệ Non Nước theo quy Hình 1.2. Sử dụng bừa acid tẩy rửa sản phẩm họach vẫn chưa triển khai.[1] 1.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải Nước thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý bằng những phương pháp thích hợp khác nhau. Các phương pháp xử lý nước thải được chia làm các loại sau: Phương pháp xử lý lý học Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý Phương pháp xử lý sinh học 1.2.1. Phương pháp xử lý lý học Trong phương pháp này, các lực vật lý, như trọng trường, ly tâm, được áp dụng để tách các chất không hòa tan ra khỏi nước thải. Phương pháp xử lý lý học thường đơn giản, rẻ tiền có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao. Các công trình xử lý cơ học được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải là (1) song/lưới chắn rác, (2) thiết bị nghiền rác, (3) bể điều hòa, (4) khuấy trộn, (5) lắng, (6) lắng cao tốc, (7) tuyển nổi, (8) lọc, (9) hòa tan khí, (10) bay hơi và tách khí. Việc ứng dụng các công trình xử lý lý học được tóm tắt trong Bảng 1.1. Bảng 1.1. Áp dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải (Metcalf & Eddy, 1991) GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 5  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  1.2.2. Phương pháp xử lý hóa học Phương pháp hóa học sử dụng các phản ứng hóa học để xử lý nước thải. Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với các công trình xử lý lý học. Mặc dù có hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền và đặc biệt thường tạo thành các sản phẩm phụ độc hại. Việc ứng dụng các quá trình xử lý hóa học được tóm tắt trong Bảng 1.2. Bảng 1.2. Áp dụng các quá trình hóa học trong xử lý nước thải (Metcalf & Eddy, 1991) GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 6Công trìnhÁp dụngLưới chắn rácTách các chất rắn thô và có thể lắngNghiền rácNghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn đồng nhấtBể điều hòaĐiều hòa lưu lượng và tải trọng BOD và SSKhuấy trộnKhuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải, và giữ cặn ở trạng thái lơ lửngTạo bôngGiúp cho việc tập hợp của các hạt cặn nhỏ thành các hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng lựcLắngTách các cặn lắng và nén bùnTuyển nổiTách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước, hoặc sử dụng để nén bùn sinh họcLọcTách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa họcMàng lọcTương tự như quá trình lọc. Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn địnhVận chuyển khíBổ sung và tách khíBay hơi và bay khíBay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  [2] 1.2.3. Phương pháp xử lý sinh học Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, sunfit, amoniac, nitơ,…dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Một cách tổng quát phương pháp sinh học có thể chia làm 2 loại: Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm sinh vật kỵ khí hoạt động trong điều kiện không có ôxy GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 7Quá trìnhÁp dụngKết tủaTách phospho và nâng cao hiệu quả của việc tách cặn lơ lửng ở bể lắng bậc 1Hấp phụTách các chất hữu cơ không được xử lý bằng phương pháp hóa học thông thường hoặc bằng phương pháp sinh học. Nó cũng được sử dụng để tách kim loại nặng, khử chlorine của nước thải trước khi xả vào nguồnKhử trùngPhá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnhKhử trùng bằng chlorinePhá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh. Chlorine là loại hóa chất được sử dụng rộng rãi nhấtKhử chlorineTách lượng clo dư còn lại sau quá trình clo hóaKhử trùng bằng ClO2Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnhKhử trùng bằng BrCl2Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnhKhử trùng bằng OzonePhá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnhKhử trùng bằng tia UVPhá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Để thực hiệ được quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chát phân tán nhỏ trong nước cấn di chuyển vào trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạn chính như sau: Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật. Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào. Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới. Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng. 1.2.3.1. Phương pháp kỵ khí Các hệ thống kỵ khí ứng dụng khẳ năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy. Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau đây:  Chất hữu cơ  vi sinh vật  CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào mới Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas như sau:  Methane (CH4) Carbon dioxide (CO2) Nitrogen (N2) Hydrogen (H2) GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường  55 ¸ 65% 35 ¸ 45% 0 ¸ 3% 0 ¸ 1%  Trang 8  Trường CĐ LT – TP   Đồ Án Chuyên Môn Hydrogen Sulphide (H2S) 0 ¸ 1% 3 4.500 ÷ 6.000 kcal/m3, tùy thuộc vào phần trăm của methane hiện diện trong Biogas. Quá trình phân hủy kỵ khí được chia thành 4 giai đoạn chính như sau: Phân hủy, cắt mạch các hợp chất hữu cơ cao phân tử. Axít hóa. Acetate hóa. Methane hóa. Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, cacbohydrates, celluloes, lignin,…trong giai đoạn thủy phân sẽ được cắt mạch để trở thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ phân hủy protein thành amino acids, cacbohydrates thành đường đơn, và chất béo thành những acid béo. Trong giai đoạn axit hóa các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tụ chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch cacdohydrat. Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methilamines và CO các phương trình phản ứng xảy ra như sau: 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 4HCOOH CH3COOH 4CH3OH 4(CH3)3N + H2O CH4 + 3CO2 + 2H2O CH4 + CO2 3CH4 + CO2 + 2H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 Theo trạng thái của bùn có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sing trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kị khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – USBF). Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vậ sinh trưởng dạng bám dính như quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process). GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 9 Methane có nhiệt trị cao (gần 9.000 kcal/m ). Do đó, nhiệt trị của Biogas khoảng  Trường CĐ LT – TP   Đồ Án Chuyên Môn  4%  24 %  H2  28 %  Phức chất hữu cơ 76 %  Acid hữu cơ  CH4  20 %  52 %  Acetic acid  72 %  Quá trình thủy phân  Quá trình acetat hóa và khử hydro  Quá trình methane hóa  Hình 1.3. Quá trình phân hủy kỵ khí Ba nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình là nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo acid bao gồm các loài Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus và Escherichia coli, và nhóm vi sinh vật sinh methane gồm các loài dạng hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), dạng hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina). 1.2.3.1.1. Quá trình tiếp xúc kỵ khí Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc kỵ khí (Hình 1.4). Quá trình xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể kín được khuấy trộn hoàn toàn. Sau khi phân hủy, nước được đưa qua bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí. Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật thường khá chậm. GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 10  Trường CĐ LT – TP Nước thải  Tuyển nổi/Lắng  Đồ Án Chuyên Môn Nước sau xử lý  Bùn tuần hoàn Hình 1.4. Sơ đồ thiết bị sử lý sinh học tiếp xúc kỵ khí 1.2.3.1.2. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Đây là một quá trình kị khí được ứng dụng rộng rãi trên thế giới vì hai đặc điểm chính sau: Cả 3 quá trình phân hủy - lắng bùn - tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Bên cạnh đó quá trình xử lý sinh học kỵ khí bằng bể UASB cọn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như: Ít tiêu tốn chi phí vận hành Ít bùn dư nên ít tốn chi phí xử lý bùn … Sơ đồ bể UASB được trình bày trong hình : Nước thải được nạp từ phía đáy bể đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý nước thải xảy ra khi chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với lớp bùn hạt. khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là mathane và CO2) sẽ tạo nên dòng tuàn hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên trên mặt bể. tại đây quá trình tách pha khí – lỏng – rắn xảy ra nhơ bộ phận tách pha. Khí theo ống GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 11  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  dẫn tới bồn hấp thu chứa NaOH 5% - 10%. Bùn sau khi tách bọt khí lại lắng xuống. nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến các bể xử lý tiếp theo. Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì khoảng 0,6 – 0.9 m/h. pH thích hợp cho quá trình phân giải kỵ khí từ 6,6 – 7,6. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/l) để đảm bảo pH của nước thải luôn luôn lớn hơn 6,2 vì ở pH 80%) bị hấp thu bằng phương pháp sinh học, một hàm lượng muối kim loại keo tụ không đáng kể đưa vào hệ thống sẽ không phát sinh nhiều bùn thải. Ví dụ: Khử phospho bằng FeSO4 xảy ra theo hai phản ứng sau: Kết tủa phospho 3FeSO4 + 2PO4-3 Khử kiềm và kết tủa Hydroxide Fe+++ + 3HCO-3 Fe3 (PO4)2 + 3SO4-2 Fe(OH)3 Theo hai phản ứng trên, để loại bỏ 2 mg/l PO4-3, theo lý thuyết sẽ sinh ra 6 mg/l bùn. Tong thực tế 5 mg/l bùn được sinh ra khi khử 1 mg/l PO4-3. Đối với nước thải đầu vào có 240 mg/l BOD và tốc độ sinh trưởng bùn là 0.6 lbs TSS/lb BOD khử, và sử dụng FeSO4 để khử 2 mg/l PO4-3, Tổng lượng bùn sinh ra sẽ chiếm khoảng 7%. Qui trình USBF được thiết lập trên nguyên lý bể lắng dòng chảy lên có lớp bùn lơ lửng (Upflow Sludge Blanket Clarifier). Ngăn này có dạng hình thang, nước thải sau khi được xáo trộn đi từ dưới đáy bể lắng qua hệ thống vách ngăn thiết kế đặc biệt mà ở đó xảy ra quá trình tạo bông thủy lực. Bể lắng hình thang tạo ra tốc độ dâng dòng chảy ổn định trên toàn bề mặt từ đáy đến mặt trên bể lắng, điều này cho phép sự giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng. 2.3.5 Bể lắng thứ cấp Lắng lại lượng bùn còn sót khi ra khỏi bể USBF GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 28  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  2.3.6 Bể tiếp xúc Nước thải tiếp theo được đưa qua bể khử trùng với chất khử trùng là nước chlorin. Quá trình oxy hóa vi sinh gây bệnh xảy ra trong ngăn tiếp xúc chlorin . Chlorin là chất oxy hóa mạnh sẽ oxy hoá màng tế bào vi sinh gây bệnh và giết chết chúng. Thời gian tiếp xúc để loại bỏ vi sinh khoảng 20-40 phút. Bể khử trùng là công trình xử lý cuối cùng trong hệ thống xử lý nước thải. Sau khi qua ngăn khử trùng, nước thải đã đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận. Hình 2.7: Bể tiếp xúc 2.4. Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý của quy trình 2.4.1. Hiệu quả xử lý COD Hiệu quả xử lý COD tính theo dòng vào cao nhất là ở ngăn thiếu khí, trung bình khoảng 60% sau đó là ngăn hiếu khí, khoảng 26% (65% COD tính trực tiếp dòng vào ngăn) và thấp nhất là ở ngăn USBF, khoảng 10% (30% COD tính trực tiếp dòng vào ngăn). Các hợp chất hữu cơ bị loại bỏ trong ngăn thiếu khí là các dạng hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, bị phân huỷ ở ngăn hiếu khí và USBF chủ yếu là các dạng hữu cơ dạng khó phân huỷ sinh học hơn . Vì vậy nhu cầu oxy cho ngăn hiếu khí sẽ giảm hơn do phần lớn GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 29  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  COD được loại bỏ trong ngăn thiếu khí. Điều này chứng tỏ ưu điểm của việc kết hợp các ngăn phản ứng trong cùng một hệ thống. Xét toàn hệ thống, hiệu quả xử lý tối đa có thể đạt được là rất cao khoảng 85% (61,5 - 96,0%). Nồng độ COD dòng ra có thể đạt từ 18,3 – 40,0 mg/L (đạt được tiêu chuẩn loại A, TCVN 5945-1995). 