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

1

MUC LUC

TRANG

Muc luc .............................................................................................................................. 1

Danh sa ch các chư viêt tăt ............................................................................................... 4

Danh sa ch các hinh ........................................................................................................... 6

Danh sa ch các bang .......................................................................................................... 7

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 8

1. MỤC ĐÍCH CỦA GIÁO TRÌNH .................................................... 8

CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ ................................. 9

1.1 Nguồn phát sinh nước thai ................................................................ 9

1.2 Thành phần nước thai đô thị ............................................................. 9

1.3 Tính chất nước thai .......................................................................... 11

1.4 Các chỉ tiêu cơ ban về nước thai .................................................... 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 bao vệ nguồn nước ................................ 15

1.6 Điều kiện xa nước thai vào nguồn tiêp 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 thai ............................................................. 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 chăng rác ................................................................................. 29

3.1.1 Khái niệm: ........................................................................................ 29

3.1.2 Cấu tạo:............................................................................................. 29

3.1.3 Vị trí: ................................................................................................. 30

2

3.1.4 Tính toán thiết kế: ............................................................................ 30

3.2 Bể lăng 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 lăng............................................................................................... 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 tê bào và động học của phan ứng enzim ......... 43

4.3 Ảnh hưởng của các yêu tố khác nhau lên tốc độ oxy hóa sinh hóa 45

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 thai trong các công trính nhân tạo ............................. 51

5.1.1 Xử lý trong bể aeroten..................................................................... 51

5.1.2 Lọc sinh học...................................................................................... 59

3

5.2 Làm sạch nước thai 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 trinh 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 thai sinh hoạt và nước thai 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 trinh 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 khao ..........................................................................................................72

Phu luc .............................................................................................................................73

4

DANH SACH CÁC CHƯ VIẾT TĂT

Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng việt

ADP Adenozin Diphốtphát

ATP Adenozin Triphốtphát

BHT Bùn hoạt tính

BLC Bể lăng 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 thai phân tán

DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan

EPA Environment Protection Agency Cuc bao vệ môi trường mỹ

FB Fludized Bed Bể phan ứng tầng sôi

HRT Hydraulic Retantion Time Thời gian lưu nước

HLR Hydraulic Load Rate Tai trọng thủy lực

HTTN Hệ thống thoát nước

KCN Khu công nghiệp

KCX Khu chê xuất

MPN Most Probability Number Số xuất hiện nhiều nhất

NTSH Nước thai sinh hoạt

OLR Organic Load Rate Tai trọng chất hưu cơ

SBR Seuquencing Batch Reactor Bể phan 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 răn hòa tan

XLNT Xử lý nước thai

UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hướng lên

XLNT Xử lý nước thai

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

6

DANH SACH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hinh 1.1. Ban đồ vị trí địa lý quận 9, Tp.HCM ..... Error! Bookmark not defined.

7

DANH SACH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG

Bang 1.1. Các chỉ tiêu về dân số trên địa bàn Quận từ năm 2006-2010 ......... Error!

Bookmark not defined.

Bang 1.2. Lao động trong độ tuổi qua các năm 2006-2010.. Error! Bookmark not

defined.

8

LỜI NÓI ĐẦU

1. MUC ĐÍCH CỦA GIÁO TRÌNH

9

Chương 1

TÔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

1.1 Nguồn phát sinh nước thai

Nước thai sinh hoạt là loại nước sau khi sử dung xa ra từ nhà bêp, nhà vệ sinh,nhà

tăm giặt,nhà ăn từ nhà ở, nhà chung cư, khách sạn, bệnh viện...và xí nghiệp công

nghiệp.

Nước thai đô thị bao gồm nước thai sinh hoạt, nước thai bệnh viện, trường học, và

các muc đích khác là nước đã được sử dung cho các muc đích ăn uống, sinh hoạt, tăm

rửa, vệ sinh nhà cửa của các khu dân cư, công trinh công cộng, cơ sở dịch vu. Như

vậy, nước thai đô thị được hinh thành trong quá trinh sinh hoạt của con người trong

các đô thị.

Tiêu chuẩn nước thai sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp.

Tiêu chuẩn nước thai sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là từ 100 đên 250

l/người/ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 đên 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 đên 180 l/người/ngày. Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn nước thai sinh hoạt

từ 50 đên 120 l/người/ngày. Tiêu chuẩn nước thai phu thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước.

Thông thường tiêu chuẩn nước thai sinh hoạt lấy bằng 80 đên 100% tiêu chuẩn cấp

nước cho muc đích nào đó. Ngoài ra, lượng nước thai sinh hoạt của khu dân cư còn

phu thuộc vào điều kiện trang thiêt bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiêt và tập

quán sinh hoạt của nhân dân.

1.2 Thành phần nước thai đô thị

Theo ban chất ô nhiễm thi nước thai sinh hoạt bao gồm các chất vô cơ, hưu cơ, vi

sinh vật..: Các chất vô cơ trong nước thai sinh hoạt chiêm độ 42 % gồm: cát, các hạt

đất sét, xỉ..,các muối khoáng, axít vô cơ, kiềm vô cơ..Các chất hưu cơ trong nước thai

sinh hoạt chiêm đên 58 % gồm các chất hưu cơ thực vật: cặn bã thực vật,lá cây ,rau

hoa qua, giấy...và nguyên tố hóa học chính của dạng ô nhiễm này là Cácbon; các chất

hưu cơ động vật: các chất bài tiêt của người và động vật, xác động vật... và nguyên tố

hóa học chủ yêu của dạng này là Nitơ. Vi sinh vật trong nước thai sinh hoạt gồm các

10

loại nấm,rong tao nhỏ và vi trùng trong đó có ca các vi trùng lây bịnh: thương hàn,

kiêt lị.. Thành phần hóa học của chúng thuộc nhóm ô nhiễm hưu cơ.

Thành phần vật lý: biểu thị dạng các chất bẩn có trong nước thai ở các kích thước

khác nhau, được chia thành 3 nhóm:

Nhóm 1: gồm nhưng chất không tan chứa trong nước thai ở dạng thô (vai,

giấy, cành lá cây, sạn, sỏi,cát, da, lông … ); ở dạng lơ lưng ( > 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 thai 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…

(chiêm khoang 42% đối với nước thai sinh hoạt).

Thành phần hưu cơ: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bã bài

tiêt... (chiêm khoang 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, tao, vi khuẩn, ...

* Các thành phần đặc trưng của nước thai sinh hoạt:

Hòa tan

Hưu cơ 20%

Vô cơ 30%

Keo

Hưu cơ 8%

Vô cơ 2%

11

Huyền phù

Hưu cơ 15%

Vô cơ 5%

Tạp chất thô và

chất lơ lửng

lăng được

Hưu cơ 15%

Vô cơ 5%

1.3 Tính chất nước thai

Tính chất vật lý:

Kha năng lăng đọng hay nổi lên của chất bẩn.

Kha năng tạo mùi và các anh hưởng của mùi.

Kha năng tạo màu và các anh hưởng của màu.

Kha năng biên đổi nhiệt độ của nước thai.

Kha năng giư ẩm của bùn cặn.

Tính chất hóa học:

Kha năng phan ứng của các chất bẩn sẵn có trong nước thai.

Kha năng phan ứng của các chất bẩn sẵn có trong nước thai và các hóa chất

thêm vào.

Kha năng phân hủy hóa học nhờ các lực cơ học và vật lý.

Tính chất sinh học: kha năng phân hủy sinh học các chất bẩn trong điều kiện hiêu

khí và kị khí, tự nhiên và nhân tạo.

1.4 Các chỉ tiêu cơ ban về nước thai

1.4.1 Các chỉ tiêu lý học

1. Chất răn tổng cộng

Chất răng bao gồm các chất lơ lửng hoặc các chất hoà tan trong nước và nước

thai. Chất răn được chia thành các phần khác nhau, nồng độ của chúng cho biêt chất

12

lượng nước thai và là tham số quan trọng để kiểm soát các quá trinh xử lý. Thành

phần chất răn trong nước thai bao gồm :

Tổng chất răn (TS) bao gồm : tổng chất răn lơ lửng (TSS) và tổng chất răn bay

hoà tan (TDS). Mỗi một phần của chất răn lơ lửng và chất răn hoà tan có thể chia

thành phần bay hơi và phần cố định.

Tổng chất răn lơ lửng (TSS) là phần cặn không có kha năng lọc. Tiêu

chuẩn TSS đối với nước thai 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 0,2m. Cặn giư lại trên giấy lọc

được nung trong lò nung với thời gian ít nhất là 1 giờ ở nhiệt độ từ 103 oC

đên 105oC cho đên khi khối lượng không đổi.

Tổng chất răn hoà tan (TDS) được gọi là cặn không có kha năng lọc. Tổng

chất răn hoà tan có trong nước thai thô thường là 250 – 850 mg/l.

2. Mùi

Việc xác định mùi của nước thai rất khó khăn. Mùi của nước thai còn mới thường

không gây ra cam giác khó chịu, nhưng một loạt các hợp chất gây mùi khó chịu sẽ

được toa ra khi nước thai bị phân huỷ sinh học dưới các điều kiện yêm khí. Hợp chất

gây mùi đặc trưng nhất là H2S. Ngoài ra còn có các chất khác như indol, skatot,

cadaverin...Nước thai công nghiệp có thể có các mùi đặc trưng của từng loại hinh san

xuất

3. Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước thai thay đổi rất lớn, phu thuộc vào mùa trong năm. Sự thay đổi

nhiệt độ anh hưởng đên tốc độ lăng, mức độ oxy hoà tan và hoạt động của vi sinh vật.

Nhiệt độ của vi sinh vật là một yêu tố hêt sức quan trọng đối với một số bộ phận của

nhà máy xử lý nước thai như bể lăng, bể lọc.

4. Độ màu (Pt-Co)

Màu của nước thai là do chất thai sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do

các san phẩm được tạo ra từ các quá trinh phân huỷ các chất hưu cơ

13

Độ màu là thông số mang tính định tính, có thể được sử dung đánh giá trạng thái

chung của nước thai. Nước thai sinh hoạt để chưa quá 6 giờ thường có màu nâu nhạt.

Màu xám nhạt đên trung binh là đặc trưng của nước thai bị phân huỷ một phần. Nêu

nước thai có màu xám sẫm hoặc đen coi như nước thai bị phân huỷ hoàn toàn bởi các

vi khuẩn trong điều kiện yêm khí (không có oxy).

5. Độ đuc

Độ đuc của nước thai là do các chất lơ lửng và các chất dạng keo chứa trong nước

thai tạo nên. Đơn vị đo độ đuc là NTU.

Giưa độ đuc và hàm lượng chất lơ lửng trong nước thai thô chưa có mối quan hệ

đáng kể nào, tuy nhiên sau bể lăng 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 đuc (NTU)

1.4.2 Các chỉ tiêu hóa học và sinh học

1. pH

Trị số pH cho biêt nước thai có tính trung hòa pH = 7 hay tính axít pH < 7 hoặc

tính kiềm pH > 7. Quá trinh xử lý nước thai bằng phương pháp sinh học rấl nhạy cam

với sự dao động của trị số pH. Quá trinh xử lý hiêu khí yêu cầu giá trị pH trong

khoang 6,5 ÷ 8,5, khoang 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 thiêt để oxy hóa hoàn toàn các hợp chất

hưu cơ có trong nước.

Đo COD thuận tiện cho việc kiểm soát quá trinh xử lý nước thai vi thời gian xác

định nhanh hơn BOD5. Giá trị COD thường cao hơn BOD5. Tỷ lệ điển hinh giưa COD

và BOD5 trong nước thai thô thường là 0,5:1 và có thể giam xuống 0,1:1 đối với nước

thai sau khi xử lý bậc hai. Vùng COD tiêu chuẩn đối với nước thai thô từ 200 - 600

mg/l.

14

3. Nhu cầu oxy sinh học (BOD)

Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiêt cho vi khuẩn sử dung trong quá trinh

phân hủy chất hưu cơ trong điều kiện hiêu khí.

BOD5 một trong chỉ tiêu quan trọng nhất để kiểm soát ô nhiễm nguồn nước thai

sinh hoạt và công nghiệp, đánh giá kha năng tự làm sạch của nguồn nước. BOD càng

lớn chứng tỏ mức độ ô nhiễm càng nặng.

Công thức liên hệ giưa BOD20 và BOD5 : BOD20 = BOD5 / 0,684

4. Nitơ

Nitơ là chất dinh dưỡng quan trọng trong quá trinh phát triển của vi sinh trong các

công trinh xử lý sinh học. Nước thai sinh hoạt luôn có một số hợp chất chứa nitơ :

Nhóm các hợp chất chứa nitơ là protein và các san phẩm phân hủy của nó

như amino axít là nguồn thức ăn hưu cơ của vi khuẩn.

Nhóm các hợp chất hưu cơ chứa nitơ có trong nước thai băt nguồn từ phân

và nước tiểu (urê) của người và động vật.

Hai dạng hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong nước thai là nitrit và nitrat .

