Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Xử lý nước cấp

4,392 views

Published on

Xử lý nước cấp

Published in: Automotive
  • Be the first to comment

Xử lý nước cấp

  1. 1. BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CĐXD SỐ 2 KHOA CẤP THOÁT NƯỚC VƯƠNG ĐỨC HẢI XỬ LÝ NƯỚC THẢI Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3/2013
  2. 2. 1 MỤC LỤC TRANG Mục lục ..............................................................................................................................1 Danh sách các chữ viết tắt ...............................................................................................4 Danh sách các hình...........................................................................................................6 Danh sách các bảng ..........................................................................................................7 LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................8 1. MỤC ĐÍCH CỦA GIÁO TRÌNH....................................................8 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ.................................9 1.1 Nguồn phát sinh nước thải ................................................................9 1.2 Thành phần nước thải đô thị .............................................................9 1.3 Tính chất nước thải ..........................................................................11 1.4 Các chỉ tiêu cơ bản về nước thải ....................................................11 1.4.1 Các chỉ tiêu lý học ...........................................................................11 1.4.2 Các chỉ tiêu hóa học và sinh học...................................................13 1.5 Ô nhiễm nguồn nước và bảo vệ nguồn nước................................15 1.6 Điều kiện xả nước thải vào nguồn tiếp nhận................................17 1.6.1 Xả nước thải vào nguồn tiếp nhận: ...............................................17 1.6.2 Xử lý nước thải theo luật môi trường:...........................................18 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI............................................22 2.1 Các phương pháp xử lý ...................................................................22 2.1.1 Xử lý cơ học......................................................................................22 2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý ...............23 2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hóa...............................24 2.2 Sơ đồ trạm xử lý nước thải .............................................................25 2.2.1 Nguyên tắc chọn các sơ đồ công nghệ của trạm xử lý ................25 2.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải...............................26 CHƯƠNG 3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC ..29 3.1 Song chắng rác .................................................................................29 3.1.1 Khái niệm: ........................................................................................29 3.1.2 Cấu tạo:.............................................................................................29 3.1.3 Vị trí: .................................................................................................30
  3. 3. 2 3.1.4 Tính toán thiết kế:............................................................................30 3.2 Bể lắng cát ........................................................................................32 3.2.1 Cơ sở thiết kế: ..................................................................................32 3.2.2 Bể lắng cát ngang:...........................................................................32 3.2.3 Bể lắng cát thổi khí: ........................................................................34 3.2.4 Bể lắng cát đứng ..............................................................................35 3.2.5 Bể lắng cát kiểu tiếp tuyến..............................................................36 3.3 Bể lắng...............................................................................................36 3.3.1 Lý thuyết lắng:..................................................................................36 3.3.2 Bể lắng ngang:.................................................................................38 3.3.3 Bể lắng đứng:...................................................................................39 3.3.4 Bể lắng đứng:.................................Error! Bookmark not defined. 3.3.5 Bể lắng ly tâm: ...............................Error! Bookmark not defined. 3.3.6 Bể đông tụ sinh học:......................Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 4 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC41 4.1 Nguyên lý chung ..............................................................................41 4.1.1 Phân loại phương pháp sinh học dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật.......................................................................................................41 4.1.2 Quá trình động học..........................................................................41 4.2 Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng enzim.........43 4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau lên tốc độ oxy hóa sinh hóa45 4.3.1 Ảnh hưởng của khuấy trộn..............................................................46 4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ..................................................................46 4.3.3 Ảnh hưởng của kim loại nặng ........................................................46 4.3.4 Hấp thụ và nhu cầu oxy...................................................................46 4.3.5 Các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng.........................................48 4.4 Cấu trúc của các chất ô nhiễm và bùn hoạt tính ..........................48 4.4.1 Quá trình oxy hóa sinh hóa và cấu trúc của một số hợp chất hữu cơ trong nước thải công nghiệp..........................................................48 4.4.2 Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia vào xử lý nước thải ...........................................................................................49 CHƯƠNG 5 CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ 51 5.1 Xử lý nước thải trong các công trính nhân tạo.............................51 5.1.1 Xử lý trong bể aeroten.....................................................................51 5.1.2 Lọc sinh học......................................................................................59
  4. 4. 3 5.2 Làm sạch nước thải trong điều kiện tự nhiên ...............................61 5.2.1 Hồ sinh học.......................................................................................61 5.2.2 Hồ xử lý cấp III ................................................................................63 CHƯƠNG 6 CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN THIẾU KHÍ 65 6.1.1 Hồ yếm khí........................................................................................67 6.2 Các công trình xử lý kỵ khí trong điều kiện nhân tạo .................68 6.2.1 Bể UASB: ..........................................................................................68 6.2.2 Dhegwfdhwegdwe............................................................................68 6.3 Xử lý hỗn hợp nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp ...69 CHƯƠNG 7 XỬ LÝ BÙN CẶN NƯỚC THẢI...............................................70 7.1 Các phương pháp xử lý bùn cặn: ...................................................70 7.2 Các công trình xử lý bùn cặn: ........................................................70 7.2.1 Bể lắng hai vỏ: .................................................................................70 7.2.2 Bể mêtan:..........................................................................................70 7.2.3 Các công trình cô đặc cặn và ổn định cặn:..................................70 CHƯƠNG 8 KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI.......................................................71 8.1 Ferfherjfnrefer..................................................................................71 Tài liệu tham khảo ..........................................................................................................72 Phụ lục .............................................................................................................................73
  5. 5. 4 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng việt ADP Adenozin Diphốtphát ATP Adenozin Triphốtphát BHT Bùn hoạt tính BLC Bể lắng cát BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DEWATS Decentralised WasteWater Hệ thống xử lý nước thải phân tán DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan EPA Environment Protection Agency Cục bảo vệ môi trường mỹ FB Fludized Bed Bể phản ứng tầng sôi HRT Hydraulic Retantion Time Thời gian lưu nước HLR Hydraulic Load Rate Tải trọng thủy lực HTTN Hệ thống thoát nước KCN Khu công nghiệp KCX Khu chế xuất MPN Most Probability Number Số xuất hiện nhiều nhất NTSH Nước thải sinh hoạt OLR Organic Load Rate Tải trọng chất hữu cơ SBR Seuquencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động gián đoạn PP Phương pháp SPB Sân phơi bùn SS Suspended Solids SRT Sludge Retention Time Thời gian lưu bùn TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TDS Total Disolved Solids Tổng chất rắn hòa tan XLNT Xử lý nước thải UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hướng lên XLNT Xử lý nước thải
  6. 6. 5 VLL Vật liệu lọc VSS Volatile Suspended Solid Chất lơ lửng dễ bay hơi WPCF Water Pollution Control Federation Hiệp hội kiểm soát ô nhiễm nước
  7. 7. 6 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Bản đồ vị trí địa lý quận 9, Tp.HCM ..... Error! Bookmark not defined.
  8. 8. 7 DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1. Các chỉ tiêu về dân số trên địa bàn Quận từ năm 2006-2010.........Error! Bookmark not defined. Bảng 1.2. Lao động trong độ tuổi qua các năm 2006-2010..Error! Bookmark not defined.
  9. 9. 8 LỜI NÓI ĐẦU 1. MỤC ĐÍCH CỦA GIÁO TRÌNH
  10. 10. 9 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1.1 Nguồn phát sinh nước thải Nước thải sinh hoạt là loại nước sau khi sử dụng xả ra từ nhà bếp, nhà vệ sinh,nhà tắm giặt,nhà ăn từ nhà ở, nhà chung cư, khách sạn, bệnh viện...và xí nghiệp công nghiệp. Nước thải đô thị bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, trường học, và các mục đích khác là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ. Như vậy, nước thải đô thị được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người trong các đô thị. Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp. Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là từ 100 đến 250 l/người/ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 đến 500 l/người/ngày (đối với các nước phát triển). Tiêu chuẩn cấp nước các đô thị nước ta hiện nay dao động từ 120 đến 180 l/người/ngày. Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt từ 50 đến 120 l/người/ngày. Tiêu chuẩn nước thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước. Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 80 đến 100% tiêu chuẩn cấp nước cho mục đích nào đó. Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của nhân dân. 1.2 Thành phần nước thải đô thị Theo bản chất ô nhiễm thì nước thải sinh hoạt bao gồm các chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật..: Các chất vô cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm độ 42 % gồm: cát, các hạt đất sét, xỉ..,các muối khoáng, axít vô cơ, kiềm vô cơ..Các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm đến 58 % gồm các chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật,lá cây ,rau hoa quả, giấy...và nguyên tố hóa học chính của dạng ô nhiễm này là Cácbon; các chất hữu cơ động vật: các chất bài tiết của người và động vật, xác động vật... và nguyên tố hóa học chủ yếu của dạng này là Nitơ. Vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt gồm các