2.4.2. Hiệu quả xử lý SS Hiệu quả xử lý SS cho toàn bộ hệ thống tương đối cao, từ 75,5-95% đạt nồng độ 5,2 mg/L ở dòng ra,có thể đạt chất lượng tiêu chuẩn loại A (TCVN 5945-1995). Tải trọng thích hợp từ 2 – 14 kg SS/m3 ngày-1. Ngoài khoảng này, hiệu quả xử lý giảm. 2.4.3. Hiệu quả xử lý BOD5 Hiệu quả xử lý ở đây rất cao, thấp nhất đạt 80% và có thể đạt 99,2%. Chất lượng cao nhất của dòng ra có thể đạt được là 3 mg/L, đạt tiêu chuẩn loại A (TCVN 5945- 1995). Ngay cả khi ở tải trọng cao tới 4,20 kg BOD5/m3 ngày-1 hiệu quả xử lý vẫn khá cao, ở mức 92,2%. 2.4.4. Hiệu quả quá trình loại bỏ N Nồng độ nitrit và nitrat dòng ra đạt tiêu chuẩn loại A (TCVN 5942 - 1995). Nồng độ nitrit và nitrat dòng ra đạt được rất thấp chứng tỏ quá trình nitrat hóa và khử nitrat diễn ra rất triệt để. Xét hiệu quả xử lý của quá trình loại bỏ N: Chất lượng dòng ra tối đa có thể đạt được tiêu chuẩn loại A (TCVN 5945-1995), hiệu quả xử lý có thể đạt tối đa 94,3%. Tuy nhiên, hiệu quả này còn tùy thuộc vào thời gian lưu nước, tải trọng và tuổi của bùn. 2.4.5. Hiệu quả quá trình loại bỏ P Hiệu quả này tương đối cao, tối đa đạt 83,17%. Khi hiệu quả xử lý cao nhất, chất lượng dòng ra có thể đạt 3,08 mg/l (đạt tiêu chuẩn nước loại A, TCVN 5945 – 1995). Tải trọng P thích hợp từ 0,03 – 0,09 kg P/m3/ngày với hiệu suất đạt được lớn hơn 75%. Tải trọng này tương đối nhỏ so với các tải trọng theo các chỉ tiêu khác. Điều này là do hàm lương P trong nước thải này tương đối nhỏ. GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 30 Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  2.5. Các sự cố thường gặp trong quá trình vận hành quy trình, nguyên nhân và cách khắc phục Cách hiệu chỉnh các sự cố GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 31Sự cốNguyên nhânHiệu suất loại BOD hoà tan thấp1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá ngắn 2. Thiếu N và P pH quá cao hoặc quá thấp Trong nước thải đầu vào có chứa độc tố Sục khí chưa đủ Khuấy đảo chưa đủ hoặc do hiện tượng ngắn mạchNước thải chứa nhiều chất rắn1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá lâu 2. Quá trình khử nitơ diễn ra ở bể lắng Do sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi (trong điều kiện thời gian cư trú của vi khuẩn ngắn, thiếu N và P, sục khí không đủ) Tỉ lệ hoàn lưu bùn quá thấpMùi1. Sục khí không đủMùi2. Quá trình yếm khí xảy ra ở bể lắng Sự cốCách hiệu chỉnhThời gian cư trú của VKQuá thấpGiảm bớt lượng bùn thải  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  Khống chế các vi sinh vật hình sợi Sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi tạo nên bùn khó lắng cho nên phải khống chế sự phát triển của các vi sinh vật này, bằng cách thêm chlorine vào bùn hoàn lưu, thay đổi DO trong bể, thay đổi điểm nạp để thay đổi F/M. GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 32Xây thêm bể điều lưuQuá caoTăng lượng bùn thảiThiếu dưỡng chất N và PCung cấp thêm dưỡng chất cho nước thải đầu vàopH quá cao hoặc quá thấpXây thêm bể điều lưu Trung hòa nước thải đầu vàoNước thải đầu vào có chứa độc tốXây thêm bể điều lưu Loại bỏ các chất độc trong nước thải đầu vàoSục khí không đủTăng công suất thiết bị sục Phân bố lại các ống phân phối khí trong bểKhuấy đảo không đủ, "mạch ngắn"Tăng mức độ sục khí Gắn thêm các đập phân phối nướcQuá trình khử nitơ ở bể lắngGiảm thời gian giữ bùn trong bể lắng bằng cách tăng tỉ lệ hoàn lưu Gắn thêm gàu múc bùn Tăng lượng bùn thảiQuá trình yếm khí ở bể lắngCác phương pháp tương tự phương pháp áp dụng để tránh quá trình khử nitơ của bể lắng  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  Hình 2.8 Các vi sinh vật hình sợi tiêu biểu (Trái sang phải: Sphaerotilus natans, và 2 loài Thiothrix) 2.6. Ưu điểm của quy trình 2.6.1. Giảm chi phí đầu tư USBF kết hợp tất cả các công đọan xử lý vào một bể làm giảm kích thước các bể và giảm chi phí đầu tư công trình. 