NH4+ NO2

- NO3-

Bởi vi amoni tiêu thu oxy trong quá trinh nitrat hóa và các vi sinh vật, rong, tao

dùng nitrat làm thức ăn để phát triển, cho nên nêu hàm lượng nitơ có trong nước thai

xa ra sông, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng kích thích sự phát

triển nhanh của rong, rêu, tao làm bẩn nguồn nước

5. Oxy hòa tan (DO)

Độ hòa tan của oxy là yêu tố quyêt định quá trinh phân hủy sinh học các chất ô

nhiễm hưu cơ trong nước trong điều kiện hiêu khí hay yêm khí do các vi sinh vật thực

hiện.

6. Chất hoạt động bề mặt

15

Chất hoạt động bề mặt là nhưng chất hưu 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 dung các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong công nghiệp.

Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt trong nước thai anh hưởng đên tất ca các giai

đoạn xử lý. Các chất này làm xấu đi quá trinh lăng của các hạt lơ lửng, tạo nên nhiều

bọt trong các công trinh xử lý, kiềm hãm các quá trinh xử lý sinh học.

7. Kim loại nặng

Kim loại nặng trong nước thai có anh hưởng đáng kể đên các quá trinh xử lý nhất

là xử lý sinh học. Các kim loại nặng độc hại gồm : Ni, Cu, Pb, Co, Cr, Hg... Ngoai ra

các có các kim loại độc hại khác như xianua, Sb, Bo...Kim loại nặng có trong nước

thai công nghiệp ở các ngành như chê tạo máy, điện tử và một số ngành da dung.

Trong nước thai chúng thường tồn tại dưới dạng ion và trong các liên kêt với các chất

hưu cơ và vô cơ.

1.5 Ô nhiễm nguồn nước và bao vệ nguồn nước

Các chất bẩn trong nước thai là tác nhân tác động trực tiêp đối với môi trường và

sức khoẻ con người. Đó là chất răn lơ lửng, chất hưu cơ phân huỷ sinh học, vi khuẩn

gây bệnh, hợp chất hưu cơ khó phân huỷ, chất dinh dưỡng (N,P), kim loại nặng và các

chất vô cơ hoà tan. Bang 1.1 đưa ra sự tác động điển hinh của các chất ô nhiễm trong

nước thai đối với môi trường và con người.

Bang 1.1 : Ảnh hưởng của nước thai đên môi trường

Chất ô nhiễm Nguồn gốc Tác động môi trường

Chất răn lơ lửng

(SS)

Nước thai sinh hoạt,

nước thai công nghiệp,

xói mòn bởi dòng chay

Gây ra sự lăng đọng bùn và điều

kiện kỵ khí trong môi trường

nước

Hợp chất hưu cơ

phân huỷ sinh học

Nước thai sinh hoạt,

nước thai công nghiệp

Gây ra phân huỷ sinh học dẫn đên

sử dung quá lượng oxy mà nguồn

nước có thể tiêp nhận dẫn đên các

16

điều kiện không thích hợp.

Vi khuẩn gây bệnh Nước thai sinh hoạt Truyển bệnh cho cộng đồng

Chất dinh dưỡng Nước thai sinh hoạt,

nước thai công nghiệp

Có thể gây ra hiện tượng phú

dưỡng

Các chất hưu cơ khó

phân huỷ

Nước thai công nghiệp Có thễ gây ra mùi và vọ, có thể là

chất độc hoặc chất gây ung thư

Kim loại nặng Nước thai công nghiệp,

nước hầm mỏ...

Độc

Các chất vô cơ hoà

tan

Nước sử dung cho sinh

hoạt và công nghiệp

Ảnh hưởng đên việc sử dung lại

nguồn nước

Chất răn trong nước thai có thể lăng đọng thành cặn, làm tăc 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 chay chậm sẽ anh hướng nhiều hơn so với nước chay tốc độ nhanh hơn. Trong

các hồ và sông có dòng chay chậm, tao được nuôi dưỡng bằng các chất dinh dưỡng,

khi chúng bị phân huỷ sẽ lăng xuống mặt đáy như trầm tích. Sau đó chất dinh dưỡng

được giai phóng khỏi trầm tích trở lại pha nước. Trong giai đoạn đầu, sự sống dưới

nước phú dưỡng khá phong phú, tao phát triển rất mạnh, một lượng lớn tao băt đầu

chêt để cho một chu kỳ san sinh mới. Sự phân huỷ tao chêt làm BOD của nước tăng

lên, dẫn đên nước bị suy giam oxy. Một số loại tao tiêt ra chất độc có thể làm nguy hại

đên các loài chim ăn cá và làm gây bỏng da khi tiêp xúc với nước. Nước bị phú dưỡng

sẽ nâng giá thành xử lý, đặc biệt trong xử lý nước thai cho muc đích sinh hoạt.

Kim loại nặng và các chất độc hại khác được sử dung 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 chê tạo đường ống cung cấp nước, các chất tẩy rửa, các loại vật liệu để lợp

17

mái nhà, hệ thống thoát nước... Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước thai đủ cao,

chúng sẽ đầu độc vi khuẩn, thực vật, động vật và con người.

Để ngăn can sự huỷ hoại môi trường, nước thai cần được xử lý. Xử lý nước thai là

loại bỏ chất răn và BOD của nước thai. Trên cơ sở đó, cần phai đưa ra mức độ xử lý

nước thai để đạt được nồng độ giới hạn của chất bẩn trước khi thai ra môi trường.

Mức độ xử lý nước thai sẽ phu thuộc vào các tiêu chuẩn cho phép của từng quốc gia.

Biện pháp được coi là có hiệu qua nhất để bao vệ nước mặt là :

Hạn chê số lượng nước thai xa vào nguồn nước

Giam thiểu nồng độ ô nhiễm trong nước thai theo qui chuẩn bằng cách áp

dung các công nghệ xử lý phù hợp đủ tiêu chuẩn xa ra nguồn tiêp nhận.

1.6 Điều kiện xa nước thai vào nguồn tiếp nhận

Xử lý và xa nước thai ra nguồn tiêp nhận phai thỏa mãn 2 yêu cầu:

Giam tối thiểu anh hưởng độc hại của nước thai đên sức khỏe cộng động.

Loại bỏ hoàn toàn hoặc giam tối đa tác động xấu của nước thai đên chất

lượng nước trong nguồn tiêp nhận và chất lượng của môi trường tự nhiên.

1.6.1 Xa nước thai vào nguồn tiếp nhận:

Xa nước thai vào nguồn tiêp nhận phai thỏa mãn:

Không có vi trùng (virut) gây bệnh.

Không bị độc hại do tác động của các kim loại nặng và các chất hưu cơ

khó phân hủy như thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu.

1. Xa nước thai vào cánh đồng tưới:

Dẫn nước thai theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng ống phân phối

phun nước thai 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 nhưng nơi có khối lượng nước thai nhỏ, vùng đất

khô cằn xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiêu độ ẩm. Ở cánh đồng tưới

không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vi vi khuẩn, virut gây bệnh và kim loại

18

nặng trong nước thai chưa được loại bỏ sẽ gây tác hại cho sức khỏe người sử dung

thực phẩm này.

2. Xa nước thai vào các hố đào và giêng thấm:

Phương pháp này còn gọi là quá trinh làm sạch bằng thấm lọc tự nhiên, được sử

dung khi:

Lưu lượng nước thai nhỏ, đất có hệ số thấm thích hợp và có cấu trúc dạng

hạt, đủ độ rỗng để vi sinh yêm khí dính bám vào hạt của tầng đất. Trọng

phạm vi cách ly (khoang cách để quá trinh làm sạch yêm khí xay ra hoàn

toàn) không được đào giêng lấy nước sinh hoạt.

Nước thai không có kim loại nặng, đã lăng cặn và không có thuốc tẩy,

thuốc trừ sâu.

3. Xa nước thai vào sông, suối, hồ, ao:

Phương pháp nhằm pha loãng nước thai và tận dung kha năng tự làm sạch của các

nguồn nước tự nhiên.

Khi xa nước thai vào nguồn tiêp nhận sẽ gây nhiễm bẩn với mức độ phu thuộc

vào: lưu lượng và chất lợng nước thai, 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 tiêp nhận cung cấp cho quá trinh làm sạch

hiêu khí các chất hưu cơ. Tuy vậy các chất nổi hoặc lơ lửng, vi trùng gây bệnh, kim

loại nặng nêu không loại bỏ trước sẽ gây ô nhiễm môi trường. Vi thê phai làm sạch

nước thai trớc khi xa vào nguồn tiêp nhận.

1.6.2 Xử lý nước thai theo luật môi trường:

Cơ quan quan lý môi trường sẽ căn cứ vào kha năng tự làm sạch của nguồn tiêp

nhận, nó là hàm số của: khối lượng nước, chê độ dòng chay, hiệu qua khuấy trộn, thời

gian lưu giư của nước thai trong hỗn hợp, nhiệt độ nước, chất lượng nước thai và vai

trò của nguồn tiêp nhận trong hệ sinh thái để quyêt định mức độ xử lý nước thai trước

khi được xa vào nguồn tiêp nhận.

Mức độ cần thiêt xử lý nước thai phu thuộc vào:

19

Nồng độ bẩn của nước thai.

Kha năng tự làm sạch của nguồn tiêp nhận.

Yêu cầu về mặt vệ sinh môi trường.

Nguồn nước như là một công trinh 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 thai của nguồn theo Luật bao vệ nguồn nước:

Hồ chứa nước

Chất nhiễm bẩn

Loại 1 Loại 2 Loại 3

1. Chất lơ lửng Sau khi xa nước thai 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 xa nước thai vào và xáo trộn kỹ, thi hỗn hợp nước thai 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 xa nước thai vào và xáo trộn kỹ, nhu cầu ôxy cho quá

trinh sinh hóa hoàn toàn của nước hỗn hợp không vượt quá:

3 mg/l 6 mg/l Không quy định

5. Phan ứng Nước thai xa vào nguồn không được làm thay đổi phan ứng: 5,5

pH 8,5

6.Màu săc Hỗn hợp nước thai và nước nguồn sau khi xáo trộn kỹ phai không

có màu khi nhin qua cột nước cao:

20 cm 10 cm 5 cm

20

7.Vi trùng gây bệnh Cấm xa vào nguồn nước nhưng loại nước thai chứa vi trùng gây

bệnh.

8.Nhưng chất độc

hại

Nước thai xa vào nguồn nước không mang tính độc hại.

* Quy chê bao 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

chê biên thực phẩm.

Nguồn loại 2: nguồn dùng để cung cấp nước cho công nghiệp, dùng để

chăn nuôi cá, nghỉ ngơi tăm giặt.

Nguồn loại 3: nguồn mang tính chất trang trí kiên trúc, chăn nuôi thủy san,

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 răn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100

4. Tổng chất răn 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

21

10. Phosphat (PO43 -) (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 thai sinh hoạt khi thai vào các nguồn nước được dùng cho

muc 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 thai sinh hoạt khi thai vào các nguồn nước không dùng cho muc

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).

22

Chương 2

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 Các phương pháp xử lý

Để xử lý nước thai, trong thực tê thường ứng dung 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 thai cần thực hiện giai đoạn khử trùng trước khi xa ra sông hồ.

2.1.1 Xử lý cơ học

Thực chất của phương háp xử lý cơ học nước thai là loại tạp chất không hòa tan ra

khỏi nước thai bằng cách gạn lọc, lăng và lọc.

Trong phương pháp này thường ứng dung các công trinh sau đây:

Song chắc rác

Để loại các loại rác và các tạp chất có kích thước lớn hơn 5mm thường ứng dung

song chăn rác, còn các tạp chất nhỏ hơn 5mm thường ứng dung lưới chăn.

Bể lắng cát

Bể lăng được ứng dung để loại các tạp chất vô cơ và chủ yêu là cát trong nước

thai

Bể vớt mỡ, dầu, dầu mỏ

Các loại công trinh này thường được ứng dung khi xử lý nước thai công nghiệp,

nhằm để loại các tạp chất nhẹ hơn nước: mỡ, dầu mỏ,… và tất ca các dạng chất nổi

khác.

Đối với nước thai sinh hoạt, khi hàm lượng mỡ không cao. Thường việc vớt mỡ

không thực hiện ở bể vớt mỡ mà thực hiện ngay bể lăng nhờ các thanh gạt bố trí ngay

trong bể lăng.

Bể lắng

Bể lăng được ứng dung 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 lăng

xuống đáy bể, còn chất lơ lửng có tỷ trọng nhẹ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước.

23

Bể lăng được chia làm ba loại:

Bể lăng ngang trên mặt bằng có dạng hinh chư nhật. Quá trinh lăng được

thực hiện theo phương pháp chuyển động ngang của nước thai với vận tốc

tính toán tương ứng.

Bể lăng đứng trên mặt bằng thường có dạng hinh tròn hoặc hinh vuông.

Quá trinh lăng được thực hiện theo phương thẳng đứng ngược chiều với

chiều chuyển động của nước thai.

Bể lăng ly tâm trên mặt bằng thường có dạng hinh tròn, quá trinh lăng chất

lơ lửng xay ra tương tự như ở bể lăng ngnag, nhưng khác ở chỗ nước thai

chuyển động từ tâm ra xung quanh.

Bể lọc

Bể lọc được ứng dung 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 trinh này chỉ ứng

dung để xử lý một vài loại nước thai công nghiệp.