  11. 11. 10 loại nấm,rong tảo nhỏ và vi trùng trong đó có cả các vi trùng lây bịnh: thương hàn, kiết lị.. Thành phần hóa học của chúng thuộc nhóm ô nhiễm hữu cơ. Thành phần vật lý: biểu thị dạng các chất bẩn có trong nước thải ở các kích thước khác nhau, được chia thành 3 nhóm:  Nhóm 1: gồm những chất không tan chứa trong nước thải ở dạng thô (vải, giấy, cành lá cây, sạn, sỏi,cát, da, lông … ); ở dạng lơ lững ( > 10-1 mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương, bọt ( = 10-1 ÷ 10-4 mm).  Nhóm 2: gồm các chất bẩn dạng keo ( = 10-4 ÷ 10-6 mm).  Nhóm 3: gồm các chất bẩn dạng hoà tan ( < 10-6 mm), tồn tại ở dạng ion hoặc phân tử. Thành phần hóa học: biểu thị dạng các chất bẩn nước thải có các tính chất hoá học khác nhau, được chia thành 3 nhóm:  Thành phần vô cơ: cát, sét, xỉ, axít vô cơ, các ion của các muối phân ly… (chiếm khoảng 42% đối với nước thải sinh hoạt).  Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bã bài tiết... (chiếm khoảng 58%) - Các hợp chất chứa nitơ: urê, protein, axít amin, amin, ... - Các hợp chất nhóm hydratcacbon: mỡ, xà phòng, xenlulo … - Các hợp chất chứa Phospho, lưu huỳnh. Thành phần sinh học: nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn, ... * Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt: Hòa tan Hữu cơ  20% Vô cơ  30% Keo Hữu cơ  8% Vô cơ  2%
  12. 12. 11 Huyền phù Hữu cơ  15% Vô cơ  5% Tạp chất thô và chất lơ lửng lắng được Hữu cơ  15% Vô cơ  5% 1.3 Tính chất nước thải Tính chất vật lý:  Khả năng lắng đọng hay nổi lên của chất bẩn.  Khả năng tạo mùi và các ảnh hưởng của mùi.  Khả năng tạo màu và các ảnh hưởng của màu.  Khả năng biến đổi nhiệt độ của nước thải.  Khả năng giữ ẩm của bùn cặn. Tính chất hóa học:  Khả năng phản ứng của các chất bẩn sẵn có trong nước thải.  Khả năng phản ứng của các chất bẩn sẵn có trong nước thải và các hóa chất thêm vào.  Khả năng phân hủy hóa học nhờ các lực cơ học và vật lý. Tính chất sinh học: khả năng phân hủy sinh học các chất bẩn trong điều kiện hiếu khí và kị khí, tự nhiên và nhân tạo. 1.4 Các chỉ tiêu cơ bản về nước thải 1.4.1 Các chỉ tiêu lý học 1. Chất rắn tổng cộng Chất rắng bao gồm các chất lơ lửng hoặc các chất hoà tan trong nước và nước thải. Chất rắn được chia thành các phần khác nhau, nồng độ của chúng cho biết chất
  13. 13. 12 lượng nước thải và là tham số quan trọng để kiểm soát các quá trình xử lý. Thành phần chất rắn trong nước thải bao gồm : Tổng chất rắn (TS) bao gồm : tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và tổng chất rắn bay hoà tan (TDS). Mỗi một phần của chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan có thể chia thành phần bay hơi và phần cố định.  Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) là phần cặn không có khả năng lọc. Tiêu chuẩn TSS đối với nước thải sau khi xử lý sơ cấp và thứ cấp thường bằng 30 và 12 mg/l. TSS thường được xác định bằng cách lọc mẫu đã được trộn đều qua giấy lọc có kích thước lỗ bằng 0,2m. Cặn giữ lại trên giấy lọc được nung trong lò nung với thời gian ít nhất là 1 giờ ở nhiệt độ từ 103oC đến 105oC cho đến khi khối lượng không đổi.  Tổng chất rắn hoà tan (TDS) được gọi là cặn không có khả năng lọc. Tổng chất rắn hoà tan có trong nước thải thô thường là 250 – 850 mg/l. 2. Mùi Việc xác định mùi của nước thải rất khó khăn. Mùi của nước thải còn mới thường không gây ra cảm giác khó chịu, nhưng một loạt các hợp chất gây mùi khó chịu sẽ được toả ra khi nước thải bị phân huỷ sinh học dưới các điều kiện yếm khí. Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S. Ngoài ra còn có các chất khác như indol, skatot, cadaverin...Nước thải công nghiệp có thể có các mùi đặc trưng của từng loại hình sản xuất 3. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước thải thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào mùa trong năm. Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ lắng, mức độ oxy hoà tan và hoạt động của vi sinh vật. Nhiệt độ của vi sinh vật là một yếu tố hết sức quan trọng đối với một số bộ phận của nhà máy xử lý nước thải như bể lắng, bể lọc. 4. Độ màu (Pt-Co) Màu của nước thải là do chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do các sản phẩm được tạo ra từ các quá trình phân huỷ các chất hữu cơ
  14. 14. 13 Độ màu là thông số mang tính định tính, có thể được sử dụng đánh giá trạng thái chung của nước thải. Nước thải sinh hoạt để chưa quá 6 giờ thường có màu nâu nhạt. Màu xám nhạt đến trung bình là đặc trưng của nước thải bị phân huỷ một phần. Nếu nước thải có màu xám sẫm hoặc đen coi như nước thải bị phân huỷ hoàn toàn bởi các vi khuẩn trong điều kiện yếm khí (không có oxy). 5. Độ đục Độ đục của nước thải là do các chất lơ lửng và các chất dạng keo chứa trong nước thải tạo nên. Đơn vị đo độ đục là NTU. Giữa độ đục và hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải thô chưa có mối quan hệ đáng kể nào, tuy nhiên sau bể lắng đợt 2 mối quan hệ này được thể hiện rõ ràng qua công thức : Chất lơ lửng SS (mg/l) = (2,3 – 2,4) x Độ đục (NTU) 1.4.2 Các chỉ tiêu hóa học và sinh học 1. pH Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hòa pH = 7 hay tính axít pH < 7 hoặc tính kiềm pH > 7. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học rấl nhạy cảm với sự dao động của trị số pH. Quá trình xử lý hiếu khí yêu cầu giá trị pH trong khoảng 6,5 ÷ 8,5, khoảng giá trị tốt nhất là pH = 6,8 ÷ 7,4. 2. Nhu cầu oxy hóa học (COD) Nhu cầu oxy hoá học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong nước. Đo COD thuận tiện cho việc kiểm soát quá trình xử lý nước thải vì thời gian xác định nhanh hơn BOD5. Giá trị COD thường cao hơn BOD5. Tỷ lệ điển hình giữa COD và BOD5 trong nước thải thô thường là 0,5:1 và có thể giảm xuống 0,1:1 đối với nước thải sau khi xử lý bậc hai. Vùng COD tiêu chuẩn đối với nước thải thô từ 200 - 600 mg/l.
  15. 15. 14 3. Nhu cầu oxy sinh học (BOD) Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn sử dụng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí. BOD5 một trong chỉ tiêu quan trọng nhất để kiểm soát ô nhiễm nguồn nước thải sinh hoạt và công nghiệp, đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước. BOD càng lớn chứng tỏ mức độ ô nhiễm càng nặng. Công thức liên hệ giữa BOD20 và BOD5 : BOD20 = BOD5 / 0,684 4. Nitơ Nitơ là chất dinh dưỡng quan trọng trong quá trình phát triển của vi sinh trong các công trình xử lý sinh học. Nước thải sinh hoạt luôn có một số hợp chất chứa nitơ :  Nhóm các hợp chất chứa nitơ là protein và các sản phẩm phân hủy của nó như amino axít là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn.  Nhóm các hợp chất hữu cơ chứa nitơ có trong nước thải bắt nguồn từ phân và nước tiểu (urê) của người và động vật. Hai dạng hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong nước thải là nitrit và nitrat . NH4 +  NO2 -  NO3 - Bởi vì amoni tiêu thụ oxy trong quá trình nitrat hóa và các vi sinh vật, 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, rêu, tảo làm bẩn nguồn nước 5. Oxy hòa tan (DO) Độ hòa tan của oxy là yếu tố quyết định quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước trong điều kiện hiếu khí hay yếm khí do các vi sinh vật thực hiện. 6. Chất hoạt động bề mặt
  16. 16. 15 Chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần kỵ nước và ưa nước tạo nên sự hoà tan của các chất đó trong dầu và nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong công nghiệp. Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt trong nước thải ảnh hưởng đến tất cả các giai đoạn xử lý. Các chất này làm xấu đi quá trình lắng của các hạt lơ lửng, tạo nên nhiều bọt trong các công trình xử lý, kiềm hãm các quá trình xử lý sinh học. 7. Kim loại nặng Kim loại nặng trong nước thải có ảnh hưởng đáng kể đến các quá trình xử lý nhất là xử lý sinh học. Các kim loại nặng độc hại gồm : Ni, Cu, Pb, Co, Cr, Hg... Ngoải ra các có các kim loại độc hại khác như xianua, Sb, Bo...Kim loại nặng có trong nước thải công nghiệp ở các ngành như chế tạo máy, điện tử và một số ngành da dụng. Trong nước thải chúng thường tồn tại dưới dạng ion và trong các liên kết với các chất hữu cơ và vô cơ. 1.5 Ô nhiễm nguồn nước và bảo vệ nguồn nước Các chất bẩn trong nước thải là tác nhân tác động trực tiếp đối với môi trường và sức khoẻ con người. Đó là chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân huỷ sinh học, vi khuẩn gây bệnh, hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, chất dinh dưỡng (N,P), kim loại nặng và các chất vô cơ hoà tan. Bảng 1.1 đưa ra sự tác động điển hình của các chất ô nhiễm trong nước thải đối với môi trường và con người. Bảng 1.1 : Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường Chất ô nhiễm Nguồn gốc Tác động môi trường Chất rắn lơ lửng (SS) Nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, xói mòn bởi dòng chảy Gây ra sự lắng đọng bùn và điều kiện kỵ khí trong môi trường nước Hợp chất hữu cơ phân huỷ sinh học Nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp Gây ra phân huỷ sinh học dẫn đến sử dụng quá lượng oxy mà nguồn nước có thể tiếp nhận dẫn đến các
  17. 17. 16 điều kiện không thích hợp. Vi khuẩn gây bệnh Nước thải sinh hoạt Truyển bệnh cho cộng đồng Chất dinh dưỡng Nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp Có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng Các chất hữu cơ khó phân huỷ Nước thải công nghiệp Có thễ gây ra mùi và vọ, có thể là chất độc hoặc chất gây ung thư Kim loại nặng Nước thải công nghiệp, nước hầm mỏ... Độc Các chất vô cơ hoà tan Nước sử dụng cho sinh hoạt và công nghiệp Ảnh hưởng đến việc sử dụng lại nguồn nước Chất rắn trong nước thải có thể lắng đọng thành cặn, làm tắc hệ thống ống thoát nước, lấp đầy kênh rạch và sông ngòi. Dầu mỡ tạo thành bọt trôi nổi gây mất thẩm mỹ của nguồn nước tự nhiên. Chất dinh dưỡng N và P gây ra sự phú dưỡng trong nước. Các hồ và nước sông có dòng chảy chậm sẽ ảnh hướng nhiều hơn so với nước chảy tốc độ nhanh hơn. Trong các hồ và sông có dòng chảy chậm, tảo được nuôi dưỡng bằng các chất dinh dưỡng, khi chúng bị phân huỷ sẽ lắng xuống mặt đáy như trầm tích. Sau đó chất dinh dưỡng được giải phóng khỏi trầm tích trở lại pha nước. Trong giai đoạn đầu, sự sống dưới nước phú dưỡng khá phong phú, tảo phát triển rất mạnh, một lượng lớn tảo bắt đầu chết để cho một chu kỳ sản sinh mới. Sự phân huỷ tảo chết làm BOD của nước tăng lên, dẫn đến nước bị suy giảm oxy. Một số loại tảo tiết ra chất độc có thể làm nguy hại đến các loài chim ăn cá và làm gây bỏng da khi tiếp xúc với nước. Nước bị phú dưỡng sẽ nâng giá thành xử lý, đặc biệt trong xử lý nước thải cho mục đích sinh hoạt. Kim loại nặng và các chất độc hại khác được sử dụng trong nhà là nguồn ô nhiễm cho nguồn nước. Kim loại nặng bao gồm Cu, Zn, Cd, Ni, Cr và Pb có nguồn gốc từ vật liệu chế tạo đường ống cung cấp nước, các chất tẩy rửa, các loại vật liệu để lợp