2.6.2. Chi phí vận hành và bảo trì thấp Với thiết kế gọn, tối thiểu hóa các động cơ, các thiết bị cơ động, vận hành theo chế độ tự chảy sẽ hạn chế việc giám sát quá trình và hạn chế đến mức tối đa chi phí vận hành và bảo trì. 2.6.3. Hiệu suất xử lý cao Là công nghệ thiết kế nhằm khử chất hữu cơ dạng carbon (BOD, COD) và chất dinh dưỡng (N,P) nên chất lượng nước thải sau khi xử lý luôn đảm bảo tiêu chuẩn thải theo yêu cầu nhất là hàm lượng chất dinh dưỡng mà các công trình xử lý sinh học thông thường khác khó đạt được. Nồng độ BOD5 và TSS sau xử lý nhỏ hơn 10 mg/l và N-NH3 nhỏ hơn 0.5 mg/l. USBF xử lý chất hữu cơ dạng carbon và cả Nitơ và phốt pho. 2.6.4. Lượng bùn thải bỏ ít Hệ thống được thiết kế với tuổi bùn tối thiểu là 25 ngày nên lượng bùn sản sinh ít hơn với hệ thống sinh học hiếu khí thông thường. 2.6.5. Hạn chế mùi Dưới điều kiện phân hũy hiếu khí và nồng độ bùn lớn làm giảm những tác nhân gây mùi. Bể USBF có thể lắp đặt tại những khu vực đông dân cư mà không sợ ảnh hưởng bởi mùi. GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 33  Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  2.6.6. Thay đổi thể tích linh động Bể lắng hình cone trong bể tạo không gian trống để các phản ứng khác xảy ra chung quanh và bản thân bể lắng cũng có thể thay đổi thể tích linh động, tác động lên thể tích của các công đoạn còn lại. Bể USBF cũng có thể chịu được sự quá tải lưu lượng, khi lưu lượng tăng cao, lớp bùn họat tính dâng cao hình thành diện tích lọc lớn hơn nên cũng ít ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu ra. 2.6.7. Thiết kế theo đơn nguyên Do kết hợp nhiều quá trình xử lý trong một công trình nên USBF gần như một công trình thiết kế hoàn chỉnh, mặt khác có kiểu dáng là hình khối chữ nhật nên rất thuận tiện để thiết kế t hành từng đơn nguyên. Việc đơn nguyên hóa công trình giúp việc thiết kế công trình linh động hơn về mặt bằng, công suất hệ thống. Chính vì kiểu dáng đơn giản nên có thể thiết kế công nghệ BF để cải tạo các công trình cũ hay lắp đặt trong những không gian có sẵn. 2.6.8. Tăng cường khả năng làm khô bùn Sự gia tăng tuổi bùn trong hệ thống sẽ cải thiện cấu trúc đặc tính cơ học làm cho quá trình làm khô bùn xảy ra nhanh hơn. 2.6.9. Tiết kiệm mặt bằng sử dụng Công nghệ USBF kết hợp tất cả các quá trình khử nitrat, nitrat hóa, lắng và ổ định bùn trong một công trình làm giảm kích thước chung của công trình dẫn đến tiết kiệm mặt bằng sử dụng. GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 34 Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  PHẦN III: KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi rút ra một số kết luận như sau: Mô hình USBF rất thích hợp cho xử lý nước thải khu du lich non nước. Bùn hoạt tính thích nghi rất nhanh với đặc tính của nước thải và điều kiện vận hành của mô hình. Việc kết hợp 3 ngăn và kết hợp các quá trình xử lý tạo ra ưu điểm lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử lý. Chất lượng nước đầu ra: pH COD BOD5 Chất rắn lơ lửng Chất rắn có thể lắng được Tổng chất rắn hòa tan Sunfua (theo H2S) Nitrat (NO3) Dầu mỡ (thực phẩm) Phosphat (PO43-) : : : : : : : : : : 6,5 – 8 18,3 – 40,0 mg/L < 10 mg/l < 20mg/l < 0.5mg/l < 500mg/l < 1mg/l < 30mg/l < 20mg/l < 6mg/l Đạt tiêu chuẩn nước loại A (TCVN 5945 – 1995). Với những ưu điểm trên, chúng tôi đề nghị chính quyền địa phương nhanh chóng xây dựng hệ thống xử lý nước thải theo quy trình công nghệ đã nghiên cứu, để khắc phục tình trạng ô nhiễm nguồn nước đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng tại khu du lich Non Nước, đem lại nguồn nước sạch cho nhân dân trong vùng và làm tăng thêm vẻ đẹp của Non Nước trong mắt du khách và bạn bè thế giới. TÀI LIỆU THAM KHẢO [5] TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 9, SỐ 7 -2006 trang 66 [6] Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn, trang 1 – 2 [1] : Nuoc/20468362/197/ [2] www.gree-vn.com [3] u/xlnt/indexwater.htm GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 35 Trường CĐ LT – TP  Đồ Án Chuyên Môn  [4] u/xlnt/indexwater.htm GVHD : Phạm Thị Thanh Mai SVTH : Nguyễn Xuân Trường Trang 36