Trường hợp khi mức độ cần thiêt làm sạch nước thai không cao lăm (40 – 60%)

và các điều kiện vệ sinh cho phép thi phương pháp xử lý cơ học giư vai trò chính

trong trạm xử lý. Trong nhưng 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 đên 60% các tạp chất không hòa tan

trong nước thai sinh hoạt và có thể làm giam NOS đên 20%.

Để tăng hiệu suất làm việc của phương pháp xử lý cơ học, có thể ứng dung nhiều

biện pháp tăng cường quá trinh lăng trong các công trinh tương ứng: bể làm thoáng có

bùn hoạt tính dư, bể làm thoáng không có bùn hoạt tính dư (hiệu suất lăng có thể đạt

60 – 65%) hoặc bể đông tu sinh vật (hiệu suất lăng đạt đên 75% và hàm lượng NOS

giam đên 40 – 45%).

2.1.2 Xử lý nước thai bằng phương pháp hóa học và hóa lý

Thực chất của phương pháp hóa học là đưa vào nước thai chất phan ứng nào đó.

Chất này tác dung với các tạp chất bẩn chứa trong nước thai và có kha năng loại

24

chúng ra khỏi nước thai dưới dạng cặn lăng hoặc dưới dạng hòa tan không độc hại. Ví

du: phương pháp trung hòa nước thai chứa axit và kiềm, phương pháp ôxy hóa,…

Các phương pháp hóa lý thường ứng dung để xử lý nước thai là: phương pháp

keo tu, hấp phu, trích ly, cô bay hơi, tuyển nổi,… (thực chất của các quá tròn hóa lý

nói trên xem kỹ giáo trinh “Cơ sở hóa học của các quá trinh xử lý nước thiên nhiên và

nước thai” phần thứ ba).

Phương pháp hóa học và háo lý học được ứng dung chủ yêu để xử lý mà

phương pháp xử lý hóa học hay hóa lý là giai đoạn cuối cùng (nêu như mức độ xử lý

đạt yêu cầu có thể xa nước ra nguồn) hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ (vi du khử một vài

lien kêt độc hại anh hưởng đên chê độ làm việc binh thường của các công trinh xử lý.

2.1.3 Xử lý nước thai bằng phương pháp sinh hóa

Thực chất của phương pháp sinh hóa là quá trinh khoáng hóa các chất bẩn hưu cơ

chứa trong nước thai ở dạng hòa tan, keo và phân tán nhỏ nhờ các quá trinh sinh hóa.

Nói một cách khác, thực chất của quá trinh sinh hóa là dựa vào sự hoạt động sinh tồn

của vi sinh vật có kha năng ôxy hóa hoặc khử các chất bển hưu cơ chứa trong nước

thai.

Phu 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 trinh mà quá trinh làm thoáng gần như tự

nhiên: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật,… Trong điều kiện khí

hậu nước ta, các công trinh xử lý sinh học tự nhiên có một ý nghĩa lớn. Thứ

nhất nó giai quyêt vấn đề làm sạch nước thai đên mức độ cần thiêt, thứ hai

nó phuc vu tưới ruộng, làm mầu mỡ đất đai và nuôi cá. Điều quan trọng là

cần nghiên cứu tim cho được các thong số tính toán thích hợp với điều kiện

nước ta và trên cơ sở dó tim phương pháp xử lý tối ưu nhất. Đó là phương

hướng nghiên cứu đúng đăn nhất về vấn đề xử lý nước thai ở Việt Nam

trong điều kiện hiện nay.

25

Dang thứ hai gồm các công trinh 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 tai, aerotan.

Quá trinh xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thề thực hiện đên mức độ

hoàn toàn (xử lý sinh học hoàn toàn) khi NOS của nước thai giam đên 90 – 95% và

không hoàn toàn NOS giam đên 40 – 80%.

Giai đoạn xử lý sinh học được tiên hành sau giai đoạn xử lý cơ học. Bể lăng ở

giao đoạn xử lý cơ học được gọi là bể lăng đợt một, hay còn gọi một cách đơn gian là

bể lăng một.

Sau giai đoạn xử lý sinh học biôphin, cùng với nước thai 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 thai sau biôphin và aerotan thường ứng dung phương pháp lăng. Bể lăng

trong trường hợp này được gọi là bể lăng đợ hai (bể lăng II).

Trong trường hợp xử lý sinh học bằng aerotan thường phai 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 lăng II đầu tiên được dẫn vào bể nén bùn để làm giam độ ẩm của bùn

đên một giá trị cần thiêt và sau đó được dẫn vào bề mêtan cùng với cặn tươi từ bể lăng

I.

Quá trinh 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 thai trước khi xa vào nguồn.

Giai đoạn khử trùng có thể thực hiện sau giai đoạn xử lý cơ học nêu như trạm

xử lý nước thai chỉ giới hạn ở xử lý cơ học mà thôi.

Xử lý cặn của nước thai

2.2 Sơ đồ trạm xử lý nước thai

2.2.1 Nguyên tắc chọn các sơ đồ công nghệ của trạm xử lý

26

Sơ đồ và thành phần các công trinh trong trạm xử lý nước thai phu thuộc vào các

yêu tố sau đây:

Mức độ cần thiêt làm sạch nước thai, lưu lượng nước thai cần xử lý, tinh hinh đại

chất và địa chất thủy văn, điều kiện điện, nước,...

Các công trinh xử lý nước thai được bố trí sao cho nước thai tự chay liên tuc từ

công trinh này sang công trinh 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 lăng. Sau các công trinh xử lý cơ

học là các công trinh 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 trinh phuc vu quá trinh khử trùng.

Các công trinh xử lý cặn cũng được bố trí theo một trinh tự nhất định.

Khi dùng bể lăng hai vỏ thi cặn lên men được xa trực tiêp vào sân phơi bùn.

Khi dùng bể mêtan, thi cặn tươi từ bển lăng I đầu tiên dẩn vào bể mêtan để thực hiện

quá trinh lên men cặn , và sau đó cặn lên men được dẫn ra sân phơi bùn hoặc thiêt 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 lăng II một phần được ứng dung nhằm muc đích làm tăng cường quá

trinh 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 đên bể mêtan để xứ lý với cặn tươi

2.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thai

Trong nhiều trường hợp, sơ đồ trạm xử lý nước thai có thể có dạng điển hinh sau

đây:

Sơ đồ I (hinh vẽ 3_1)

Sơ đồ này được ứng dung khi lưu lượng nước thai dưới 25m3/ngđ. Khi chỉ yêu cầu

xử lý sơ bộ thi có thể ứng dung theo sơ đồ ở hinh vẽ 3.1a, trường hợp yêu cầu xử lý

sinh học có thể ứng dung theo sơ đồ hinh vẽ 3.1b.

Sơ đồ II (hinh vẽ 3.2).

27

Với lưu lượng nước thai dưới 5000m3/ng.đ có thể sử dung sơ đồ II. Trong hinh vẽ

3.2a trinh bày sơ đồ trạm xử lý với yêu cầu xử lý sinh học.

Khi điều hòa đất đai theo phương pháp thi sơ đồ ở hinh vẽ 3.2b có thể thay đổi

biophin cao tai, bể lăng II, bể tiêp xúc bằng cánh đồng tưới hoặc cánh đồng lọc (Hinh

vẽ 3-3)

Với lưu lượng nước thai thai dưới 1000 m3/ng.đ có thể dung ứng dung biôphin

nhỏ giọt thay thê biôphin cao tai.

Cặn từ bể lăng II có thể đưa vào bể lăng hai vỏ hoặc dẫn đên sân phơi bùn.

Sơ đồ III (Hinh vẽ 3-4)

Khi lưu lương nước thai lớn hơn 1000 m3/ng.đ và mức độ xử lý chỉ yêu cầu đên

giai đoạn xử lý cơ học có thể ứng dung sơ đồ III.

Rác sau khi đã nghiền nhỏ có thể dẫn trở lại vào trạm xử lý trước song chăn rác

hoặc có thể dẫn trực tiêp đên bể mêt an.

Cặn từ bể tiêp xúc có thể dẫn đên sân phơi bùn hoặc có thể dẫn đên trước bể lăng I

nêu như hàm lượng clo trong giai đoạn này không làm anh hưởng đên quá trinh sinh

hóa yêm khí trong bể mêtan..

Sơ đồ IV (Hinh 3-5)

Khi lưu lượng nước thai lớn hơn 10000 m3/ng.đ và mức độ xử lý yêu cầu đên giai

đoạn xử lý sinh học có thể ứng dung sơ đồ IV.

Sơ đồ trạm xử lý nước thai với làm sạch sinh học tuần hoàn trinh bày ở hinh vẽ

3.5 và làm sạch không hoàn toàn ở hinh 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 đên bể aerotan. Trạm khí nén có nhiệm cu cung cấp khí nén cho các

bể aerotan và bể tái sinh.

28

Tất ca các sơ đồ nêu ở trên đều có tính chất điển hinh mà thôi. Trong từng trường

hợp cu thể, trong từng nhiệm vu thiêt kê cũng như các điều kiện thực tê khác nhau có

thể có các dạng sơ đồ tương ứng thích hợp hơn (xem “Thiêt kê tính toán các công

trinh xử lý nước thai”).

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 chăn giư nhưng rác bẩn thô và các tạp chất không tan có kích thước

lớn ra khỏi nước thai (giấy, rau cỏ, rác …), là công trinh xử lý sơ bộ để chuẩn bị điều

kiện cho việc xử lý nước thai sau đó.

SCR gồm các thanh đan săp xêp cạnh nhau ở trên mương dẫn nước, khoang cách

giưa các thanh đan gọi là khe hở. SCR được phân thành các nhóm sau:

Theo khe hở song chăn phân biệt loại thô (30 ÷ 200 mm), loại trung binh (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 chăn phân biệt loại thủ công (lượng

rác < 0,1m3/ng.đ) và cơ giới (> 0,1m3/ng.đ).

3.1.2 Cấu tạo:

Song chăn rác gồm các thanh chăn rác bằng thép không rỉ, săp xêp cạnh nhau và

hàn cố định trên khung thép. Khoang cách giưa các thanh chăn gọi là khe hở.

Thanh chăn rác có có dạng như : tiêt diện tròn d = 8 – 10mm, chư nhật sxb =

10x10 và 8x60 mm, bầu duc....

30

3.1.3 Vị trí:

Song chăn rác thường được đặt trên mương dẫn rác. Song chăn rác thường được

xây dựng trước các công trinh xử lý bậc 1 nhằm giư các loại rác thô có kích thước lớn

trước khi đi vào xử lý nước thai.

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 thai qua SCR là 0,7 ÷ 1,0 m/s, rác được giư lại ở phía trước

SCR và ứ đọng gây ra tổn thất cột áp lớn nên cần phai lấy rác thường xuyên khỏi

SCR.

a. Tính toán kích thước SCR :

Số khe hở giưa các thanh:

n = q

max

V.h1. b . Ko

Trong đó: qmax : lưu lượng lớn nhất của nước thai, m3/s.

b : chiều rộng khe hở giưa 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 đên độ thu hẹp dòng chay khi dùng cào rác cơ giới

(Ko1.05)

Chiều rộng tổng cộng của SCR:

Bs = (n - 1).S + b.n

Trong đó: S : là bề dày của thanh song chăn.

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.

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 đên sự tăng tổn thất do rác vướng măc ở SCR, chọn

K = 3.

: hệ số tổn thất cuc bộ qua SCR phu thuộc vào hinh dạng tiêt diện

của thanh:

: góc nghiêng đặt SCR so với phương ngang, = 60o .

: hệ số phu thuộc vào dạng tiêt diện ngang của thanh

= 2,42 = 1,97

c. Lượng rác được giư 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 dung hệ thống, người.

Rác được vớt lên SCR có các đặc tính sau:

Độ ẩm khoang 80%.

Độ tro khoang 7 ÷ 8%.

Trọng lượng thể tích khoang 750kg/m3.

Khi không có máy nghiền rác, có thể tiên hành chôn lấp rác hợp vệ sinh:

- Dùng clorua vôi răc lên rác để tránh phát sinh ruồi.

- Dùng đất lấp lên hố đổ rác.

32

3.2 Bể lắng cát

3.2.1 Cơ sở thiết kế:

Bể lăng cát được dùng để loại nhưng hạt cặn vô cơ lớn chứa trong nước thai mà

chủ yêu là cát. Bể lăng cát được xây dựng khi lượng nước thai lớn hơn 100m3/ngày.

Bể thường được tính toán để giư 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 lăng cát, người ta lựa chọn các bể lăng cát

ngang, bể lăng cát đứng, bể lăng cát suc khí...Nhưng trên thực tê, bể lăng cát ngang

được sử dung phổ biên nhất.

Để thiêt kê bể lăng cát người ta dựa vào :

Thời gian lưu nước

Tốc độ dòng chay

Độ lớn thuỷ lực của hạt cặn

Kích thước hạt cát

Tai trọng bề mặt

3.2.2 Bể lắng cát ngang:

Bể lăng cát ngang thường có dạng hinh chư nhật thường dùng trong các nhà máy

có công suất nhỏ. Các hạt cát có dòng chay theo hướng ngang từ đầu bể đên cuối bể

với vận tốc được kiểm soát theo kích thước bể. Sau đó, dưới tác dung của trọng lực

ban thân, các hạt cát sẽ lăng xuống đáy bể và được tập trung về hố thu cát bằng thủ

công hoặc bằng thiêt bị cào cát cơ giới.