  18. 18. 17 mái nhà, hệ thống thoát nước... Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước thải đủ cao, chúng sẽ đầu độc vi khuẩn, thực vật, động vật và con người. Để ngăn cản sự huỷ hoại môi trường, nước thải cần được xử lý. Xử lý nước thải là loại bỏ chất rắn và BOD của nước thải. Trên cơ sở đó, cần phải đưa ra mức độ xử lý nước thải để đạt được nồng độ giới hạn của chất bẩn trước khi thải ra môi trường. Mức độ xử lý nước thải sẽ phụ thuộc vào các tiêu chuẩn cho phép của từng quốc gia. Biện pháp được coi là có hiệu quả nhất để bảo vệ nước mặt là :  Hạn chế số lượng nước thải xả vào nguồn nước  Giảm thiểu nồng độ ô nhiễm trong nước thải theo qui chuẩn bằng cách áp dụng các công nghệ xử lý phù hợp đủ tiêu chuẩn xả ra nguồn tiếp nhận. 1.6 Điều kiện xả nước thải vào nguồn tiếp nhận Xử lý và xả nước thải ra nguồn tiếp nhận phải thỏa mãn 2 yêu cầu:  Giảm tối thiểu ảnh hưởng độc hại của nước thải đến sức khỏe cộng động.  Loại bỏ hoàn toàn hoặc giảm tối đa tác động xấu của nước thải đến chất lượng nước trong nguồn tiếp nhận và chất lượng của môi trường tự nhiên. 1.6.1 Xả nước thải vào nguồn tiếp nhận: Xả nước thải vào nguồn tiếp nhận phải thỏa mãn:  Không có vi trùng (virut) gây bệnh.  Không bị độc hại do tác động của các kim loại nặng và các chất hữu cơ khó phân hủy như thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu. 1. Xả nước thải vào cánh đồng tưới: Dẫn nước thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng ống phân phối phun nước thải lên trên mặt đất để tạo độ ẩm và cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho cây cỏ sinh trưởng. Phương pháp này được dùng ở những nơi có khối lượng nước thải nhỏ, vùng đất khô cằn xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm. Ở cánh đồng tưới không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn, virut gây bệnh và kim loại
  19. 19. 18 nặng trong nước thải chưa được loại bỏ sẽ gây tác hại cho sức khỏe người sử dụng thực phẩm này. 2. Xả nước thải vào các hố đào và giếng thấm: Phương pháp này còn gọi là quá trình làm sạch bằng thấm lọc tự nhiên, được sử dụng khi:  Lưu lượng nước thải nhỏ, đất có hệ số thấm thích hợp và có cấu trúc dạng hạt, đủ độ rỗng để vi sinh yếm khí dính bám vào hạt của tầng đất. Trọng phạm vi cách ly (khoảng cách để quá trình làm sạch yếm khí xảy ra hoàn toàn) không được đào giếng lấy nước sinh hoạt.  Nước thải không có kim loại nặng, đã lắng cặn và không có thuốc tẩy, thuốc trừ sâu. 3. Xả nước thải vào sông, suối, hồ, ao: Phương pháp nhằm pha loãng nước thải và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên. Khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận sẽ gây nhiễm bẩn với mức độ phụ thuộc vào: lưu lượng và chất lợng nước thải, khối lượng và chất lượng nước có sẵn trong nguồn, mức độ khuấy trộn để pha loãng. Ôxy hòa tan có trong nước ở nguồn tiếp nhận cung cấp cho quá trình làm sạch hiếu khí các chất hữu cơ. Tuy vậy các chất nổi hoặc lơ lửng, vi trùng gây bệnh, kim loại nặng nếu không loại bỏ trước sẽ gây ô nhiễm môi trường. Vì thế phải làm sạch nước thải trớc khi xả vào nguồn tiếp nhận. 1.6.2 Xử lý nước thải theo luật môi trường: Cơ quan quản lý môi trường sẽ căn cứ vào khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận, nó là hàm số của: khối lượng nước, chế độ dòng chảy, hiệu quả khuấy trộn, thời gian lưu giữ của nước thải trong hỗn hợp, nhiệt độ nước, chất lượng nước thải và vai trò của nguồn tiếp nhận trong hệ sinh thái để quyết định mức độ xử lý nước thải trước khi được xả vào nguồn tiếp nhận. Mức độ cần thiết xử lý nước thải phụ thuộc vào:
  20. 20. 19  Nồng độ bẩn của nước thải.  Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận.  Yêu cầu về mặt vệ sinh môi trường. Nguồn nước như là một công trình làm sạch sinh học trong điều kiện tự nhiên nên chỉ có thể xử lý được một khối lượng chất nhiễm bẫn nhất định. Những định mức chứa nước thải của nguồn theo Luật bảo vệ nguồn nước: Hồ chứa nước Chất nhiễm bẩn Loại 1 Loại 2 Loại 3 1. Chất lơ lửng Sau khi xả nước thải vào và xáo trộn kỹ, nồng độ chất lơ lửng của nước hỗn hợp cho phép tăng lên so với nước nguồn không quá : 0,25 mg/l 0,75 mg/l 1,5 mg/l 2. Mùi và vị Sau khi xả nước thải vào và xáo trộn kỹ, thì hỗn hợp nước thải và nước nguồn không có mùi và vị. 3.Oxy hòa tan Oxy hòa tan trong nước hỗn hợp xáo trộn kỹ không ít hơn 4 mg/l 4.BOD20 Sau khi xả nước thải vào và xáo trộn kỹ, nhu cầu ôxy cho quá trình sinh hóa hoàn toàn của nước hỗn hợp không vượt quá: 3 mg/l 6 mg/l Không quy định 5. Phản ứng Nước thải xả vào nguồn không được làm thay đổi phản ứng: 5,5  pH  8,5 6.Màu sắc Hỗn hợp nước thải và nước nguồn sau khi xáo trộn kỹ phải không có màu khi nhìn qua cột nước cao: 20 cm 10 cm 5 cm
  21. 21. 20 7.Vi trùng gây bệnh Cấm xả vào nguồn nước những loại nước thải chứa vi trùng gây bệnh. 8.Những chất độc hại Nước thải xả vào nguồn nước không mang tính độc hại. * Quy chế bảo vệ môi trường phân biệt ba loại nguồn nước:  Nguồn loại 1: nguồn dùng để cung cấp nước cho đô thị và các xí nghiệp chế biến thực phẩm.  Nguồn loại 2: nguồn dùng để cung cấp nước cho công nghiệp, dùng để chăn nuôi cá, nghỉ ngơi tắm giặt.  Nguồn loại 3: nguồn mang tính chất trang trí kiến trúc, chăn nuôi thủy sản, tưới tiêu… QCVN 14 – 2008 – NƯỚC THẢI SINH HOẠT GIÁ TRỊ GIỚI HẠN THÔNG SỐ VÀ NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM TT Thông số Đơn vị Giá trị C A B 1. pH — 5 - 9 5 - 9 2. BOD5 (20 0C) mg/l 30 50 3. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 4. Tổng chất rắn hòa tan mg/l 500 1000 5. Sunfua (tính theo H2S) mg/l 1.0 4.0 6. Amoni (tính theo N) mg/l 5 10 7. Nitrat (NO3")(tính theo N) mg/l 30 50 8. Dầu mỡ động, thực vật mg/l 10 20 9. Tổng các chất hoạt động bề mặt mg/l 5 10
  22. 22. 21 10. Phosphat (PO4 3-) (tính theo P) mg/l 6 10 11. Tổng Coliforms MPN/ 100ml 3.000 5.000 Trong đó: Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột A1 và A2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt). Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột B1 và B2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt hoặc vùng nước biển ven bờ).
  23. 23. 22 Chương 2 KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Các phương pháp xử lý Để xử lý nước thải, trong thực tế thường ứng dụng ba phương pháp sau đây: cơ học, hóa lý, sinh hóa (hoặc sinh học), còn để loại trừ các vi khuẩn gây bệnh trong nước thải cần thực hiện giai đoạn khử trùng trước khi xả ra sông hồ. 2.1.1 Xử lý cơ học Thực chất của phương háp xử lý cơ học nước thải là loại tạp chất không hòa tan ra khỏi nước thải bằng cách gạn lọc, lắng và lọc. Trong phương pháp này thường ứng dụng các công trình sau đây: Song chắc rác Để loại các loại rác và các tạp chất có kích thước lớn hơn 5mm thường ứng dụng song chắn rác, còn các tạp chất nhỏ hơn 5mm thường ứng dụng lưới chắn. Bể lắng cát Bể lắng được ứng dụng để loại các tạp chất vô cơ và chủ yếu là cát trong nước thải Bể vớt mỡ, dầu, dầu mỏ Các loại công trình này thường được ứng dụng khi xử lý nước thải công nghiệp, nhằm để loại các tạp chất nhẹ hơn nước: mỡ, dầu mỏ,… và tất cả các dạng chất nổi khác. Đối với nước thải sinh hoạt, khi hàm lượng mỡ không cao. Thường việc vớt mỡ không thực hiện ở bể vớt mỡ mà thực hiện ngay bể lắng nhờ các thanh gạt bố trí ngay trong bể lắng. Bể lắng Bể lắng được ứng dụng để loại các tạp chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nước. các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy bể, còn chất lơ lửng có tỷ trọng nhẹ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước.
  24. 24. 23 Bể lắng được chia làm ba loại:  Bể lắng ngang trên mặt bằng có dạng hình chữ nhật. Quá trình lắng được thực hiện theo phương pháp chuyển động ngang của nước thải với vận tốc tính toán tương ứng.  Bể lắng đứng trên mặt bằng thường có dạng hình tròn hoặc hình vuông. Quá trình lắng được thực hiện theo phương thẳng đứng ngược chiều với chiều chuyển động của nước thải.  Bể lắng ly tâm trên mặt bằng thường có dạng hình tròn, quá trình lắng chất lơ lửng xảy ra tương tự như ở bể lắng ngnag, nhưng khác ở chỗ nước thải chuyển động từ tâm ra xung quanh. Bể lọc Bể lọc được ứng dụng để loại các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bé bằng cách lọc chúng qua lưới lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc. Công trình này chỉ ứng dụng để xử lý một vài loại nước thải công nghiệp. Trường hợp khi mức độ cần thiết làm sạch nước thải không cao lắm (40 – 60%) và các điều kiện vệ sinh cho phép thì phương pháp xử lý cơ học giữ vai trò chính trong trạm xử lý. Trong những trường hợp khác, phương pháp xử lý cơ học chỉ là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi xử lý sinh hóa (sinh học) Phương pháp xử lý cơ học có thể loại được đến 60% các tạp chất không hòa tan trong nước thải sinh hoạt và có thể làm giảm NOS đến 20%. Để tăng hiệu suất làm việc của phương pháp xử lý cơ học, có thể ứng dụng nhiều biện pháp tăng cường quá trình lắng trong các công trình tương ứng: bể làm thoáng có bùn hoạt tính dư, bể làm thoáng không có bùn hoạt tính dư (hiệu suất lắng có thể đạt 60 – 65%) hoặc bể đông tụ sinh vật (hiệu suất lắng đạt đến 75% và hàm lượng NOS giảm đến 40 – 45%). 2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý Thực chất của phương pháp hóa học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó. Chất này tác dụng với các tạp chất bẩn chứa trong nước thải và có khả năng loại
  25. 25. 24 chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dưới dạng hòa tan không độc hại. Ví dụ: phương pháp trung hòa nước thải chứa axit và kiềm, phương pháp ôxy hóa,… Các phương pháp hóa lý thường ứng dụng để xử lý nước thải là: phương pháp keo tụ, hấp phụ, trích ly, cô bay hơi, tuyển nổi,… (thực chất của các quá tròn hóa lý nói trên xem kỹ giáo trình “Cơ sở hóa học của các quá trình xử lý nước thiên nhiên và nước thải” phần thứ ba). Phương pháp hóa học và háo lý học được ứng dụng chủ yếu để xử lý mà phương pháp xử lý hóa học hay hóa lý là giai đoạn cuối cùng (nếu như mức độ xử lý đạt yêu cầu có thể xả nước ra nguồn) hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ (vì dụ khử một vài lien kết độc hại ảnh hưởng đến chế độ làm việc bình thường của các công trình xử lý. 2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hóa Thực chất của phương pháp sinh hóa là quá trình khoáng hóa các chất bẩn hữu cơ chứa trong nước thải ở dạng hòa tan, keo và phân tán nhỏ nhờ các quá trình sinh hóa. Nói một cách khác, thực chất của quá trình sinh hóa là dựa vào sự hoạt động sinh tồn của vi sinh vật có khả năng ôxy hóa hoặc khử các chất bển hữu cơ chứa trong nước thải. Phụ thuộc vào các điều kiện làm thoáng mà phương pháp xử lý sinh hóa được chia làm hai dạng:  Dạng thứ nhất gồm các công trình mà quá trình làm thoáng gần như tự nhiên: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật,… Trong điều kiện khí hậu nước ta, các công trình xử lý sinh học tự nhiên có một ý nghĩa lớn. Thứ nhất nó giải quyết vấn đề làm sạch nước thải đến mức độ cần thiết, thứ hai nó phục vụ tưới ruộng, làm mầu mỡ đất đai và nuôi cá. Điều quan trọng là cần nghiên cứu tìm cho được các thong số tính toán thích hợp với điều kiện nước ta và trên cơ sở dó tìm phương pháp xử lý tối ưu nhất. Đó là phương hướng nghiên cứu đúng đắn nhất về vấn đề xử lý nước thải ở Việt Nam trong điều kiện hiện nay.