Các tiêu chuẩn thiêt kê bể lăng cát ngang :

Thời gian lưu (s) 60

Tốc độ ngang (m/s) 0,3

Tốc độ lăng đối với

d = 0,21 mm 1,15

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 lăng cát ngang :

Tốc độ chuyển động của dòng chay càng lớn thi 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 chay càng nhiều. Ngược lại , tốc độ dòng chay càng bé thi

các cặn nhỏ rơi xuống đáy tạo thành cặn lăng càng nhiều. Giới hạn tốc độ

dòng chay V = 0,15 ÷ 0,3 m/s và thời gian lưu nước 30 ÷ 60 s.

Chiều dài bể lăng cát ngang:

L = 1000 . H . V

Uo

. K (m)

Trong đó: V : tốc độ dòng chay của nước trong bể, V = 0,15 ÷ 0,3 m/s

H : chiều sâu phần lăng, H = 0,5 ÷ 0,8 m

Uo : độ lớn thủy lực của hạt cặn, mm/s

K : hệ số phu thuộc chê độ chuyển động và tốc độ rơi của hạt

cát trong bể lăng. 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 tiêt điện ướt của phần lăng:

F = Q

UO

. K (m2)

Trong đó: Q : lưu lượng tối đa của nước thai, m3/s

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 giưa 2 lần lấy cát, T = 2 ÷ 4 ngày

N : số người sử dung hệ thống

a : tiêu chuẩn giư 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 đam 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 đên thành trên cùng của bể, h3 =

0,2 – 0,4m

3.2.3 Bể lắng cát thổi khí:

Bể lăng cát thổi khí là bể lăng có dạng hinh chư nhật trên mặt bằng. Ở cách đáy bể

45 – 60 cm có bố trí hệ thống thổi khí. Dưới hệ thống suc 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.

35

Hiệu qua tách loại cát rất cao. Nhờ có thổi khí tạo nên sự chuyển động vòng, khăc

phuc kha năng lăng các chất hưu cơ mà các loại bể lăng khác thường gặp phai.

Tính toán bể lăng cát thổi khí :

Tốc độ chuyển động xoay quanh chu vi mặt căt ngang với vận tốc xoay :

0,25-0,3m/s

Chuyển động thẳng theo truc 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 lăng cát đứng được xây dựng theo nguyên tăc nước dâng từ dưới lên tr6e dọc

theo thân bể.

Nước thai được dẫn theo ống tiêp tuyên ở phía dưới phần hinh tru của bể tạo ra

chuyển động vòng và do nước dâng từ dưới lên nên tạo ra chuyển động tịnh tiên.

Chuyển động tịnh tiên và chuyển động vòng tạo nên chuyển động vừa xoay vòng vừa

xoăn 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 nhưng chất

hưu cơ bám dính.

Tính toán bể lăng cát đứng thường theo tai trọng bề mặt.

Các thông số tính toán bể lăng cát đứng :

Tai trọng bề mặt 110 -130 m3/m2.h

Tốc độ nước chay trong máng thu 0,4 m/s

Thời gian lưu 2 -3,5 phút

Tốc độ nước dâng 3 – 3,7 m/s

36

3.2.5 Bể lắng cát kiểu tiếp tuyến

Đặc điểm của bể lăng cát tiêp tuyên là : chiều sâu công tác nhỏ, tai trọng bề mặt

cao. Cát được lấy ra khỏi bể nằng thiêt bị bơm khí nén

Tính toán bể lăng cát tiêp tuyên thường theo tai trọng bề mặt.

Các thông số tính toán bể lăng cát đứng :

Tai trọng bề mặt 110 m3/m2.h

Tốc độ nước chay 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 trinh lăng và các yêu tố anh hưởng

Bể lăng đứng dùng để giư lại các tạp chất thô – không hòa tan trong nước thai,

chủ yêu là nhưng dạng chất hưu cơ. Khác với nhưng chất vô cơ ở dạng hạt riêng biệt

rõ rệt, nhưng phần tử hưu cơ lại là nhưng bông có hinh dạng rất khác nhau (đa dạng)

và trọng lượng riêng lại rất nhỏ. Do đó quá trinh lăng nhưng bông cặn trong nước thai

diễn ra phức tạp. Khi lăng một mặt diễn ra hiện tượng dính kêt rồi tăng kích thước và

trọng lượng. Kêt qua tốc độ lăng của các phần tử tăng lên. Nguyên nhân chính của

hiện tượng kêt dính các phần tử là do sự keo tu trọng lực – tức là do sự va chạm và

dính kêt các phần tử lăng khác nhau và có kích thước khác nhau. Mặt khác các phần

tử còn lại bị phá vỡ và tách ra rồi lăng xuống với tốc độ chậm hoặc không lăng xuống

mà lơ lửng khi trọng lượng riêng nhỏ hơn 1.

Như vậy, trong nước thai không chỉ lăng một bông cặn cá biệt nào đó, mà tập hợp

nhiều bông cặn. Tốc độ lăng và hiệu suất lăng các tạp chất không tan dạng bông phu

thuộc rất nhiều vào hàm lượng ban đầu của chúng trong nước thai. Hàm lượng ban

đầu càng cao thi hiệu suất lăng (tính bằng phần trăm) càng cao.

Yêu tố anh hưởng tới quá trinh lăng các bông ở đáy là lực can giưa chúng và dịch

thể. Lực đó cũng tùy thuộc vào kích thước, hinh dạng, tốc độ lăng của bông và độ

nhớt của dịch thể. Thêm vào đó, quá trinh lăng các tạp chất trong bể lăng hoạt động

37

liên tuc, không phai diễn ra ở trạng thái tĩnh, mà là trong lòng chay rối của nước thai.

Với chê độ dòng chay như vậy sẽ tạo nhưng điều kiện xấu cho quá trinh lăng các

bông. Khi chúng lăng xuống đáy bể, sẽ xuất hiện một lực can W do có “tốc độ lơ

lửng” hay còn gọi là tốc độ thành phần của dòng chay rối. Như vậy tốc độ lăng thực tê

của các bông trong bể lăng sẽ nhỏ hơn tốc độ lăng Uo của chúng thi xác định trong

điều kiện thí nghiệm ở trạng thái tĩnh.

Giáo sư Jukôv. AI là người đầu tiên phát hiện ra anh hưởng của tốc độ lơ lửng W

của dòng chay và đề ra phương trinh cu thể để xác định tốc độ trong các bể lăng khi

tốc độ tính toán của dòng chay V dưới 20 mm/s.

W = K.Vn (4-36)

Trong đó: k = const; và n = f(V)

Khi V nằm trong khoang từ 5 đên 10, từ 10 đên 15 và từ 15 ÷ 20 mm/s thi giá trị

tuyệt đối của W tương ứng sẽ bằng 0,05; 0,1 và 0,5mm/s.

Ngoài ra còn có các yêu tố khác anh hưởng tới quá trinh lăng là: điều kiện môi

trường như pH, nhiệt độ, khí tạo ra do kêt qua phân giai các chất hưu cơ,… ; thời gian

lăng, tỷ lệ giưa nhưng kích thước hinh học của bể lăng (như tỷ lệ giưa chiều sâu với

đường kính bể, hoặc giưa chiều sâu và chiều dài) và tai trọng thủy lực trên bề mặt

thoáng của bể.

Nói tóm lại, quy luật lăng của một tập hợp các bông khác nhau hoàn tòan khác

quy luật lăng các hạt kích thước hinh cầu riêng lẻ và đồng nhất, trong điều kiện trạng

thái tĩnh khác với điều kiện trạng thái động. Nói một cách khác, quá trinh lăng nước

thai trong các bể lăng diễn ra trong điều kiện chen chúc của các phần tử – bông dưới

tác dung và anh hưởng của nhiều yêu tố: lý hóa, thủy lực, thủy động lực và hinh học.

Tổ hợp tất ca các yêu tố đó là một việc rất phức tạp và cho tới nay chưa có ai

có thể biểu thị chúng trong một phương trinh toán học làm cơ sở duy nhất cho việc

tính toán các bể lăng. Vi vậy, người ta chỉ có thể xác định động học của quá trinh lăng

các tạp chất đa phân tán với các loại nước thai khác nhau bằng thực nghiệm trong điều

kiện phòng thí nghiệm mà thôi.

b. Nhiệm vu bể lăng :

38

Bể lăng đợt I đặt trước công trinh xử lý sinh học, có nhiệm vu tách các chất bẩn

không hòa tan ra khỏi nước thai, làm giam độ đuc của nước thai, chủ yêu là các thành

phần hưu cơ (80%).

Số lượng cặn tách ra khỏi nước thai trong các bể lăng phu thuộc vào nồng độ

nhiễm bẩn ban đầu, đặc tính riêng của cặn (hinh dạng, kích thước, trọng lượng riêng,

tốc độ rơi…), tốc độ lăng và thời gian nước lưu trong bể.

Trong bể lăng chia làm 4 vùng:

Vùng vào: phân bố đều lưu lượng theo mặt căt ngang của vùng lăng.

Vùng lăng: tách các hạt cặn ra khỏi nước bằng trọng lực.

Vùng chứa và cô đặc cặn

Vùng ra: thu nước đã lăng cặn và làm cho cặn lăng không bị cuốn vào nước

đi ra ngoài.

3.3.2 Bể lắng ngang:

Bể lăng ngang có mặt bằng hinh chư nhật, tỷ lệ giưa 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 thai 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 chăn nửa chim nửa nổi cao hơn mặt nước 0,15 ÷ 0,2m.

Vù

ng

ph

ân

ph

ối

nư

ớc

vào

Vùng lăng các hạt cặn

Vù

ng

th

u n

ướ

c r

a

Vùng chứa và cô đặc cặn

39

Tấm chăn 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 chăn ở cuối bể có tác dung để

ngăn các chất nổi, đặt cách đập tràn 0,25 ÷ 0,5m và ngập dưới nước 0,25m. Để thu

nước và xa các chất nổi người ta đặt một màng đặc biệt với đập tràn kề sát tấm chăn ở

cuối bể.

Khi nước thai chuyển động với tốc độ nhỏ (không quá 20mm/sec) theo phần công

tác của bể lăng với chiều sâu h1, các chất lơ lửng sẽ lăng xuống ở phần cặn lăng xuống

với chiều sâu h3. Kích thước đó tùy thuộc lượng cặn lăng xuống. Giưa phần công tác

và phần bùn có lớp trung gian h2 chừng 0,4m. chiều cao tử mặt nước tới đỉnh bể lăng

là h4 chọn bằng 0,25 ÷ 0,40m. chiều sâu tổng cộng của bể lăng sẽ là:

Htc = h1 + h2 + h3 + h4 (4 – 46)

Đáy bể lăng 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 phai không dưới 45o. không nên thiêt

kê bể lăng ngang với gạt bùn kiểu thủ công vi để cặn trượt xuống hố tập trung phai

xây dựng đáy bể với độ dốc không dưới 45o và do đó phai 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 hinh tròn đường kính từ 15 ÷ 20% đường kính

bể lăng.

Đáy bể có độ dốc 1:12 dốc từ ngoài vào hố thu cặn, thể tích hố thu cặn nhỏ

vi cặn được lấy ra liên tuc.

40

Bể lăng đứng phân phối nước vào buồng phân phối trung tâm

Bể lăng đứng phân phối nước vào bằng máng quang chu vi bể. Thu nước ra bằng

máng đặt ở trung tâm bể

Bể lăng đứng phân phối nước vào và thu nước ra bằng máng đặt vòng theo chu vi

bể

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

dung để làm sạch nước thai sinh hoạt, cũng như nước thai san xuất khỏi nhiều chất

hưu cơ hòa tan và chất vô cơ như H2S, ammoniac, nitrit, nitrat,…

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dung các hoạt động sống của vi sinh vật để

phân hủy các chất hưu cơ gây ô nhiễm hòa tan trong nước thai. Các vi sinh vật sử

dung các chất hưu cơ và một số khoáng chất làm chất dinh dưỡng và sinh năng lượng

để duy tri hoạt động sống của chúng. Trong quá trinh sống, chúng nhận các chất dinh

dưỡng để xây dựng tê bào, sinh trưởng và sinh san nên sinh khối của chúng được tăng

lên. Quá trinh phân hủy các chất hưu cơ nhờ vi sinh vật còn được gọi là quá trinh oxy

hóa sinh hóa.

Như vậy, nước thai được xử lý bằng phương pháp sinh học cuối cùng sẽ làm cho

các chỉ tiêu BOD và COD giam đên mức cho phép. Để có thể xử lý bằng phương pháp

này, nước thai 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 dung các nhóm vi sinh vật hiêu khí.

Để đam bao hoạt động của chúng cần cung cấp oxy liên tuc và duy tri nhiệt độ từ 20 oC đên 40 oC.

b) Phương pháp yếm khí là phương pháp sử dung các nhóm vi sinh vật yêm khí.

Tùy theo yêu cầu xử lý, người ta tiên hành phương pháp hiêu khí hoặc yêm khí,

hoặc phối hợp ca 2 phương pháp.

4.1.2 Quá trinh động học

Để thực hiện quá trinh oxy hóa sinh hóa, các chất hưu cơ hòa tan, các chất keo và

phân tán nhỏ trong nước thai cần được di chuyển vào bên trong tê bào của vi sinh vật.