  26. 26. 25  Dang thứ hai gồm các công trình làm thoáng được thực hiện trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh vật nhỏ giọt (bio – phon nhỏ giọt), bể lọc snh vật cao tải, aerotan. Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thề thực hiện đến mức độ hoàn toàn (xử lý sinh học hoàn toàn) khi NOS của nước thải giảm đến 90 – 95% và không hoàn toàn NOS giảm đến 40 – 80%. Giai đoạn xử lý sinh học được tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học. Bể lắng ở giao đoạn xử lý cơ học được gọi là bể lắng đợt một, hay còn gọi một cách đơn giản là bể lắng một. Sau giai đoạn xử lý sinh học biôphin, cùng với nước thải đã xử lý có màng vi sinh vật, còn ở bể aerotan có bùn hoạt tính. Để loại màng vi sinh vật và bùn hoạt tính ra khỏi nước thải sau biôphin và aerotan thường ứng dụng phương pháp lắng. Bể lắng trong trường hợp này được gọi là bể lắng đợ hai (bể lắng II). Trong trường hợp xử lý sinh học bằng aerotan thường phải đưa trở lại bể aerotan một lượng bùn hoạt tính nhất định. Loại bùn hoạt tính còn lại được gọi là bùn hoạt tính dư. Bùn hoạt tính dư thường từ bể lắng II đầu tiên được dẫn vào bể nén bùn để làm giảm độ ẩm của bùn đến một giá trị cần thiết và sau đó được dẫn vào bề mêtan cùng với cặn tươi từ bể lắng I. Quá trình xử lý sinh học nhân tạo không thể loại trừ một cách triệt để các loại vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh. Bởi vậy, sau giai đoạn xử lý sinh học nhân tạo cần thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải trước khi xả vào nguồn. Giai đoạn khử trùng có thể thực hiện sau giai đoạn xử lý cơ học nếu như trạm xử lý nước thải chỉ giới hạn ở xử lý cơ học mà thôi.  Xử lý cặn của nước thải 2.2 Sơ đồ trạm xử lý nước thải 2.2.1 Nguyên tắc chọn các sơ đồ công nghệ của trạm xử lý
  27. 27. 26 Sơ đồ và thành phần các công trình trong trạm xử lý nước thải phụ thuộc vào các yếu tố sau đây: Mức độ cần thiết làm sạch nước thải, lưu lượng nước thải cần xử lý, tình hình đại chất và địa chất thủy văn, điều kiện điện, nước,... Các công trình xử lý nước thải được bố trí sao cho nước thải tự chảy liên tục từ công trình này sang công trình kh1c. Ở giai đoạn xử lý cơ học, đầu tiên sẽ loại bỏ các tạp chất nặng và các tạp chất có kích thước lớn, sau đó loại bỏ các tạp chất bẩn vô cơ và cuối cùng là loại bỏ các chất lơ lửng dưới dạng lắng. Sau các công trình xử lý cơ học là các công trình xử lý sinh học để loại các chất bẩn còn lại ở dạng hòa tan, keo và các chất phân tán nhỏ. Sau cùng là các công trình phục vụ quá trình khử trùng. Các công trình xử lý cặn cũng được bố trí theo một trình tự nhất định. Khi dùng bể lắng hai vỏ thì cặn lên men được xả trực tiếp vào sân phơi bùn. Khi dùng bể mêtan, thì cặn tươi từ bển lắng I đầu tiên dẩn vào bể mêtan để thực hiện quá trình lên men cặn , và sau đó cặn lên men được dẫn ra sân phơi bùn hoặc thiết bị sấy khô cặn bằng phương pháp cơ giới. Cặn sau khi đã làm ráo nước ở sân phơi bùn được dùng làm phân bón ruộng. Cặn từ bể lắng II một phần được ứng dụng nhằm mục đích làm tăng cường quá trình xử lý sinh hóa (bùn hoạt tính tuần hoàn) và phần dư (bùn hoạt tính dư) đầu tiên dẫn vào bể nén bùn và sau đó được dẫn đến bể mêtan để xứ lý với cặn tươi 2.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Trong nhiều trường hợp, sơ đồ trạm xử lý nước thải có thể có dạng điển hình sau đây: Sơ đồ I (hình vẽ 3_1) Sơ đồ này được ứng dụng khi lưu lượng nước thải dưới 25m3/ngđ. Khi chỉ yêu cầu xử lý sơ bộ thì có thể ứng dụng theo sơ đồ ở hình vẽ 3.1a, trường hợp yêu cầu xử lý sinh học có thể ứng dụng theo sơ đồ hình vẽ 3.1b. Sơ đồ II (hình vẽ 3.2).
  28. 28. 27 Với lưu lượng nước thải dưới 5000m3/ng.đ có thể sử dụng sơ đồ II. Trong hình vẽ 3.2a trình bày sơ đồ trạm xử lý với yêu cầu xử lý sinh học. Khi điều hòa đất đai theo phương pháp thì sơ đồ ở hình vẽ 3.2b có thể thay đổi biophin cao tải, bể lắng II, bể tiếp xúc bằng cánh đồng tưới hoặc cánh đồng lọc (Hình vẽ 3-3) Với lưu lượng nước thải thải dưới 1000 m3/ng.đ có thể dung ứng dụng biôphin nhỏ giọt thay thế biôphin cao tải. Cặn từ bể lắng II có thể đưa vào bể lắng hai vỏ hoặc dẫn đến sân phơi bùn. Sơ đồ III (Hình vẽ 3-4) Khi lưu lương nước thải lớn hơn 1000 m3/ng.đ và mức độ xử lý chỉ yêu cầu đến giai đoạn xử lý cơ học có thể ứng dụng sơ đồ III. Rác sau khi đã nghiền nhỏ có thể dẫn trở lại vào trạm xử lý trước song chắn rác hoặc có thể dẫn trực tiếp đến bể mêt an. Cặn từ bể tiếp xúc có thể dẫn đến sân phơi bùn hoặc có thể dẫn đến trước bể lắng I nếu như hàm lượng clo trong giai đoạn này không làm ảnh hưởng đến quá trình sinh hóa yếm khí trong bể mêtan.. Sơ đồ IV (Hình 3-5) Khi lưu lượng nước thải lớn hơn 10000 m3/ng.đ và mức độ xử lý yêu cầu đến giai đoạn xử lý sinh học có thể ứng dụng sơ đồ IV. Sơ đồ trạm xử lý nước thải với làm sạch sinh học tuần hoàn trình bày ở hình vẽ 3.5 và làm sạch không hoàn toàn ở hình vẽ 3.6. Bùn hoạt tính tuần hoàn đầu tiên dẫn vào bể tái sinh 16; và sau đó bùn hoạt tính tái sinh được dẫn đến bể aerotan. Trạm khí nén có nhiệm cụ cung cấp khí nén cho các bể aerotan và bể tái sinh.
  29. 29. 28 Tất cả các sơ đồ nêu ở trên đều có tính chất điển hình mà thôi. Trong từng trường hợp cụ thể, trong từng nhiệm vụ thiết kế cũng như các điều kiện thực tế khác nhau có thể có các dạng sơ đồ tương ứng thích hợp hơn (xem “Thiết kế tính toán các công trình xử lý nước thải”).
  30. 30. 29 Chương 3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC 3.1 Song chắn rác 3.1.1 Khái niệm: SCR dùng để chắn giữ những rác bẩn thô và các tạp chất không tan có kích thước lớn ra khỏi nước thải (giấy, rau cỏ, rác …), là công trình xử lý sơ bộ để chuẩn bị điều kiện cho việc xử lý nước thải sau đó. SCR gồm các thanh đan sắp xếp cạnh nhau ở trên mương dẫn nước, khoảng cách giữa các thanh đan gọi là khe hở. SCR được phân thành các nhóm sau:  Theo khe hở song chắn phân biệt loại thô (30 ÷ 200 mm), loại trung bình (5 ÷ 25 mm), và loại tinh (lưới lượt rác).  Theo đặc điểm cấu tạo phân biệt loại cố định, loại di động, và loại hợp nhất với máy nghiền rác.  Theo phương pháp lấy rác khỏi song chắn phân biệt loại thủ công (lượng rác < 0,1m3/ng.đ) và cơ giới (> 0,1m3/ng.đ). 3.1.2 Cấu tạo: Song chắn rác gồm các thanh chắn rác bằng thép không rỉ, sắp xếp cạnh nhau và hàn cố định trên khung thép. Khoảng cách giữa các thanh chắn gọi là khe hở. Thanh chắn rác có có dạng như : tiết diện tròn d = 8 – 10mm, chữ nhật sxb = 10x10 và 8x60 mm, bầu dục....
  31. 31. 30 3.1.3 Vị trí: Song chắn rác thường được đặt trên mương dẫn rác. Song chắn rác thường được xây dựng trước các công trình xử lý bậc 1 nhằm giữ các loại rác thô có kích thước lớn trước khi đi vào xử lý nước thải. 3.1.4 Tính toán thiết kế: SCR thường đặt nghiêng so với mặt nằm ngang một góc 45o ÷ 90o (60o) để tiện lợi khi cọ rửa. Tốc độ nước thải qua SCR là 0,7 ÷ 1,0 m/s, rác được giữ lại ở phía trước SCR và ứ đọng gây ra tổn thất cột áp lớn nên cần phải lấy rác thường xuyên khỏi SCR. a. Tính toán kích thước SCR : Số khe hở giữa các thanh: n = qmax V.h1. b . Ko Trong đó: qmax : lưu lượng lớn nhất của nước thải, m3/s. b : chiều rộng khe hở giữa các thanh, m. h1 : chiều sâu lớp nước qua SCR, m. V : tốc độ nước qua SCR, V = 0,7 ÷ 1,0 m/s. Ko : Hệ số tính đến độ thu hẹp dòng chảy khi dùng cào rác cơ giới (Ko1.05) Chiều rộng tổng cộng của SCR: Bs = (n - 1).S + b.n Trong đó: S : là bề dày của thanh song chắn. Chiều dài đoạn mương mở rộng phía trước SCR: L1= BS- BK 2.tgφ = BS- BK 2.tg20o = 1,73.( BS- BK ) Trong đó: BS : Chiều rộng tổng cộng của SCR. BK : Chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi SCR.