42

Quá trinh xử lý nước thai chính là quá trinh vi sinh vật thu gom các chất bẩn từ nước

thai để chuyển hóa chúng. Quá trinh này gồm ba giai đoạn:

Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tê bào vi sinh vật do

khuêch tán đối lưu và phân tử.

Nhờ tác động của enzim ngoại bào của vi sinh vật, các chất ô nhiễm được phân

căt và khuêch tán vào bên trong màng tê bào do sự chênh lệch nồng độ các chất ở bên

trong và ngoài tê bào.

Quá trinh chuyển hóa các chất ở trong tê bào vi sinh vật đã san sinh năng lượng và

tổng hợp nên các chất mới của tê bào, giúp cho các tê bào sinh trưởng và sinh san.

Quá trinh chuyển hóa này có quan hệ rất chặt chẽ với nhau trong tê bào và đó chính là

quá trinh xử lý nước thai.

Các phan ứng hóa học được diễn ra trong nguyên sinh chất của tê bào. Phương

trinh tổng quát của phan ứng oxy hóa sinh hóa ở điều kiện hiêu khí có dạng như sau:

𝐶𝑥𝑌𝑦𝑂𝑧𝑁𝑡+ (𝑥 + 𝑦

4−𝑧

2−3𝑡

4) 𝑂2

𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡→ 𝑥𝐶𝑂2 +

𝑦−3𝑡

2𝐻2𝑂+ 𝑡𝑁𝐻3 +∆𝐻 (1)

𝐶𝑥𝑌𝑦𝑂𝑧𝑁𝑡+ (𝑥 + 𝑦

4−𝑧

2−43𝑡

4)𝑂2

𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡→ 2𝑡𝐶5𝐻7𝑁𝑂2 + (𝑥 − 10𝑡)𝐶𝑂2 +

𝑦−11𝑡

2𝐻2𝑂+ ∆𝐻 (2)

CxHyOzNt là công thức tổng quát của tất ca các chất hưu cơ của nước thai, còn

C5H7NO2 là công thức theo tỷ lệ trung binh của các nguyên tố chính trong tê bào sinh

vật, ∆𝐻 là năng lượng.

Phan ứng (1) là phan ứng oxy hóa các chất hưu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng

của tê bào, còn phan ứng (2) là phan ứng tổng hợp để xây dựng tê bào. Lượng oxy tiêu

tốn cho các phan ứng này là tổng BOD của nước thai.

Khi môi trường không còn đủ chất dinh dưỡng cung cấp, các tê bào phai sử dung

các chất dự trư trong tê bào. Đây là quá trinh tự oxy hóa:

𝐶5𝐻7𝑁𝑂2 +𝑁2𝑣𝑖 sinh 𝑣ậ𝑡→ 5𝐶𝑂2 + 𝑁𝐻3 + 2𝐻2𝑂+ ∆𝐻 (3)

Một loại vi khuẩn khác, đó là vi sinh vật tự dưỡng, sẽ sử dung khí NH3 và CO2

sinh ra như nguồn dinh dưỡng để tạo nên sinh khối tê bào của chúng:

43

𝑁𝐻3 +𝐶𝑂2 + 𝑂2𝑣𝑖 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 phan ứng này gần gấp hai lần lượng oxy tiêu

tốn của hai phan ứng đầu. Từ các phan ứng trên thấy rõ sự chuyển hóa hóa học là năng

lượng cần thiêt cho các vi sinh vật.

Vi vậy, có thể xem đây là toàn bộ quá trinh sinh trưởng, sinh san và suy tàn của vi

sinh vật.

4.2 Sự phát triển của tế bào và động học của phan ứng enzim

Dựa trên đặc tính sinh lý và tốc độ sinh san của vi sinh vật, quá trinh phát triển

của chúng được chia thành nhiều giai đoạn như minh họa trên hinh 4.1.

Hinh 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 tiên 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 biên đổi để thích nghi dần. Đên cuối giai đoạn này tê bào vi sinh vật mới băt đầu

sinh trưởng. Các tê bào mới tăng về kích thước nhưng chua tăng về số lượng.

Trong giai đoạn lũy tiên, vi sinh vật phát triển với tốc độ riêng không đổi. Sau

một thời gian nhất định, khối lượng của từng tê bào cũng như tổng số cá thể của tê 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 san phẩm trao đổi chất thi giai đoạn này chính là giai đoạn hinh thành san phẩm như các enzim, alcol, axit hưu cơ, vitamin,…

Trong giai đoạn cân bằng, số lượng tê bào sống được giư ở mức không đổi, nghĩa

là số lượng tê bào chêt đi tương đương với số lượng tê bào mới sinh ra. Tính chất của

tê bào vi sinh vật băt đầu thay đổi, cu thể là cường độ trao đổi chất giam đi rõ rệt.

Trong giai đoạn suy tàn, tốc độ sinh san giam đi rõ rệt và dần dần ngừng hẳn, dẫn

đên số lượng tê bào sống giam đi rất nhanh và bă đầu hiện tượng tự hủy. Nguyên nhân

suy tàn chủ yêu là do nguồn thức ăn đã cạn kiệt, sự tích lũy san phẩm trao đổi chất có

tác động ức chê và đôi khi tiêu diệt ca vi sinh vật.

Trong pha logarit, sinh khối tăng theo biểu thức:

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 dung hơn ca là phương trinh Monod. Phương trinh này đã được chấp nhận gia thiêt là

tốc độ sử dung dinh dưỡng và tốc độ sinh trưởng bị giới hạn bởi tốc độ các phan ứng

enzim, bao gồm ca sự thiêu các chất cần thiêt.

Phương trinh này có các dạng như sau:

𝜇 = 𝜇𝑜𝑆

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 hinh 4.2.

Phương trinh (7) cho thấy:

Khi dư thừa dinh dưỡng, nghĩa s » Ks thì hằng số tốc độ sinh trưởng là cực đại,

𝜇 = 𝜇𝑜 và hệ thống này chủ yêu bị giới hạn bởi sinh khối.

Phương trinh tốc độ sinh trưởng (rx) có dạng như sau:

𝑟𝑥 =𝑑𝑋

𝑑𝑡= 𝜇𝑜. 𝑋 (8)

Phương trinh này bậc một với sinh khối. điều đó có nghĩa là rx tỷ lệ bậc một với sinh khối hiện có.

Hinh 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 tiên hành khao sát quan hệ phu thuộc |J,= f (S) trên đồ

thị \Ị\i - l/s bằng phương trinh tuyên tính.

Hinh 4.3. Đồ thị thực nghiệm xác định hệ số Ks và 𝝁𝒐

Thay phương trinh (6) vào (7), tốc độ san xuất sinh khối sẽ bằng:

𝑟𝑥 =𝑑𝑋

𝑑𝑡=𝜇𝑜.𝑆.𝑋

𝐾𝑠+𝑆 (10)

45

Nêu như tất ca dinh dưỡng dược chuyển hoá thành sinh khối thi tốc dộ sử dựng

dinh dưỡng sẽ bằng tốc độ san sinh sinh khối. Nhưng vi sự dị hoá còn chuyển hoá một

phần dinh dưỡng thành các san phẩm phu nào đó nên tốc độ sử dung dinh dưỡng sẽ

lớn hơn tốc độ tạo sinh khối, và ta có:

𝑟𝑥 = −Y𝑑𝑋

𝑑𝑡= −Y. 𝑟𝑠 (11)

Hay 𝑟𝑠 =−𝑟𝑥

𝑌= −

μ𝑜.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

𝑚𝑔𝐵𝑂𝐷5đã 𝑠ử 𝑑ụ𝑛𝑔/𝑙 hay còn gọi là hệ số đồng hóa.

𝑟𝑠 =𝑑𝑆

𝑑𝑡: Tốc độ sử dung 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.

Yêu tố Y biên động tuv thuộc vào cách trao đổi chất trong quá trinh chuyển hoá.

Các quá trinh hiêu khí có hiệu suất cao hơn quá trinh yêm khí về khía cạnh chuyển

hoá sinh khối và như vậy có giá trị của yêu tố Y lớn hơn. Các giá trị điển hinh của Y

trong các phan ứng hiêu khí bằng khoang 0,4 - 0,8kg sinh khối/kg BOD5 trong khi đó

với các phan ứng yêm khí, giá trị của Y nằm trong khoáng 0,08 - 0,2kg sinh khối/kg BOD5

Phương trinh (10) sẽ chưa đầy đủ nêu không tính đên việc biêu thị sự giam sinh

khối do hô hấp nội sinh. Sự phân rã nội sinh cũng được xêp là phan ứng bậc nhất theo

nồng độ sinh khối:

(𝑑𝑋

𝑑𝑡)𝑛𝑠= −𝑘𝑑 .X (13)

trong đó kd là hằng số tốc độ phân rã nội sinh, l/t;

kêt hợp phương trinh (13) với phương trinh 10 ta có:

𝑑𝑋

𝑑𝑡=𝜇0.𝑆.𝑋

𝐾𝑠+𝑆− 𝑘𝑑. X (14)

Sự phân rã nội sinh có anh hưởng rất nhỏ đên tốc độ sinh trưởng trong các pha

đầu của đường cong sinh trưởng trên hinh 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 phu thuộc vào nồng độ các chất hưu cơ, hàm lượng các

tạp chất và mức độ ổn định của dòng nước thai vào hệ thống xử lý.

46

Ở một mức độ làm sạch nhất định, các yêu tố chính anh hưởng lên tốc độ phan

ứng sinh hoá là chê độ thuỷ dộng, hàm lượng oxy trong nước thai, 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 thai trong các công trinh xử lý sẽ làm tăng cường sự phân chia bông hùn hoạt tính thành các hạt nhỏ hơn, tăng tốc độ hấp phu các chất dinh dưỡng và oxy lên các vi sinh vật. Điều đó làm tăng tốc độ làm sạch. Cường độ khuấy trộn phu 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 thai.

4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tốc độ phan ứng oxy hoá sinh hoá tăng khi nhiệt độ tăng. Song trong thực tê,

nhiệt độ nước thai trong hệ thống xử lý được duy tri trong khoai 20 đên 30 oC. Khi nhiệt độ tăng quá ngưỡng trên có thể làm cho các khuẩn bị chêt, còn ớ nhiệt độ quá

thấp, tốc độ làm sạch sẽ bị giam và qúa trinh 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 trinh

phân hủy các hưu cơ tăng gấp 2 đên 3 lần. Tuy nhiên, khi nhiệt độ nước thai tăng thi

độ hoà tan của oxy trong nước bị giam. Do đó để duy tri nồng độ Oxy hòa tan trong

nước, người ta tiên hành suc khí mãnh liệt và liên tuc.

4.3.3 Ảnh hưởng của kim loại nặng

Bùn hoạt tính có kha năng hấp thu các muối kim loại nặng. Khi đó, hoạt động

sinh hóa của chúng bị giam, 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 săp xêp theo

thứ tự sau:

Sr > Ag > Cu > Hg > Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr+3 >V≥ Cd > Zn > Fe.

Muối của các kim loại này làm giam tốc độ làm sạch. Nồng độ cho phép của các

chất độc để quá trinh oxy hoá có thể xay ra phu thuộc vào ban chất của các chất đó. Trong nhưng trường hợp khi nước thai chứa một số loại chất độc thi trong tính toán

các công trinh 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 anh hưởng xấu tới tốc độ làm sạch nước thai.

4.3.4 Hấp thụ và nhu cầu oxy

Để oxy hoá các chất hưu cơ, các vi sinh vật cần có oxy và nó chỉ có thể sử dung

oxy hoà tan. Để cung cấp oxy cho nước thai, người ta tiên hành quá trinh thông khí,

khuêch tán dòng không khí thành các bóng nhỏ phân bố đều trong khối chất lỏng.

Vi oxy ít hoà tan trong nước nên có thể bỏ qua trở lực khuêch tán của pha khí và

tốc độ hấp thu oxy do trở lực của pha lỏng quyêt định. Sơ đồ của sự chuyển hóa oxy

từ bóng khí tới các vi sinh vật được minh hoạ trên hinh 4.4.

Hinh 4.4. sơ đồ di chuyển oxy tới vi sinh vật

47

1.Lớp khuêch tán biên ở phía pha khí (𝑙/𝛽𝑘) 2. Bề mặt phân pha; 3. Lớp khuêch

tán biên ở phía pha lỏng 𝑙/𝛽𝑙; 4. Quá trinh chuyển oxy từ bóng khí tới vi sinh vật; 5.

Lớp khuếch tán biên ở pha lỏng bao quanh vi sinh vật; 6. Quá trinh chuyển oxy vào

trong tế bào; 7. Vùng phan ứng giưa phân tử oxy với các enzim.

Chiều dày của lớp khuêch tán biên δ, khi chất lỏng vòng bao quanh vật thể có

kích thước là L phu thuộc vào hệ số khuêch tán D, độ nhớt 𝜇𝑛, khối lượng riêng 𝜌n và

vận tốc của chất lỏng vn theo phương trinh sau:

𝛿 = 𝐷1/3 . (𝜇𝑛

𝜌𝑛)1/6

√𝐿

𝑉𝑛 (15)

Vi các vi sinh vật có kích thước rất nhỏ và chúng chuyển động trong các hệ

thống xử lý với vận tốc của nước thai nên chiều dày lớp biên khuêch tán của chất lỏng

ở thành các tê bào nhỏ hơn rất nhiều so với xung quanh bọt khí, vi 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 kêt luận quá trinh

chuyển oxy từ các bóng khí tới các vi sinh vật được hạn định chủ yêu bởi trở lực

khuêch 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 tiêp xúc pha giưa không khí và nước th trong các hệ thống xử lý là

không xác định được, vì vậy trong tính toán người ta sử dung hệ số cấp khối thể tích

𝛽v.

M = 𝛽v. V(C*- C)

Trong đó:

M : Lượng oxy được hấp thu, kg/s;

𝛽v : Hệ số cấp khối thể tích, 1/S;

: Thể tích nước thai 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 thu bằr cách tăng (𝛽V

hoặc động lực của quá trinh. Việc thay đổi động lực của quá trinh có thể thực hiện

bằng cách tăng hàm lượng oxy trong không khí. tăng hàm lượng oxy trong không kt

giam nồng độ làm tăng hàm lượng oxy trong không khí, giam nồng độ làm việc hoặc

tăng áp suất của quá trình hấp thu. Song tất ca các giai pháp trên đều không kinh tê

hoặc không làm tăng cường độ quá trình một cách đáng kể. Cách tốt nhất tăng lượng

oxy cấp vào trong nước thai là tăng hệ số cấp khối thể tích 𝛽V vì

𝛽𝑣 = 𝑎𝛽𝐿 (17)

Trong đó: 𝑎 =6.𝜑𝐾

𝑑𝑏ọ𝑡

Ở đây

48

𝜑𝐾 : Hàm lượng không khí trong dòng nước thai;

dbọt: Đường kính của bọt khí.

Như vậy bằng cách tăng hàm lượng khí trong dòng thai và giam đường kính

bóng khí có thể tăng bề mặt riêng tiêp 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 thai 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 yêu,

cần được đam bao một lượng cần thiêt trong xử lý sinh hoá. Hàm lượng các nguyên tố

khác không cần phai định mức vi chúng có trong nước thai, ở mức đủ cho nhu cầu của

các vi sinh vật.

Khi thiêu nitơ lâu dài, ngoài việc can trở quá trinh sinh hoá các chất bẩn hưu cơ,

còn tạo ra bùn hoạt tính khó lăng.

Khi thiêu phốt pho dẫn đên sự phát triển vi khuẩn dạng sợi, là nguyên nhân chính

làm cho bùn hoạt tính bị phồng lên, khó lăng và bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý, làm

giam sinh trưởng của bùn hoạt tính và giam cường độ quá trinh oxy hoá

Các nguyên tố dinh dưỡng tốt nhất ở dạng các hợp chất tương tự như trong các tê

bào vi sinh vật. Ví du, nitơ ở dạng nhóm amoni (NH4+) còn phốt pho ở dạng muối tan

của axit photphoric.

Hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng phu thuộc vào thành phần của nước thai và

tỷ lệ giưa 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 trinh xử lý kéo dài, để tránh giam hiệu suất của bùn hoạt tính, cần giam lượng nitơ và phốt pho

trong nước thai. Khi quá trinh xử lý kéo dài 20 ngày thi tỷ lệ BOD:N:P cần giư ở mức

200:5:1.

Trường hợp trong nước thai không có đủ nitơ và phốt pho người ta bổ sung

chúng bằng cách đưa thêm vào nước thai này phân bón nitơ, phốt pho và kali. Nêu

trong nước thai sinh hoạt có chứa các chất dinh dưỡng này thi kêt hợp xử lý nước thai

san xuất và nước thai sinh hoạt, không cần phai bổ sung các nguyên tố dinh dưỡng.

Ngoài ra, pH cũng anh hưởng rất lớn đên quá trinh tạo enzim trong tê bào và quá

trinh hấp thu các chất dinh dưỡng vào tê bào. Khoang pH tối ưu cho sinh vật nói

chung và vi sinh vật nói riêng là từ 6,5 đên 8,5.

4.4 Cấu trúc của các chất ô nhiễm và bùn hoạt tính

4.4.1 Quá trinh oxy hóa sinh hóa và cấu trúc của một số hợp chất hữu cơ

trong nước thai công nghiệp.

- Tác nhân tham gia vào quá trinh phân hủy các chất bẩn hưu cơ là vi khuẩn, xạ

khuẩn, nấm và một số sinh vật bậc thấp.

49

- Quá trinh oxy hóa sinh hóa các hợp chất hưu cơ phu thuộc vào cấu trúc hóa học

của các chất đó và vào nhiều yêu tố khác.

Bên cạnh các chất hưu 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 hưu cơ

tổng hợp như hydrocacbon, alcol, aldehyt, este,…

- Có thể phân chia vi sinh vật phân hủy các chất bền vưng 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 ngăn), hydrocacbon no mạch hở dài như paraffin….

Khi nghiên cứu kha năng oxy hóa của các hợp chất hưu cơ có cấu trúc khác

nhau, người ta đã đi đên kêt luận sau:

Nhưng hợp chất có khối lượng phân tử lớn, với cấu trúc nhiều mạch nhánh bên là

nhưng chất không bị oxy hóa sinh hóa.

Các chất không bị oxy hóa sinh hóa là nhưng chất mà enzim của vi sinh vật

không phân giai được và cũng là nhưng chất không thể thẩm thấu khuêch tán qua

màng tê bào.

Đối với nhưng chất có nguyên tử cacbon ở trung tâm, dù chỉ còn một lien kêt H-

C thi mức độ anh hưởng của cấu trúc nhành phân tử với quá trinh oxy hóa sinh hóa

cũng sẽ giam đi.

Trong lien kêt H-C, nêu thay đổi nguyên tử hydro bằng các nhóm alkyl, hoặc các

nhóm aryl thi sẽ khó bị oxy hóa sinh hóa hơn.

Ngoài cacbon, nêu trong mạch có các nguyên tố khác thi sẽ làm cho chất hưu cơ

bền vưng hơn với quá trinh oxy hóa sinh hóa. Ảnh hưởng nhiều nhất là mạch có oxy

rồi đên lưu huỳnh và nitơ.

4.4.2 Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia vào xử lý

nước thai

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 lăng, có kích thước từ 3 đên 5 µm.

Nhưng bông này gồm các vi sinh vật sống và chất răn (40%). Nhưng 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 đên

3mm và hơn nưa. Màu của nó thay đổi theo thành phần nước thai, từ vàng xám đên

màu nâu tối. Màng sinh học cũng gồm vi khuẩn, nấm mốc và các vi sinh vật khác. Trong quá trinh xử lý, nước thai sau khi qua bể lọc sinh học, mang theo các hạt (phần

tử) của màng sinh học có hinh dạng khác nhau, kích thước từ 5 đên 30µm, với màu

vàng sáng và nâu.

50

Nhưng vi khuẩn tham gia vào quá trinh 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 thai khác nhau. Ngoài ra, chúng còn có kha năng sử dung nitơ hưu cơ, nhiều loại

còn có kha năng khử nitrat.

51

Chương 5

CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TRONG ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ

Các quá trinh của phương pháp hiêu khí có thể xay ra ở điều kiện tự nhiên, hoặc

trong các điều kiện xử lý nhân tạo. Trong các công trinh xử lý nhân tạo, người ta tạo

ra các điều kiện tối ưu cho quá trinh oxy hóa sinh hóa nên quá trinh xử lý có tốc độ và

hiệu suất cao hơn rất nhiều.

5.1 Xử lý nước thai trong các công trính nhân tạo

Xử lý nước thai bằng phương pháp hiêu 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 trinh xử lý hiêu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền

phù. Quá trinh làm sạch trong reroten diễn ra theo mức dòng chay qua của hỗn hợp

nước thai và bùn hoạt tính được suc khí ở đây đam bao các yêu cầu cau quá trinh : làm

nước được bão hòa oxy và duy tri bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Sơ đồ hệ thống

thiêt bị được trinh bày trên hinh 4.5

Hinh 4.5. Sơ đồ hệ thống thông khí sinh học

Quá trinh sinh học diễn ra trong hệ thống thông khí được khái quát hóa trên hinh

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 răn huyền phù của chất lỏng hỗn hợp (MLSS)

Thuật ngư “bùn hoạt tính” được băt nguồn do khối vi sinh vật trong huyền phù

sinh học có hoạt độ rất cao trong việc loại (khử) các chất hưu cơ hòa tan ra khỏi dung

dịch.

- Lượng oxy được hấp thu có thể tính theo phương trinh cấp khối (16). Khi tính đên đặc điểm của các thiêt bị suc khí, phương trinh 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 thu),mg/l/h

K : Hệ số chuyển oxy phu thuốc vào loại thiêt bị suc khí và kêt cấu bể aeoten và

đặc tính của nước thai , l/h

Β : Hệ số bão hòa oxy của nước thai, thường bằng 0,8 – 0,9

C* : Nồng độ oxy hòa tan của nước sạch ở trạng thái bão hòa, mg/l (cho trong

bang tra cứu)

C : Nồng độ oxy trong hỗn hợp lỏng, mg/l

(β.C* - C) : Sự thiêu hut oxy hòa tan, mg/l

52

Hình 4.6. Khái quát quá trình sinh học trong xử lý bằng hoạt hóa bùn

Hinh 4.7. Các hệ thống thông khí sinh học

a) Thông khí bằng suc đầu khuêch tán; b) Thổi thông khí và chất lỏng bằng

khuấy cơ học; c) Thông khí kêt hợp khuấy bằng cánh khuấy tuabin và hệ thống

khuêch tán.

-Tốc độ sử dung oxy hòa tan phu thuộc vào các yêu tố sau :

+ Tỷ số giưa lượng chất dinh dưỡng và số vi sinh vật (F/M);

+ Nhiệt độ;

+ Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật;

+ Nồng độ san phẩm độc tích tu trong quá trinh trao đổi chất;

+ Lượng các chất cấu tạo tê bào;

+ Hàm lượng oxy hòa tan.

Hoạt độ sinh học hiêu khí không phu thuộc vào nồng độ oxy hòa tan nằm trên

giới hạn cực tiểu. Giá trị cựu tiểu này đối với các hệ xử lý khác nhau dao động từ 0,2

đên 2 mg/l và giá trị điển hinh của nó thường là 0,5mg/l.

b) Phân loại bể aeroten

Quá trinh thông khí sinh học được tiên hành trong các bể thông khí – aeroten,

chúng thường được chê tạo bằng bê tông cốt thép. Yêu cầu chung của các bể aeroten

là đam bao bề mặt tiêp xúc lớn giưa không khí, nước thai và bùn.

- Không khí được cấp vào nước thai bằng các cách sau :

+ Nén khí qua bộ phận khuêch tán ngập trong nước bằng suc khí

+ Dùng khuấy cơ học thổi thông khí vào chất lỏng bằng thông khí cơ học.

- Có nhiều cách phân loại các bể aeroten :

+ Dựa vào chê độ thủy động lực ta có : aeroten ống dòng, aeroten khuấy trộn 1

bể, aeroten nhiều bể (hệ cascadeur)

+ Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính, người ta chia thành : loại có tái sinh

tách riêng và loại không có tái sinh tách riêng;

+ Theo tai lượng bùn người ta chia thành : loại tai trọng cao, tai trọng trung binh

và tai trọng thấp.

+ Theo số bậc ta có bể aeroten : một bậc, hai bậc, nhiều bậc,

Theo chiều dẫn nước thai vào ta có loại xuôi chiều, ngược chiều...

Hinh 4.7 ở trên minh họa một số loại bể aeroten điển hinh.

Quá trinh hoạt hóa bùn là quá trinh nuôi cấy ở trạng thái lơ lửng với sự tuần hoàn

của bùn. Quá trinh này có thể được tiên hành theo mô hinh khuấy trộn hoàn toàn hay

ống dòng.

c) Hoạt hóa bùn với thiết bị khuấy trộn hoàn toàn

53

Hệ thống hoạt hóa ùn với thiêt bị phan ứng khuấy trộn hoàn toàn được mô ta trên

sơ đồ 4.8

Hình 4.8. Biên của hệ thống

Để phân tích quá trinh hoạt hóa bùn trong hệ thống khuấy trộn hoàn toàn ta sử

dung phương trinh (14) và (12). Phương trinh cân bằng vật chất theo sinh khối và dinh

dưỡng ở trạng thái ổn định cho hệ thống như đã được giới thiệu như trên có các dạng :

-Đối với sinh khối :

Sinh khối dòng vào + Sinh khối tăng trưởng = sinh khối dòng ra + sinh khối thai

𝑄. 𝑋𝑂 +𝑉 (𝜇𝑂 . 𝑋. 𝑆

𝐾𝑆 + 𝑆− 𝑘𝑑𝑋) = (𝑄− 𝑄𝑊)𝑋𝑒 + 𝑄𝑊𝑋𝑊

-Đối với dinh dưỡng :

Dinh dưỡng đi vào – Dinh dưỡng đã bị sử dung = Dinh dưỡng đi ra

𝑄. 𝑆𝑂 −𝑉 (𝜇𝑂 . 𝑋. 𝑆

𝑌(𝐾𝑆 +𝑆)) = (𝑄 − 𝑄𝑊)𝑆 + 𝑄𝑊𝑆

Trong đó :

Q, Qw : Lưu lượng dòng vào và dòng bùn thai. m3/ngày

Xo, X, Xe, Xu : Nồng độ sinh khối trong dòng vào, trong thiêt bị phan ứng, trong

dòng ra, trong dòng bùn đi xuống của bể lăng trong, kg/m3

So, S : Nồng độ dinh dưỡng hòa tan trong dòng vào, trong thiêt bị phan ứng,

kg/m3

V : thể tích , m3

Ks, µo, kd, Y : Như đã nêu ở trên

Có thể đơn gian hóa hai phương trinh trên khi chấp nhận một số gia thiêt sau :

-Nồng độ sinh khối trong dòng vào và dòng ra quá nhỏ so với các điểm khác trong hệ thống và có thể bỏ ra.