  32. 32. 31 Chiều dài đoạn mương thu hẹp phía sau SCR: L2 = 0,5.L1 b. Tính toán tổn thất áp lực qua SCR : hs =  . V2 2g . K , (m) Trong đó: K : hệ số tính đến sự tăng tổn thất do rác vướng mắc ở SCR, chọn K = 3.  : hệ số tổn thất cục bộ qua SCR phụ thuộc vào hình dạng tiết diện của thanh:  : góc nghiêng đặt SCR so với phương ngang,  = 60o .  : hệ số phụ thuộc vào dạng tiết diện ngang của thanh  = 2,42  = 1,97 c. Lượng rác được giữ lại ở trước SCR : W = a . N 365 × 1000 ( m3 ngđ ) Trong đó: a: lượng rác tính cho một người trong năm, l/người/năm N: số người tính toán sử dụng hệ thống, người. Rác được vớt lên SCR có các đặc tính sau:  Độ ẩm khoảng 80%.  Độ tro khoảng 7 ÷ 8%.  Trọng lượng thể tích khoảng 750kg/m3.  Khi không có máy nghiền rác, có thể tiến hành chôn lấp rác hợp vệ sinh: - Dùng clorua vôi rắc lên rác để tránh phát sinh ruồi. - Dùng đất lấp lên hố đổ rác.
  33. 33. 32 3.2 Bể lắng cát 3.2.1 Cơ sở thiết kế: Bể lắng cát được dùng để loại những hạt cặn vô cơ lớn chứa trong nước thải mà chủ yếu là cát. Bể lắng cát được xây dựng khi lượng nước thải lớn hơn 100m3/ngày. Bể thường được tính toán để giữ lại các hạt cát có độ lớn thuỷ lực 18 – 24mm/s (đường kính hạt 0,2 – 0,25mm) Tuỳ vào chuyển động nước trong bể lắng cát, người ta lựa chọn các bể lắng cát ngang, bể lắng cát đứng, bể lắng cát sục khí...Nhưng trên thực tế, bể lắng cát ngang được sử dụng phổ biến nhất. Để thiết kế bể lắng cát người ta dựa vào : Thời gian lưu nước Tốc độ dòng chảy Độ lớn thuỷ lực của hạt cặn Kích thước hạt cát Tải trọng bề mặt 3.2.2 Bể lắng cát ngang: Bể lắng cát ngang thường có dạng hình chữ nhật thường dùng trong các nhà máy có công suất nhỏ. Các hạt cát có dòng chảy theo hướng ngang từ đầu bể đến cuối bể với vận tốc được kiểm soát theo kích thước bể. Sau đó, dưới tác dụng của trọng lực bản thân, các hạt cát sẽ lắng xuống đáy bể và được tập trung về hố thu cát bằng thủ công hoặc bằng thiết bị cào cát cơ giới. Các tiêu chuẩn thiết kế bể lắng cát ngang : Thời gian lưu (s) 60 Tốc độ ngang (m/s) 0,3 Tốc độ lắng đối với d = 0,21 mm 1,15
  34. 34. 33 d = 0,15 mm 0,75 Tổn thất thuỷ lực 36 Độ dài cho phép bổ sung đối với sự xáo trộn vùng vào và ra 40 Tính toán bể lắng cát ngang :  Tốc độ chuyển động của dòng chảy càng lớn thì tốc độ rơi của các hạt cát càng lớn, đồng thời tốc độ rối thành phần đứng càng mạnh và các hạt nhỏ cuốn theo dòng chảy càng nhiều. Ngược lại , tốc độ dòng chảy càng bé thì các cặn nhỏ rơi xuống đáy tạo thành cặn lắng càng nhiều. Giới hạn tốc độ dòng chảy V = 0,15 ÷ 0,3 m/s và thời gian lưu nước 30 ÷ 60 s.  Chiều dài bể lắng cát ngang: L = 1000 . H . V Uo . K (m) Trong đó: V : tốc độ dòng chảy của nước trong bể, V = 0,15 ÷ 0,3 m/s H : chiều sâu phần lắng, H = 0,5 ÷ 0,8 m Uo : độ lớn thủy lực của hạt cặn, mm/s K : hệ số phụ thuộc chế độ chuyển động và tốc độ rơi của hạt cát trong bể lắng. Khi Uo = 18 mm/s thì K = 1,7 ; khi Uo = 24 mm/s thì K = 1,3 Đường kính hạt cát, mm 0,1 0,12 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Độ lớn thủy lực Uo khi nhiệt độ 15oC, mm/s 5,12 7,37 11,5 18,7 24,2 28,3 34,5 40,7  Diện tích tiết điện ướt của phần lắng: F = Q UO . K (m2 ) Trong đó: Q : lưu lượng tối đa của nước thải, m3/s
  35. 35. 34  Chiều rộng của bể: B = F L , (m)  Thể tích ngăn chứa cát: WC = a . T . N 1000 , (m3 ) Trong đó: T : thời gian giữa 2 lần lấy cát, T = 2 ÷ 4 ngày N : số người sử dụng hệ thống a : tiêu chuẩn giữ cát, l/người/ngày đêm.  Số ngăn (số đơn nguyên) trong bể : n = F b . h1 Trong đó : b : chiều rộng mỗi ngăn, b = 0,6 – 1,6m h1 : chiều sâu công tác của bề, h1 = 0,5 – 1,2m Lưu ý : Sau khi tính toán xong, cần kiểm tra lại với Qmin vẫn đảm bào Vmin không nhỏ hơn 0,15m/s  Chiều sâu lớp cạn cát trong bể: h2 = WC L . b . n  Chiều sâu tổng cộng của bể : H = h1 + h2 + h3 Trong đó : h3 : Chiều cao từ mặt nước đến thành trên cùng của bể, h3 = 0,2 – 0,4m 3.2.3 Bể lắng cát thổi khí: Bể lắng cát thổi khí là bể lắng có dạng hình chữ nhật trên mặt bằng. Ở cách đáy bể 45 – 60 cm có bố trí hệ thống thổi khí. Dưới hệ thống sục khí là máng thu cát. Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,2 – 0,4 dốc về phía máng thu để cát trượt theo đáy tới máng thu.
  36. 36. 35 Hiệu quả tách loại cát rất cao. Nhờ có thổi khí tạo nên sự chuyển động vòng, khắc phục khả năng lắng các chất hữu cơ mà các loại bể lắng khác thường gặp phải. Tính toán bể lắng cát thổi khí :  Tốc độ chuyển động xoay quanh chu vi mặt cắt ngang với vận tốc xoay : 0,25-0,3m/s  Chuyển động thẳng theo trục dọc của bể v = 0,08 – 0,12 m/s  Tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu bể B:H = 1 - 1,5  Thời gian lưu nước trong bể : 3 phút  Lượng khí cấp vào bể : 3 – 8 m3/m2.h 3.2.4 Bể lắng cát đứng Bể lắng cát đứng được xây dựng theo nguyên tắc nước dâng từ dưới lên tr6e dọc theo thân bể. Nước thải được dẫn theo ống tiếp tuyến ở phía dưới phần hình trụ của bể tạo ra chuyển động vòng và do nước dâng từ dưới lên nên tạo ra chuyển động tịnh tiến. Chuyển động tịnh tiến và chuyển động vòng tạo nên chuyển động vừa xoay vòng vừa xoắn theo thân bể dâng lên. Các hạt cát được dồn về phía ống trung tâm, chuyển động ngược lại do lực hấp dẫn rơi xuống đáy bể, nhờ vậy cát được tách khỏi những chất hữu cơ bám dính. Tính toán bể lắng cát đứng thường theo tải trọng bề mặt. Các thông số tính toán bể lắng cát đứng :  Tải trọng bề mặt 110 -130 m3/m2.h  Tốc độ nước chảy trong máng thu 0,4 m/s  Thời gian lưu 2 -3,5 phút  Tốc độ nước dâng 3 – 3,7 m/s
  37. 37. 36 3.2.5 Bể lắng cát kiểu tiếp tuyến Đặc điểm của bể lắng cát tiếp tuyến là : chiều sâu công tác nhỏ, tải trọng bề mặt cao. Cát được lấy ra khỏi bể nằng thiết bị bơm khí nén Tính toán bể lắng cát tiếp tuyến thường theo tải trọng bề mặt. Các thông số tính toán bể lắng cát đứng :  Tải trọng bề mặt 110 m3/m2.h  Tốc độ nước chảy trong máng thu 0,6 – 0,8 m/s  Đường kính bể < 6m 3.3 Bể lắng 3.3.1 Lý thuyết lắng: a. Quá trình lắng và các yếu tố ảnh hưởng Bể lắng đứng dùng để giữ lại các tạp chất thô – không hòa tan trong nước thải, chủ yếu là những dạng chất hữu cơ. Khác với những chất vô cơ ở dạng hạt riêng biệt rõ rệt, những phần tử hữu cơ lại là những bông có hình dạng rất khác nhau (đa dạng) và trọng lượng riêng lại rất nhỏ. Do đó quá trình lắng những bông cặn trong nước thải diễn ra phức tạp. Khi lắng một mặt diễn ra hiện tượng dính kết rồi tăng kích thước và trọng lượng. Kết quả tốc độ lắng của các phần tử tăng lên. Nguyên nhân chính của hiện tượng kết dính các phần tử là do sự keo tụ trọng lực – tức là do sự va chạm và dính kết các phần tử lắng khác nhau và có kích thước khác nhau. Mặt khác các phần tử còn lại bị phá vỡ và tách ra rồi lắng xuống với tốc độ chậm hoặc không lắng xuống mà lơ lửng khi trọng lượng riêng nhỏ hơn 1. Như vậy, trong nước thải không chỉ lắng một bông cặn cá biệt nào đó, mà tập hợp nhiều bông cặn. Tốc độ lắng và hiệu suất lắng các tạp chất không tan dạng bông phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng ban đầu của chúng trong nước thải. Hàm lượng ban đầu càng cao thì hiệu suất lắng (tính bằng phần trăm) càng cao. Yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lắng các bông ở đáy là lực cản giữa chúng và dịch thể. Lực đó cũng tùy thuộc vào kích thước, hình dạng, tốc độ lắng của bông và độ nhớt của dịch thể. Thêm vào đó, quá trình lắng các tạp chất trong bể lắng hoạt động
  38. 38. 37 liên tục, không phải diễn ra ở trạng thái tĩnh, mà là trong lòng chảy rối của nước thải. Với chế độ dòng chảy như vậy sẽ tạo những điều kiện xấu cho quá trình lắng các bông. Khi chúng lắng xuống đáy bể, sẽ xuất hiện một lực cản W do có “tốc độ lơ lửng” hay còn gọi là tốc độ thành phần của dòng chảy rối. Như vậy tốc độ lắng thực tế của các bông trong bể lắng sẽ nhỏ hơn tốc độ lắng Uo của chúng thì xác định trong điều kiện thí nghiệm ở trạng thái tĩnh. Giáo sư Jukôv. AI là người đầu tiên phát hiện ra ảnh hưởng của tốc độ lơ lửng W của dòng chảy và đề ra phương trình cụ thể để xác định tốc độ trong các bể lắng khi tốc độ tính toán của dòng chảy V dưới 20 mm/s. W = K.Vn (4-36) Trong đó: k = const; và n = f(V) Khi V nằm trong khoảng từ 5 đến 10, từ 10 đến 15 và từ 15 ÷ 20 mm/s thì giá trị tuyệt đối của W tương ứng sẽ bằng 0,05; 0,1 và 0,5mm/s. Ngoài ra còn có các yếu tố khác ảnh hưởng tới quá trình lắng là: điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, khí tạo ra do kết quả phân giải các chất hữu cơ,… ; thời gian lắng, tỷ lệ giữa những kích thước hình học của bể lắng (như tỷ lệ giữa chiều sâu với đường kính bể, hoặc giữa chiều sâu và chiều dài) và tải trọng thủy lực trên bề mặt thoáng của bể. Nói tóm lại, quy luật lắng của một tập hợp các bông khác nhau hoàn tòan khác quy luật lắng các hạt kích thước hình cầu riêng lẻ và đồng nhất, trong điều kiện trạng thái tĩnh khác với điều kiện trạng thái động. Nói một cách khác, quá trình lắng nước thải trong các bể lắng diễn ra trong điều kiện chen chúc của các phần tử – bông dưới tác dụng và ảnh hưởng của nhiều yếu tố: lý hóa, thủy lực, thủy động lực và hình học. Tổ hợp tất cả các yếu tố đó là một việc rất phức tạp và cho tới nay chưa có ai có thể biểu thị chúng trong một phương trình toán học làm cơ sở duy nhất cho việc tính toán các bể lắng. Vì vậy, người ta chỉ có thể xác định động học của quá trình lắng các tạp chất đa phân tán với các loại nước thải khác nhau bằng thực nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm mà thôi. b. Nhiệm vụ bể lắng :