-Nồng độ dinh dưỡng ở dòng vào So được hòa loãng ngay tới nồng độ dinh

dưỡng trong thiêt bị phan ứng, nghĩa là không có sự tạo thành sinh khối và sử dung

dinh dưỡng trong thiêt bị lăng trong. Từ gia thiêt này, thể tích V ở đây chỉ biểu thị thể

tích của thiêt bị phan ứng. Khi đó, hai phương trinh này có thể được viêt lại như sau :

𝜇𝑜𝑆

𝐾𝑆 + 𝑆=𝑄𝑊𝑋𝑈𝑉. 𝑋

+ 𝑘𝑑

Và

𝜇𝑜𝑆

𝐾𝑆 + 𝑆=𝑄. 𝑌

𝑉. 𝑋(𝑆𝑂− 𝑆)

Kêt hợp hai phương trinh (*) và (**) với nhau ta có :

𝑄𝑊𝑋𝑈𝑉. 𝑋

=𝑄. 𝑌

𝑉. 𝑋(𝑆𝑂 − 𝑆) − 𝑘𝑑

54

Nghịch đao của hai đại lượng 𝑄𝑊𝑋𝑈

𝑉.𝑋 và

𝑄

𝑉 có ý nghĩa vật lý như sau :

𝑉

𝑄= 𝑡 là thời gian lưu thủy lực trong thiêt bị phan ứng dựa trên cơ sở lưu lượng

dòng vào.

Còn tỷ số giưa tổng sinh khối trong hệ thống với sinh khối thai ra trong khoang

thời gian nhất định 𝑉.𝑋

𝑄𝑊𝑋𝑈= 𝑡𝑐 biểu thị thời gian trung binh của tê bào trong thiêt bị

phan ứng hay tuổi của bùn và thông số tc biểu thị thời gian trung binh của tê bào trong

thiêt bị phan ứng hay tuổi của bùn và thông số tc này được gọi là thời gian lưu của tê

bào tc có giá trị lớn hơn t vi hầu hêt bùn từ bể lăng trong được tuần hoàn trở lại thiêt

bị phan ứng. Thay t và tc vào phương trính (***) ta có :

1

𝑡𝑐=𝑌(𝑆𝑂 − 𝑆)

𝑡. 𝑋− 𝑘𝑑

Từ đây có thể biểu thị nồng độ sinh khối hay thường còn được gọi là hỗ hợp lỏng

– răn hưu cơ lơ lửng (MLVSS) qua thời gian lưu như sau :

𝑋 =𝑡𝑐 . 𝑌((𝑆𝑂 −𝑆

𝑡(1 + 𝑘𝑑𝑡𝑐)

d. Hoạt hóa bùn trong thiết bị phản ứng ống dòng

Sau đây ta xét tới hệ thống hoạt hóa bùn với thiêt bị phan ứng ống dòng lý tưởng.

Hệ thống hoạt hóa bùn với thiêt bị phan ứng ống dòng được mô ta như ở hinh 4.9

Ở đây chấp nhận gai thiêt chỉ có khuấy trộn hoàn toàn trong tiêt diện ngang, còn theo hướng dòng chay thi hầu như không có sự khuấy trộn. Khi đó, hỗn hợp của nước

thai và bùn tuần hoàn sẽ chuyển động qua thiêt bị phan ứng như là một nguyên tố đơn

vị. Độn glu75c phan ứng tạo sinh khối tương tự như là quá trinh gián đoạn, trừ lúc đầu

có nồng độ sinh khối cao hơn vi sự tuần hoàn của bùn

Lawrence và McCarty đã rút ra biểu thức biểu thị nồng độ trung binh cau sinh

khối và tốc độ sử dung dinh dưỡng như sau :

𝑋 =𝑡𝑐 . 𝑌. (𝑆𝑜− 𝑆)

𝑡(1 + 𝑘𝑑𝑡𝑐)

Và 𝑟𝑐 = −𝜇𝑜

𝑌

𝑆𝑋

(𝐾𝑠+𝑆)

Trong đó X là nồng độ sinh khối trung binh trong thiêt bị phan ứng,mg/l

Biểu thức này chỉ đúng khi (tc/t) ≥ 5.

Tổ hợp phương trinh (****) qua thời gian lưu trong thiêt bị phan ứng và các điều

kiện biên động thích hợp với yêu tố tuần hoàn sẽ cho biểu thức sau :

1

𝑡𝑐=

𝜇𝑜(𝑆𝑜− 𝑆)

(𝑆0 − 𝑆) + (1−∝)(𝐾𝑠 ln𝑆𝑖𝑆 )− 𝑘𝑑

Trong đó :

α : Yêu tố tuần hoàn : α = Q/QR

55

Si : Nồng độ cơ chất sau khuấy trộn với bùn tuần hoàn, mg/l

e. Các vấn đề xem xét trong thiết kế và vận hành

Trong thực tê thường sử dung nhiều phương án khác nhau trong việc ứng dung

các mô hinh hệ thống khuấy trộn hoàn toàn và ống odng2. Hinh 4.10 minh họa các

phương án thông dung nhất.

-CÓ thể chia các phương án tiên hành quá trinh thông khí sinh học thành các

laoi5 chính sau :

+ Thông khí thông thường và theo bậc

+ Ổn định tiêp xúc

+ Thông khí với tốc độ cao.

Thông khí thông thường : Trong hệ thống thông khí thông thường việc suc khí và

khuấy trộn đạt được khá đều dọc theo chiều dài của bể aeroten. Nhược điểm của

phương án này là nồng độ oxy thấp chiêm ưu thê đầu vào, có thể gây ra bất lợi cho các

vi sinh vật ở khu vực này. Trong khi đó ở khu vực đầu ra, lượng oxy được cấp có thể

dư thừa so với nhu cầu của quá trinh.

Hinh 4.10. Các phương án thực hiện quá trinh hoạt hóa bùn

a)Thông khí thông thường; b) Thông khí theo bậc; c)Thông khí giam dần theo

chiều dài aerotan; d) Ổn định tiêp xúc; e) Hoạt hóa bùn với tốc độ cao

hinh 4.11. Một số hệ thống hoạt hóa bùn

Ở đây các đầu khuyêch tán không khí được bố trí dọc theo một phía của bể ở độ

sâu 2,5m để cấp oxy và tạo cho chất lỏng chuyển động theo hinh xoăn vít.

Thông khí theo bậc có thể thực hiện theo hai phương an sau :

Cấp không khí đều, dọc theo chiều dài bể, còn nước thai cũng được đưa vào cách

đoạn, hay theo bậc, dọc thoe chiều dài ở đoạn đầu của bể như trên hinh 4.10b. Cấp

không khí theo phương án này đạt được cấp dư oxy một chút dọc theo suốt ca aroten.

Để thực hiện phương án trên một cách dễ dàng, có thể chia aroten thành nhiều kênh và

mỗi mộ kênh sẽ là một bậc.

Cấp khí giam dần dọc theo chiều dài bể, đam bao cho nước thai thô và bùn hoạt

tính tuần hoàn ở đẩu vào được thông khí mạnh nhất, vi ở đây hàm lượng chất hưu cơ

lớn nhất (hinh 4.10c). Thời gian cà nước thai thô và bùn hoạt tính tuần hoàn được suc

khí trong aeroten từ 6 đên 8 giờ. Lương hỗn hợp lỏng huyền phù tuần hoàn lại thường

bằng 25% đên 50% lưu lượng dòng vào.

Ổn định tiếp xúc: Trong phương án này, quá trinh phân hủy các chất hưu cơ được

tách riêng thành hai công đoạn như minh họa trên hinh 4.10d. Ở đây nước thai thô vào

tiêp xúc với bùn hoạt tính trong thời gian ngăn ( từ 0,5 đên 1 giờ), chỉ đủ cho vi sinh

vật hấp thu các chất hưu cơ hòa tan, chứ không đủ để chúng phân hủy. Bùn hoạt tính lăng xuống được đưa trở về bể ổn định. Hỗn hợp lỏng huyền phù này được thông khí

từ 2-3 giờ, cho phép các vi sinh vật phân hủy các chất hưu cơ đã bị hấp thu. Như vậy,

chỉ cần thông khí lượng bùn lăng nhỏ hơn rất nhiều so với tổng thể tích dòng nước

56

thai, do vậy giam được tổng kích thước thei6t1 bị chỉ bằng 50% thể tích bể aroeten

trong phương án thông khí thông thường và thông khí theo bậc.

Quá trinh này được ứng dungvà làm việc có hiệu suất cao trong xử lý nước thai

sinh hoạt. Tuy nhiên, để áp dung vào xử lý nước thai công nghiệp, hoặc hỗn hợp nước

thai công nghiệp và sinh hoạt, cần tiên hành thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Thông khí tốc độ cao : để giam chi phí xây dựng thiêt bị xử lý, người ta đã phát

triển một hệ thống có tai trọng xử lý BOD cao và thời gian thông khí ngăn bằng vận

hành hệ thống ở tỷ số F/M cao, giam tuổi của bùn, trong khi đó tăng hàm lượng hỗn hợp lỏng và chất răn lơ lửng trong bể tới 4000 – 5000mg/l.

Cũng có thể đạt được muc đích trên bằng cách thay không khí bằng oxy tinh

khiêt. Hệ thống thông khí bằng oxy tinh khiêt (UNOX) có nguyên lý làm việc như

trên hình 4.10e.

Thông khí bằng oxy tinh khiêt có nhưng ưu điểm sau :

Hiệu suất cao nên tăng được tai trọng theo BOD và giam được thời gian suc khí

Thai bùn dễ dàng vi nồng độ chất răn cao, song tổng lượng lại nhỏ vi bùn lăng

thường chứa 2 – 3% chất răn.

f. Vận hành và kiểm soát hệ thống thông khí sinh học

Yêu cầu chung của vận hành đối với hệ thống thông khí sinh học là nước thai

đưa vào aroten cần có hàm lượng SS không vượt quá 150mg/l, hàm lượng san phẩm

dầu mỏ không vượt quá 25mg/l, pH = 6,5 – 9, nhiệt độ không nhỏ hơn 6oC và không

lớn hơn 30oC.

Trong vận hành các quá trinh hoạt hóa bùn, người ta thường điều chỉnh các tham số sau : lượng oxy cần cung cấp, tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính, lượng bùn dư thai,

kiểm soát MLSS và F/M. Hàm lượng MLSS trong aroten thường dao động từ giá trị

cực tiểu 1000mg/l đên giá trị cực đại 10000mg/l. Trong xử lý nước thai sinh hoạt ở tai

lượng trung binh, tốc độ tăng nồng độ thường bằng khoang 50mg/l.ngày

Các phân tích trong phòng thí nghiệm để giám sát quá trinh xử lý bằng hoạt hóa

bùn bao gồm nồng độ oxy hòa tan, nồng độ hỗn hợp lỏng và chất răn lơ lửng (MLSS),

chỉ số thể tích bùn SVI, nồng độ BOD và chất răn huyền phù ở dòng ra.

Tỳ số F/M được tính như sau:

𝐹

𝑀=𝑄𝑜𝑆𝑜

𝑉.𝑋=𝑔𝐵𝑂𝐷5 /𝑛𝑔à𝑦

𝑔𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 (19)

Trong đó:

F/M: tỷ số giưa chất dinh dưỡng chính với số vi sinh vật;

Qo : lưu lượng nước thai thô, m3/ngày;

So : Nhu cầu oxy sinh hóa của nước thai ở dòng vào, BOD5 mg/l;

V : Thể tích chất lỏng trong aerotan, m3;

X: Hàm lượng chất răn hưu cơ huyền phù trong hỗn hợp lỏng ở bể aerotan, mg/l.

57

Cần lưu ý, F/M là tỷ số biểu hiện mối quan hệ của tai trọng với trạng thái trao đổi

chất của hệ thống.

Chỉ số thể tích bùn SVI được định nghĩa là thể tích bằng ml của 1g khô bùn hoạt

tính lăng trong 30 phút, và được tính như sau:

𝑆𝑉𝐼 =𝑉.1000

𝑀𝐿𝑆𝑆 (20)

Trong đó:

SVI: Chỉ số thể tích bùn, ml/g;

V: Thể tích chất răn lăng sau 30 phút trong ống đong lít, ml;

MLSS: Hàm lượng chất răn của hỗn hợp lỏng – răn huyền phù trong aerotan,

mg/l;

1000: Hệ số quy đổi miligam ra gam.