  39. 39. 38 Bể lắng đợt I đặt trước công trình xử lý sinh học, có nhiệm vụ tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải, làm giảm độ đục của nước thải, chủ yếu là các thành phần hữu cơ (80%). Số lượng cặn tách ra khỏi nước thải trong các bể lắng phụ thuộc vào nồng độ nhiễm bẩn ban đầu, đặc tính riêng của cặn (hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng, tốc độ rơi…), tốc độ lắng và thời gian nước lưu trong bể. Trong bể lắng chia làm 4 vùng:  Vùng vào: phân bố đều lưu lượng theo mặt cắt ngang của vùng lắng.  Vùng lắng: tách các hạt cặn ra khỏi nước bằng trọng lực.  Vùng chứa và cô đặc cặn  Vùng ra: thu nước đã lắng cặn và làm cho cặn lắng không bị cuốn vào nước đi ra ngoài. 3.3.2 Bể lắng ngang: Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn 1/4 và chiều sâu < 4m, có một hố thu cặn đặt ở đầu bể. Đáy bể làm dốc i = 0,01 để thuận tiện khi cào gom cặn, độ dốc của hố thu cặn lớn hơn 45o. Nước thải được dẫn vào bể theo kênh và máng phân phối ngang với đập tràn thành mỏng đặt ở đầu bể theo chiều rộng. Đối diện ở cuối cùng bể có màng tương tự để thu nước có đặt các tấm chắn nửa chìm nửa nổi cao hơn mặt nước 0,15 ÷ 0,2m. Vùngphânphốinước vào Vùng lắng các hạt cặn Vùngthunướcra Vùng chứa và cô đặc cặn
  40. 40. 39 Tấm chắn ở đầu bể đặt cách mép máng tràn chừng 0,5 ÷ 1m, và ngập chừng 0,5 ÷ 1m để chúng phân phối nước theo chiều sâu của bể. Tấm chắn ở cuối bể có tác dụng để ngăn các chất nổi, đặt cách đập tràn 0,25 ÷ 0,5m và ngập dưới nước 0,25m. Để thu nước và xả các chất nổi người ta đặt một màng đặc biệt với đập tràn kề sát tấm chắn ở cuối bể. Khi nước thải chuyển động với tốc độ nhỏ (không quá 20mm/sec) theo phần công tác của bể lắng với chiều sâu h1, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống ở phần cặn lắng xuống với chiều sâu h3. Kích thước đó tùy thuộc lượng cặn lắng xuống. Giữa phần công tác và phần bùn có lớp trung gian h2 chừng 0,4m. chiều cao tử mặt nước tới đỉnh bể lắng là h4 chọn bằng 0,25 ÷ 0,40m. chiều sâu tổng cộng của bể lắng sẽ là: Htc = h1 + h2 + h3 + h4 (4 – 46) Đáy bể lắng sau khi gạt cặn bằng cơ giới nên xây dựng với độ dốc không dưới 0,01. Độ dốc nghiêng của tường hố tập trung cặn phải không dưới 45o. không nên thiết kế bể lắng ngang với gạt bùn kiểu thủ công vì để cặn trượt xuống hố tập trung phải xây dựng đáy bể với độ dốc không dưới 45o và do đó phải đào sâu xuống. Để tránh đào sâu, có thể xây dựng một số hố tập trung cần theo chiều dài bể 3.3.3 Bể lắng đứng: Nước chuyển động theo hướng bán kính (radian).  Buồng phân phối trung tâm hình tròn đường kính từ 15 ÷ 20% đường kính bể lắng.  Đáy bể có độ dốc 1:12 dốc từ ngoài vào hố thu cặn, thể tích hố thu cặn nhỏ vì cặn được lấy ra liên tục.
  41. 41. 40 Bể lắng đứng phân phối nước vào buồng phân phối trung tâm Bể lắng đứng phân phối nước vào bằng máng quang chu vi bể. Thu nước ra bằng máng đặt ở trung tâm bể Bể lắng đứng phân phối nước vào và thu nước ra bằng máng đặt vòng theo chu vi bể
  42. 42. 41 Chương 4 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 4.1 Nguyên lý chung Các phương pháp sinh học (đúng hơn nên gọi là phương pháp hóa – sinh) được sử dụng để làm sạch nước thải sinh hoạt, cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và chất vô cơ như H2S, ammoniac, nitrit, nitrat,… Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng các hoạt động sống của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm hòa tan trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm chất dinh dưỡng và sinh năng lượng để duy trì hoạt động sống của chúng. Trong quá trình sống, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật còn được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Như vậy, nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh học cuối cùng sẽ làm cho các chỉ tiêu BOD và COD giảm đến mức cho phép. Để có thể xử lý bằng phương pháp này, nước thải không được 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 tỷ số BOD/COD ≥ 0,5. 4.1.1 Phân loại phương pháp sinh học dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật a) Phương pháp hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ từ 20 oC đến 40 oC. b) Phương pháp yếm khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật yếm khí. Tùy theo yêu cầu xử lý, người ta tiến hành phương pháp hiếu khí hoặc yếm khí, hoặc phối hợp cả 2 phương pháp. 4.1.2 Quá trình động học Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật.
  43. 43. 42 Quá trình xử lý nước thải chính là quá trình vi sinh vật thu gom các chất bẩn từ nước thải để chuyển hóa chúng. Quá trình này gồm ba giai đoạn: Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và phân tử. Nhờ tác động của enzim ngoại bào của vi sinh vật, các chất ô nhiễm được phân cắt và khuếch tán vào bên trong màng tế bào do sự chênh lệch nồng độ các chất ở bên trong và ngoài tế bào. Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật đã sản sinh năng lượng và tổng hợp nên các chất mới của tế bào, giúp cho các tế bào sinh trưởng và sinh sản. Quá trình chuyển hóa này có quan hệ rất chặt chẽ với nhau trong tế bào và đó chính là quá trình xử lý nước thải. Các phản ứng hóa học được diễn ra trong nguyên sinh chất của tế bào. Phương trình tổng quát của phản ứng oxy hóa sinh hóa ở điều kiện hiếu khí có dạng như sau: 𝐶𝑥𝑌𝑦𝑂𝑧𝑁𝑡 + (𝑥 + 𝑦 4 − 𝑧 2 − 3𝑡 4 ) 𝑂2 𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡 → 𝑥𝐶𝑂2 + 𝑦−3𝑡 2 𝐻2 𝑂 + 𝑡𝑁𝐻3 + ∆𝐻 (1) 𝐶𝑥𝑌𝑦𝑂𝑧𝑁𝑡 + (𝑥 + 𝑦 4 − 𝑧 2 − 43𝑡 4 ) 𝑂2 𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡 → 2𝑡𝐶5 𝐻7 𝑁𝑂2 + ( 𝑥 − 10𝑡) 𝐶𝑂2 + 𝑦−11𝑡 2 𝐻2 𝑂 + ∆𝐻 (2) CxHyOzNt là công thức tổng quát của tất cả các chất hữu cơ của nước thải, còn C5H7NO2 là công thức theo tỷ lệ trung bình của các nguyên tố chính trong tế bào sinh vật, ∆𝐻 là năng lượng. Phản ứng (1) là phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào, còn phản ứng (2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào. Lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải. Khi môi trường không còn đủ chất dinh dưỡng cung cấp, các tế bào phải sử dụng các chất dự trữ trong tế bào. Đây là quá trình tự oxy hóa: 𝐶5 𝐻7 𝑁𝑂2 + 𝑁2 𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡 → 5𝐶𝑂2 + 𝑁𝐻3 + 2𝐻2 𝑂 + ∆𝐻 (3) Một loại vi khuẩn khác, đó là vi sinh vật tự dưỡng, sẽ sử dụng khí NH3 và CO2 sinh ra như nguồn dinh dưỡng để tạo nên sinh khối tế bào của chúng:
  44. 44. 43 𝑁𝐻3 + 𝐶𝑂2 + 𝑂2 𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡 (𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑧𝑜𝑛𝑜𝑛𝑎𝑠 ) → 𝑇ế 𝑏à𝑜 𝑉𝑆𝑉 + 𝑁𝑂2 − (4) 𝑁𝑂2 − + 𝐶𝑂2 + 𝑂2 𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡 (𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟) → 𝑇ế 𝑏à𝑜 𝑉𝑆𝑉 + 𝑁𝑂3 − (5) Tổng lượng oxy hóa tiêu tốn cho các phản ứng này gần gấp hai lần lượng oxy tiêu tốn của hai phản ứng đầu. Từ các phản ứng trên thấy rõ sự chuyển hóa hóa học là năng lượng cần thiết cho các vi sinh vật. Vì vậy, có thể xem đây là toàn bộ quá trình sinh trưởng, sinh sản và suy tàn của vi sinh vật. 4.2 Sự phát triển của tế bào và động học của phản ứng enzim 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 như minh họa trên hình 4.1. Hình 4.1. Đường cong sinh trưởng của tế bào và việc sử dụng dinh dưỡng AB – giai đoạn tiềm phát; BC – giai đoạn phát triển lũy tiến bằng pha logarit hay pha chỉ số ; CD – giai đoạn tốc độ chậm; DE – giai đoạn cân bằng hoặc giai đoạn dừng; EF – giai đoạn suy tàn. Trong giai đoạn đầu (tiềm phát), vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường hoặc đang biến đổi để thích nghi dần. Đến cuối giai đoạn này tế bào vi sinh vật mới bắt đầu sinh trưởng. Các tế bào mới tăng về kích thước nhưng chua tăng về số lượng. Trong giai đoạn lũy tiến, vi sinh vật phát triển với tốc độ riêng không đổi. Sau một thời gian nhất định, khối lượng của từng tế bào cũng như tổng số cá thể của tế bào tăng lên gấp đôi. Khi dùng đồ thị lnX – t thì tốc độ sinh trưởng 𝜇 = 𝑡𝑔𝛼. Trong giai đoạn tốc độ chậm, tốc độ phát triển 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 các enzim, alcol, axit hữu cơ, vitamin,… Trong giai đoạn cân bằng, số lượng tế bào sống được giữ ở mức không đổi, nghĩa là số lượng tế bào chết đi tương đương với số lượng tế bào mới sinh ra. Tính chất của tế bào vi sinh vật bắt đầu thay đổi, cụ thể là cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt. Trong 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 bắ đầu hiện tượng tự hủy. Nguyên nhân suy tàn chủ yếu là do nguồn thức ăn đã cạn kiệt, sự tích lũy sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và đôi khi tiêu diệt cả vi sinh vật. Trong pha logarit, sinh khối tăng theo biểu thức:
  45. 45. 44 𝑑𝑋 𝑑𝑡 = 𝜇. 𝑋 (6) Trong đó: 𝑑𝑋 𝑑𝑡 : Tốc độ tăng trưởng của sinh khối, mg/l.t; X: Nồng độ của sinh khối, mg/l; 𝜇: Hằng số tốc độ sinh trưởng, l/t; t: thời gian Đã có khá nhiều các mô hình toán học được xây dựng để xác định 𝜇 nhưng thông dụng hơn cả là phương trình Monod. Phương trình này đã được chấp nhận giả thiết là tốc độ sử dụng dinh dưỡng và tốc độ sinh trưởng bị giới hạn bởi tốc độ các phản ứng enzim, bao gồm cả sự thiếu các chất cần thiết. Phương trình này có các dạng như sau: 𝜇 = 𝜇 𝑜 𝑆 𝑆+𝐾𝑠 (7) Trong đó: S: nồng độ cơ chất BOD, COD (TOC nói chung) trong dung dịch, mg/l; Ks: Hằng số bán bão hoà, nghĩa là nồng độ cơ chất khi Ịi = (J. o/2, mg/1. Quan hệ 𝜇 = f(S) được minh hoạ trên hình 4.2. Phương trình (7) cho thấy: Khi dư thừa dinh dưỡng, nghĩa s » Ks thì hằng số tốc độ sinh trưởng là cực đại, 𝜇 = 𝜇 𝑜 và hệ thống này chủ yếu bị giới hạn bởi sinh khối. Phương trình tốc độ sinh trưởng (rx) có dạng như sau: 𝑟𝑥 = 𝑑𝑋 𝑑𝑡 = 𝜇 𝑜. 𝑋 (8) Phương trình này bậc một với sinh khối. điều đó có nghĩa là rx tỷ lệ bậc một với sinh khối hiện có. Hình 4.2. Ảnh hưởng của yếu tố dinh dưỡng chính lên tốc độ sinh trưởng Khi S « Ks, hệ thống bị giới hạn bởi dinh dưỡng, rx = const 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 = Ks, hằng số tốc độ sinh trưởng bằng (i0/2 như đã định nghĩa Ks Để xác định Ks, người ta tiến hành khảo sát quan hệ phụ thuộc |J,= f (S) trên đồ thị Ịi - l/s bằng phương trình tuyến tính. Hình 4.3. Đồ thị thực nghiệm xác định hệ số Ks và 𝝁 𝒐 Thay phương trình (6) vào (7), tốc độ sản xuất sinh khối sẽ bằng: 𝑟𝑥 = 𝑑𝑋 𝑑𝑡 = 𝜇 𝑜.𝑆.𝑋 𝐾𝑠+𝑆 (10)
  46. 46. 45 Nếu như tất cả dinh dưỡng dược chuyển hoá thành sinh khối thì tốc dộ sử dựng dinh dưỡng sẽ bằng tốc độ sản sinh sinh khối. Nhưng vì sự dị hoá còn chuyển hoá một phần dinh dưỡng thành các sản phẩm phụ nào đó nên tốc độ sử dụng dinh dưỡng sẽ lớn hơn tốc độ tạo sinh khối, và ta có: 𝑟𝑥 = −Y 𝑑𝑋 𝑑𝑡 = −Y. 𝑟𝑠 (11) Hay 𝑟𝑠 = −𝑟 𝑥 𝑌 = − μ 𝑜.𝑆.𝑋 𝑌(𝐾𝑠 +𝑆) (12) Trong đó: Y : Phần thập phân của dinh dưỡng được chuyển hoá thành sinh khối, mg/1; 𝑚𝑔𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 /𝑙 𝑚𝑔𝐵𝑂𝐷5 đã 𝑠ử 𝑑ụ𝑛𝑔/𝑙 hay còn gọi là hệ số đồng hóa. 𝑟𝑠 = 𝑑𝑆 𝑑𝑡 : Tốc độ sử dụng dinh dưỡng, mg/l.t; MLTSS: Mixed LiquorTotal Suspended Solid; MLVSS: Mixed Liquor Volatiie Suspended Solid; MLNVSS: Mixed Liquor Novolatile Suspended Solid; MLTSS =MLVSS +MLNVSS. Yếu tố Y biến động tuv thuộc vào cách trao đổi chất trong quá trình chuyển hoá. Các quá trình hiếu khí có hiệu suất cao hơn quá trình yếm khí về khía cạnh chuyển hoá sinh khối và như vậy có giá trị của yếu tố Y lớn hơn. Các giá trị điển hình của Y trong các phản ứng hiếu khí bằng khoảng 0,4 - 0,8kg sinh khối/kg BOD5 trong khi đó với các phản ứng yếm khí, giá trị của Y nằm trong khoáng 0,08 - 0,2kg sinh khối/kg BOD5 Phương trình (10) sẽ chưa đầy đủ nếu không tính đến việc biêu thị sự giảm sinh khối do hô hấp nội sinh. Sự phân rã nội sinh cũng được xếp là phản ứng bậc nhất theo nồng độ sinh khối: ( 𝑑𝑋 𝑑𝑡 ) 𝑛𝑠 = −𝑘 𝑑 .X (13) trong đó kd là hằng số tốc độ phân rã nội sinh, l/t; kết hợp phương trình (13) với phương trình 10 ta có: 𝑑𝑋 𝑑𝑡 = 𝜇0.𝑆.𝑋 𝐾𝑠+𝑆 − 𝑘 𝑑. X (14) Sự phân rã nội sinh có ảnh hưởng rất nhỏ đến tốc độ sinh trưởng trong các pha đầu của đường cong sinh trưởng trên hình 4.1. Tuy nhiên trong pha dừng, sự phân rã nội sinh bằng tốc độ sinh trướng và trớ nên trội hơn trong pha suy tàn. 4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau lên tốc độ oxy hóa sinh hóa Tốc độ oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của dòng nước thải vào hệ thống xử lý.
  47. 47. 46 Ở một mức độ làm sạch nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng lên tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thuỷ dộng, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, các nguyên tố chính cũng như các kim loại nặng và các muối khoáng. 4.3.1 Ảnh hưởng của khuấy trộn Việc khuấy trộn nước thải trong các công trình xử lý sẽ làm tăng cường sự phân chia bông hùn hoạt tính thành các hạt nhỏ hơn, tăng tốc độ hấp phụ các chất dinh dưỡng và oxy lên các vi sinh vật. Điều đó làm tăng tốc độ làm sạch. Cường độ khuấy trộn phụ thuộc vào lượng không khí cấp vào chất lỏng. Chuyển động rối của dòng đạt được nhờ sự khuấy trộn mãnh liệt, khi đó bùn hoạt tính nằm ở trạng thái lơ lửng và phân bố đồng đều trong nước thải. 4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Tốc độ phản ứng oxy hoá sinh hoá tăng khi nhiệt độ tăng. Song trong thực tế, nhiệt độ nước thải trong hệ thống xử lý được duy trì trong khoải 20 đến 30oC. Khi nhiệt độ tăng quá ngưỡng trên có thể làm cho các khuẩn bị chết, còn ớ nhiệt độ quá thấp, tốc độ làm sạch sẽ bị giảm và qúa trình thích nghi của vi sinh vật với môi trường mới bị chậm lại. Trong phạm vi tối ưu về nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, tốc độ quá trình phân hủy các hữu cơ tăng gấp 2 đến 3 lần. Tuy nhiên, khi nhiệt độ nước thải tăng thì độ hoà tan của oxy trong nước bị giảm. Do đó để duy trì nồng độ Oxy hòa tan trong nước, người ta tiến hành sục khí mãnh liệt và liên tục. 4.3.3 Ảnh hưởng của kim loại nặng Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ các muối kim loại nặng. Khi đó, hoạt động sinh hóa của chúng bị giảm, do sự phát triển mạnh của vi khuẩn dạng sợi làm cho bùn hoạt tính bị phồng lên. Theo mức độ độc hại, các kim loại nặng có thể sắp xếp theo thứ tự sau: Sr > Ag > Cu > Hg > Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr+3 >V≥ Cd > Zn > Fe. Muối của các kim loại này làm giảm tốc độ làm sạch. Nồng độ cho phép của các chất độc để quá trình oxy hoá có thể xảy ra phụ thuộc vào bản chất của các chất đó. Trong những trường hợp khi nước thải chứa một số loại chất độc thì trong tính toán các công trình xử lý sẽ tính theo chất độc nhất. Hàm lượng của các chất khoáng khi cao hơn nồng độ cho phép cực đại cũng có thể ảnh hưởng xấu tới tốc độ làm sạch nước thải. 4.3.4 Hấp thụ và nhu cầu oxy Để oxy hoá các chất hữu cơ, các vi sinh vật cần có oxy và nó chỉ có thể sử dụng oxy hoà tan. Để cung cấp oxy cho nước thải, người ta tiến hành quá trình thông khí, khuếch tán dòng không khí thành các bóng nhỏ phân bố đều trong khối chất lỏng. Vì oxy ít hoà tan trong nước nên có thể bỏ qua trở lực khuếch tán của pha khí và tốc độ hấp thụ oxy do trở lực của pha lỏng quyết định. Sơ đồ của sự chuyển hóa oxy từ bóng khí tới các vi sinh vật được minh hoạ trên hình 4.4. Hình 4.4. sơ đồ di chuyển oxy tới vi sinh vật
  48. 48. 47 1.Lớp khuếch tán biên ở phía pha khí ( 𝑙/𝛽 𝑘) 2. Bề mặt phân pha; 3. Lớp khuếch tán biên ở phía pha lỏng 𝑙/𝛽𝑙; 4. Quá trình chuyển oxy từ bóng khí tới vi sinh vật; 5. Lớp khuếch tán biên ở pha lỏng bao quanh vi sinh vật; 6. Quá trình chuyển oxy vào trong tế bào; 7. Vùng phản ứng giữa phân tử oxy với các enzim. Chiều dày của lớp khuếch tán biên δ, khi chất lỏng vòng bao quanh vật thể có kích thước là L phụ thuộc vào hệ số khuếch tán D, độ nhớt 𝜇 𝑛, khối lượng riêng 𝜌n và vận tốc của chất lỏng vn theo phương trình sau: 𝛿 = 𝐷1/3 .( 𝜇 𝑛 𝜌 𝑛 ) 1/6 √ 𝐿 𝑉𝑛 (15) Vì các vi sinh vật có kích thước rất nhỏ và chúng chuyển động trong các hệ thống xử lý với vận tốc của nước thải nên chiều dày lớp biên khuếch tán của chất lỏng ở thành các tế bào nhỏ hơn rất nhiều so với xung quanh bọt khí, vì vậy trở lực của nó không đáng kể đối với sự chuyển của oxy. Mặt khác, bể mặt riêng của các vi sinh vật lớn hơn nhiều so với bề mặt riêng của các bóng khí. Do đó có thể kết luận quá trình chuyển oxy từ các bóng khí tới các vi sinh vật được hạn định chủ yếu bởi trở lực khuếch tán của chất lỏng xung quanh bóng khí. Đối với các khí hoà tan kém, hệ số chuyển khối được lấy bằng hệ ! cấp khối (KL ≈ 𝛽L). Do bề mặt tiếp xúc pha giữa không khí và nước th trong các hệ thống xử lý là không xác định được, vì vậy trong tính toán người ta sử dụng hệ số cấp khối thể tích 𝛽v. M = 𝛽v. V(C*- C) Trong đó: M : Lượng oxy được hấp thụ, kg/s; 𝛽v : Hệ số cấp khối thể tích, 1/S; : Thể tích nước thải trong hệ thống xử lý, m3; C*, C : Nồng độ cân bằng và nồng độ oxy ở trong khối chất lỏng, kg/m3. Từ biểu thức trên cho thấy, có thể tăng lượng oxy được hấp thụ bằr cách tăng ( 𝛽V hoặc động lực của quá trình. Việc thay đổi động lực của quá trình có thể thực hiện bằng cách tăng hàm lượng oxy trong không khí. tăng hàm lượng oxy trong không kt giảm nồng độ làm tăng hàm lượng oxy trong không khí, giảm nồng độ làm việc hoặc tăng áp suất của quá trình hấp thụ. Song tất cả các giải pháp trên đều không kinh tế hoặc không làm tăng cường độ quá trình một cách đáng kể. Cách tốt nhất tăng lượng oxy cấp vào trong nước thải là tăng hệ số cấp khối thể tích 𝛽V vì 𝛽 𝑣 = 𝑎𝛽𝐿 (17) Trong đó: 𝑎 = 6.𝜑 𝐾 𝑑 𝑏ọ𝑡 Ở đây
  49. 49. 48 𝜑 𝐾 : Hàm lượng không khí trong dòng nước thải; dbọt: Đường kính của bọt khí. Như vậy bằng cách tăng hàm lượng khí trong dòng thải và giảm đường kính bóng khí có thể tăng bề mặt riêng tiếp xúc pha một cách đáng kể. 4.3.5 Các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng Để tạo môi trường cho các vi sinh vật có thể hoạt động tốt, nước thải cần chứa hợp chất của các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng. Đó là các nguyên tố N, S, P, K, Mg, Ca, Na, Cl, Fe, Mn, Mo, Co, Zn, Cu... trong đó N, P, K là các nguyên tô' chủ yếu, cần được đảm bảo một lượng cần thiết trong xử lý sinh hoá. Hàm lượng các nguyên tố khác không cần phải định mức vì chúng có trong nước thải, ở mức đủ cho nhu cầu của các vi sinh vật. Khi thiếu nitơ lâu dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá các chất bẩn hữu cơ, còn tạo ra bùn hoạt tính khó lắng. Khi thiếu phốt pho dẫn đến sự phát triển vi khuẩn dạng sợi, là nguyên nhân chính làm cho bùn hoạt tính bị phồng lên, khó lắng và bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý, làm giảm sinh trưởng của bùn hoạt tính và giảm cường độ quá trình oxy hoá Các nguyên tố dinh dưỡng tốt nhất ở dạng các hợp chất tương tự như trong các tế bào vi sinh vật. Ví dụ, nitơ ở dạng nhóm amoni (NH4 +) còn phốt pho ở dạng muối tan của axit photphoric. Hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng phụ thuộc vào thành phần của nước thải và tỷ lệ giữa chúng được xác định bằng thực nghiệm. Để tính toán sơ bộ người ta thường lấy tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1. Tỷ lệ này chỉ đúng cho 3 ngày đầu, còn khi quá trình xử lý kéo dài, để tránh giảm hiệu suất của bùn hoạt tính, cần giảm lượng nitơ và phốt pho trong nước thải. Khi quá trình xử lý kéo dài 20 ngày thì tỷ lệ BOD:N:P cần giữ ở mức 200:5:1. Trường hợp trong nước thải không có đủ nitơ và phốt pho người ta bổ sung chúng bằng cách đưa thêm vào nước thải này phân bón nitơ, phốt pho và kali. Nếu trong nước thải sinh hoạt có chứa các chất dinh dưỡng này thì kết hợp xử lý nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt, không cần phải bổ sung các nguyên tố dinh dưỡng. Ngoài ra, pH cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo enzim trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Khoảng pH tối ưu cho sinh vật nói chung và vi sinh vật nói riêng là từ 6,5 đến 8,5. 4.4 Cấu trúc của các chất ô nhiễm và bùn hoạt tính 4.4.1 Quá trình oxy hóa sinh hóa và cấu trúc của một số hợp chất hữu cơ trong nước thải công nghiệp. - Tác nhân tham gia vào quá trình phân hủy các chất bẩn hữu cơ là vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm và một số sinh vật bậc thấp.
  50. 50. 49 - Quá trình oxy hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của các chất đó và vào nhiều yếu tố khác. Bên cạnh các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa như cacbonhydrat còn rất nhiều chất chỉ bị oxy hóa một phần thậm chí hoàn toàn không bị phân hủy. Đó là các chất hữu cơ tổng hợp như hydrocacbon, alcol, aldehyt, este,… - Có thể phân chia vi sinh vật phân hủy các chất bền vững ra thành 3 nhóm: + Nhóm vi sinh vật phân hủy các hợp chất mạch hở như alcol mạch thẳng, aldehyt và axit,… + Nhóm vi sinh vật phân hủy các hợp chất thơm như: benzne, phenol, toluene, xylen,… + Nhóm vi sinh vật oxy hóa hydrocacbon dãy polymetylen: hydrocacbon của dầu lửa (mạch ngắn), hydrocacbon no mạch hở dài như paraffin…. Khi nghiên cứu khả năng oxy hóa của các hợp chất hữu cơ có cấu trúc khác nhau, người ta đã đi đến kết luận sau: Những hợp chất có khối lượng phân tử lớn, với cấu trúc nhiều mạch nhánh bên là những chất không bị oxy hóa sinh hóa. Các chất không bị oxy hóa sinh hóa là những chất mà enzim của vi sinh vật không phân giải được và cũng là những chất không thể thẩm thấu khuếch tán qua màng tế bào. Đối với những chất có nguyên tử cacbon ở trung tâm, dù chỉ còn một lien kết H- C thì mức độ ảnh hưởng của cấu trúc nhành phân tử với quá trình oxy hóa sinh hóa cũng sẽ giảm đi. Trong lien kết H-C, nếu thay đổi nguyên tử hydro bằng các nhóm alkyl, hoặc các nhóm aryl thì sẽ khó bị oxy hóa sinh hóa hơn. Ngoài cacbon, nếu trong mạch có các nguyên tố khác thì sẽ làm cho chất hữu cơ bền vững hơn với quá trình oxy hóa sinh hóa. Ảnh hưởng nhiều nhất là mạch có oxy rồi đến lưu huỳnh và nitơ. 4.4.2 Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia vào xử lý nước thải Bùn hoạt tính và màng sinh học là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau. Bùn hoạt tính có dạng bông bùn màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước từ 3 đến 5 µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Những sinh vật sống là vi sinh vật (vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc), động vật bậc thấp (giòi, giun),… Màng sinh học phát triển ở bề mặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1 đến 3mm và hơn nữa. Màu của nó thay đổi theo thành phần nước thải, từ vàng xám đến màu nâu tối. Màng sinh học cũng gồm vi khuẩn, nấm mốc và các vi sinh vật khác. Trong quá trình xử lý, nước thải sau khi qua bể lọc sinh học, mang theo các hạt (phần tử) của màng sinh học có hình dạng khác nhau, kích thước từ 5 đến 30µm, với màu vàng sáng và nâu.
  51. 51. 50 Những vi khuẩn tham gia vào quá trình xử lý thường là các loại trực khuẩn không tạo nha bào, gram bào. Sự có mặt của các loại vi khuẩn dị dưỡng, với nhiều kiểu trao đổi chất sẽ làm cho bùn hoạt tính nhanh chóng thích nghi với nhiều loại nước thải khác nhau. Ngoài ra, chúng còn có khả năng sử dụng nitơ hữu cơ, nhiều loại còn có khả năng khử nitrat.
  52. 52. 51 Chương 5 CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ Các quá trình của phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên, hoặc trong các điều kiện xử lý nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. 5.1 Xử lý nước thải trong các công trính nhân tạo Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí thường bao gồm : bể thông khí sinh học (bể aeroten), lọc sinh học hoặc đĩa sinh học (màng sinh học). 5.1.1 Xử lý trong bể aeroten a) Mô tả quá trình - Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Quá trình làm sạch trong reroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí ở đây đảm bảo các yêu cầu cảu quá trình : làm nước được bão hòa oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Sơ đồ hệ thống thiết bị được trình bày trên hình 4.5 Hình 4.5. Sơ đồ hệ thống thông khí sinh học Quá trình sinh học diễn ra trong hệ thống thông khí được khái quát hóa trên hình 4.6 Huyền phù lỏng của vi sinh vật trong bể thông khí được gọi chung là chất lỏng hỗn hợp và sinh khối được gọi là chất rắn huyền phù của chất lỏng hỗn hợp (MLSS) Thuật ngữ “bùn hoạt tính” được bắt nguồn do khối vi sinh vật trong huyền phù sinh học có hoạt độ rất cao trong việc loại (khử) các chất hữu cơ hòa tan ra khỏi dung dịch. - Lượng oxy được hấp thụ có thể tính theo phương trình cấp khối (16). Khi tính đến đặc điểm của các thiết bị sục khí, phương trình này có thể chuyển thành dạng sau: 𝑅 = 𝐾 (𝛽. 𝐶∗ − 𝐶) (18) Trong đó : R : Tốc độ chuyển oxy từ không khí thành oxy hòa tan ( tốc độ hấp thụ),mg/l/h K : Hệ số chuyển oxy phụ thuốc vào loại thiết bị sục khí và kết cấu bể aeoten và đặc tính của nước thải , l/h Β : Hệ số bão hòa oxy của nước thải, thường bằng 0,8 – 0,9 C* : Nồng độ oxy hòa tan của nước sạch ở trạng thái bão hòa, mg/l (cho trong bảng tra cứu) C : Nồng độ oxy trong hỗn hợp lỏng, mg/l (β.C* - C) : Sự thiếu hụt oxy hòa tan, mg/l

×