Giá trị điển hinh của SVI đối với hệ thống bùn hoạt tính làm việc với nồng độ

MLSS từ 2000 đên 3500 mg/l, thường nằm trong khoang 80 đên 150ml/g. Đây là yêu

tố cơ ban trong thiêt kê. Khi SVI lớn hơn 200ml/g, bùn hoạt tính thường ở dạng sợi rất

khó lăng (hinh 4.13)

Hinh 4.13. Xác định quan hệ giữa MLSS, SVI và tỷ số tuần hoàn bùn

Trong vận hành, SVI được sử dung làm chỉ thị về đặc tính lăng của bùn, do đó

anh hưởng tới tốc độ tuần hoàn MLSS. Từ cân bằng vật liệu có nồng độ bùn cực đại

tuần hoàn:

𝑋𝑅 =106

𝑆𝑉𝐼, mg/l

Có lẽ nhưng vấn đề chung thường gặp trong xử lý nước thai sinh hoạt là thông khí quá mức dẫn đên hệ qua là bùn hoạt tính bị vón cuc vào với nhau. Còn khi hệ

thống xử lý làm việc dưới tai trọng BOD thiêt kê một cách đáng kể thi các vi khuẩn

nitrat hóa có thể chuyển NH3 thành NO3 trong aerotan. Trong trường hợp này, giai

pháp tốt nhất là tăng năng lượng bùn thai để giam lượng vi khuẩn nitrat hóa trong bể

aerotan và giam lượng không khí cấp vào chất lỏng để giam lượng nồng độ oxy hòa

tan.

Nước thai công nghiệp thường là nguyên nhân làm mất tính ổn định của quá

trinh thông khí, vi hệ thống bị sốc do chất thai có độ ô nhiễm cao có thể làm kiệt oxy

hòa tan. Mặt khác, các chất độc cũng là một nguyên nhân gây cho hệ thống sinh học

này bị mất cân bằng bởi tác động của chúng đối với quá trinh trao đổi chất của vi sinh

vật.

Các thông số vận hành quá trinh thông khí được tóm tăt trong bang 4.1 (trang

sau).

g) Tính toán thiết kế bể aerotan

Trong tính toán công nghệ cho bể aerotan, cần tính các thông số sau:

Thời gian cần thiêt để oxy hóa chất hưu cơ trong aerotan từ nồng độ đầu So đên

nồng độ cuối Sc tính bằng BOD, gO2/m3.

58

𝑡 =𝑆𝑜−𝑆𝑐

𝜌.𝑋(1−𝑠) (21)

Trong đó:

𝑡: Thời gian, h;

𝜌: Tốc độ oxy hóa riêng từ 12 đên 30g O2/kg bùn hoạt tính, h;

𝑋: Liều lượng bùn hoạt tính trong aerotan từ 2 đên 5kg/m3;

S: Độ tro của bùn hoạt tính từ 0,1 đên 0,3%.

Thể tích làm việc của bể aerotan:

𝑉1𝑣 = 𝑄𝑇𝐾 . 𝑡 (22)

Trong đó QTK là năng suất thiêt kê tính theo lưu lượng nước thai, m3/h;

Lượng không khí cần cấp (QKK) được tính theo công thức:

𝑄𝐾𝐾 =𝑆𝑜

𝐾.𝐻.𝑑, m3/m3 nước

Bang 4.1. Các thông số thiết kế và vận hành hệ thống hoạt hóa bùn xử lý

nước thai đô thị.

Trong đó:

H: Chiều sâu của bể aerotan, khoang (2-5)m;

d- Mức độ sai khác với độ bão hòa (0,2-0,8m);

K: Hệ số phu thuộc vào thủy động học của ống suc khí và dạng aerotan. K có giá

trị từ 6 đên 7g O2/m4 đối với đầu suc khí loại ống, và từ 15 đên 18g O2/m4 đối với

đầu suc khí loại tấm.

Cũng có thể chọn Qkk tiêu chuẩn của Glumrb về lượng oxy tối thiểu cho hệ thống dùng khí nén như sau:

+ Đối với loại khí thông thường, theo bậc, hoặc loại tiêp xúc:

𝑄𝐾𝐾 = 0,5𝑚3𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑘ℎí

𝑘𝑔 𝐵𝑂𝐷 𝑡ả𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑐ủ𝑎 𝑏ể

+ Đối với loại tốc độ cao, chọn QKK trong khoang:

𝑄𝐾𝐾 = (25− 95)𝑚3𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑘ℎí

𝑘𝑔 𝐵𝑂𝐷 𝑡ả𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑐ủ𝑎 𝑏ể

+ Đối với loại thông khí kéo dài, lấy:

𝑄𝐾𝐾 = 125𝑚3𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑘ℎí

𝑘𝑔 𝐵𝑂𝐷 𝑡ả𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑐ủ𝑎 𝑏ể

Đối với hệ thống thông khí bằng cơ học, thiêt bị khuấy cần đam bao mức tối

thiểu là chuyển vào hỗn hợp lỏng và chất răn lơ lửng 1,0 kgO2/1kg BOD tai lượng của

bể.

Trong thiêt kê cũng có thể ước tính thể tích của bể aerotan theo tai lượng của bể

sau khi chọn thời gian suc khí và hiệu suất.

59

Tai lượng của bể aerotan là lượng BOD được khử trùng trong một đơn vị thể tích

và trong một đơn vị thời gian, tính theo gBOD/m3, ngày.

Tai lượng BOD và thời gian thông khí là các thông số có lien quan với nhau và

phu thuộc vào nồng độ BOD trong dòng vào.

5.1.2 Lọc sinh học

Bể lọc sinh học là một thiêt bị phan ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh

trưởng cố định trên lớp màng bám của lớp vật liệu lọc (môi trường lọc). Thường nước thai được tưới lên từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc bằng đá, hoặc các vật liệu lọc

khác nhau, vi vậy người ta cỏn gọi hệ thống này là bể lọc nhỏ giọt (trikling filter). Tuy

nhiên, gọi như vậy không thật chính xác vi đây thực chất là một quá trinh chiêt sinh

học hơn là một quá trinh lọc. Với sự phát triển của vật liệu làm môi trường lọc, các vật

liệu tổng hợp thay thê cho vật liệu lọc bằng đá thi thuật ngư tháp sinh học được dùng

rộng rãi hơn và tháp thường cao tới 6m chứ không phai là 1,8m như bể lọc với vật liệu

bằng đá.

Cơ chê lọc sinh học được minh họa trên hinh 4.14.

Hinh 4.14 Các quá trinh trong bể lọc sinh học

Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ

thống cùng với nước thai. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có hai lớp: lớp

yêm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiêu khí ở ngoài. Do đó quá trinh lọc sinh học

thường được xem là quá trinh hiêu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiêu khí

– yêm khí.

Khi dòng nước thai chay trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hưu cơ của chất thai được vi sinh vật hấp thu, còn san phẩm của quá trinh trao đổi chất (CO2) sẽ được

thai qua màng chất lỏng. Oxy hòa tan được bổ sung bằng hấp thu từ không khí.

Theo chiều sâu từ mặt xuống đáy bể lọc, nồng độ chất hưu cơ trong nước thai

giam dần và tại vùng nào đó của vi sinh vật ở trạng thái đói thức ăn. Thường BOD

được chiêt ra chủ yêu ở 1,8m phần trên của lớp đệm. Phần sinh khối vi sinh vật thừa

sẽ bị tróc ra, theo nước ra ngoài bể lọc.

Hinh 4.15 trinh bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của một bể lọc sinh học.

Nước thai được phun đều lên lớp đệm tạo ra lớp màng nhớt gọi là màng sinh học

(lớp màng này được tạo ra bởi vi sinh vật) phủ trên các đệm. Có thể cấp thêm không

khí trong quá trinh vận hành. Quá trinh oxy hóa xay ra như cơ chê nói trên. Sinh khối

vi sinh vật tách ra khỏi nước trong thiêt bị lăng thứ cấp.

Hinh 4.15. sơ đồ hệ thống tháp lọc sinh học

Lọc sinh học được ứng dung để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hưu cơ phân

hủy sinh học trong nước thai và có thể đạt chất lượng dòng ra với nồng độ BOD tới

15mg/l.

Bể lọc sinh học có thể được vận hành theo một bậc hay nhiều bậc như các sơ đồ

trên hình 4.16.

60

Hiệu suất làm sạch nước thai trong các bể lọc sinh học phu thuộc vào các chỉ tiêu

sinh hóa, trao đổi khối, chê độ thủy lực và kêt cấu thiêt bị. Trong đó, cần chú ý các chỉ

tiêu sau: BOD của nước cần làm sạch, ban chất các hợp chất hưu cơ, tốc độ oxy hóa,

cường độ hô hấp của các vi sinh vật, khối lượng các chất được màng sinh học hấp thu,

chiều dày màng sinh học, thành phần các vi sinh vật sống trong màng, cường độ suc

khí, diện tích và chiều cao bể lọc, các đặc tính của bể lọc (kích thước đệm, độ xốp và

bề mặt riêng), các tính chất vật lý của nước thai, nhiệt độ quá trinh và tai lượng thủy

lực, cường độ tuần hoàn, mức độ phân bố đều nước thai theo diện tích tiêt diện, độ thấm ướt của màng sinh học.

Hình 4.16. Một số sơ đồ điển hinh của hệ thống lọc sinh học

Phân loại theo đặc điểm kêt cầu, các bể sinh học được chia thành: Thiêt bị lọc

với đệm hinh khối; thiêt bị lọc với đệm hinh tấm.

Người ta còn phân bể lọc thành các loại: lọc nhỏ giọt ( thông khí tự nhiên); lọc

tai lượng cao (thông khí nhân tạo) và tháp lọc.

Trong thiêt kê có thể sử dung các thông số ở bang 4.2. làm cơ sở tính toán.

Bang 4.2. Các thông số thiêt kê

Loại thiết

bị

Chiều cao làm việc

Hlv, m

Tai lượng thủy lực

q, m3/m2, ngày Tuần hoàn

Loại nhỏ giọt

1,5 – 2 1 – 3 Khi BOD5 < 220: không

Khi BOD5 > 220: có

Tai lượng cao

2 – 4 10 – 30 Khi BOD5 < 300: không

Khi BOD5 > 300: có

tháp Với BOD5, mg/l 250 300 350 450 500

Chiều cao thiêt bị Hlv, m 8 10 12 14 16

-Tai lượng BOD đối với loại lọc nhỏ giọt được tính như sau:

𝐿𝐵𝑂𝐷 =𝑄.𝐵𝑂𝐷𝑆𝐿1

𝑉𝑚𝑡𝑟 (24)

Trong đó:

LBOD: Tai lượng, g BOD/m3.ngày;

Q : Lưu lượng nước thai thô, m3/ngày;

BODSL1 : Hàm lượng BOD còn lại sau lăng sơ cấp, mg/l;

Vmtr : Thể tích môi trường lọc, m3.

Tai lượng thủy lực được tính theo công thức sau:

𝐿𝑞 =𝑄+𝑄𝑡.ℎ

𝐴 (25)

61

Trong đó:

Lq : Tai lượng thủy lực, m3/m2.ngày;

Q : Lưu lượng nước thai thô, m3/ngày;

Qt.h: Lưu lượng tuần hoàn, m3/ngày;

A: Diện tích bề mặt lọc, m2.

Tỷ số tuần hoàn:

𝑅 =𝑄𝑡 .ℎ

𝑄 (26)

Một số thông số về tai lượng của các loại lọc nhỏ giọt trong bang 4.3.

Bang 4.3. Một số giá trị điển hinh về tai lượng của loại lọc nhỏ giọt với chiều

cao môi trường lọc 1,5m - 2,1m, vật liệu đá

Thông số Lọc chậm Lọc nhanh Lọc 2 bậc

Tai lượng BOD, g/m3. ngày 100 – 400 500 - 1500 700 – 1100

Tai lượng thủy lực, m3/m2.ngày 2 - 5 10 – 30 10 - 30

Tỷ số tuần hoàn 0 0,5 – 3,0 0,5 – 4,0

Phương pháp lọc sinh học có các ưu điểm là đơn gian, tai lượng theo chất gây ô

nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày, thiêt bị cơ khí đơn gian và tiêu hao ít

năng lượng, nhưng nó cũng có nhược điểm là hiệu suất quá trinh phu thuộc rõ rệt vào

nhiệt độ không khí.

Một loại hệ thống sinh học sinh trưởng, cố định trong màng sinh học khác là đĩa

sinh học (hinh 4.17). Hệ thống này gồm một loạt các đĩa tròn lăp trên cùng một truc

cách nhau một khoang nhỏ. Khi truc quay, một phần đĩa ngập trong máng chứa nước

thai còn phần còn lại tiêp xúc với không khí. Các vi khuẩn bám trên đĩa chiêt các chất

hưu cơ của nước thai.

Hinh 4.17. Sơ đồ hệ thống đĩa sinh học

5.2 Làm sạch nước thai trong điều kiện tự nhiên

Các quá trinh hiêu khí trong xử lý sinh học có thể xay ra ở điều kiện tự nhiên và

trong các công trinh nhân tạo. Quá trinh làm sạch nước thai ở điều kiện tự nhiên được

tiên hành bằng cách tưới nước thai ở dạng phun mưa trên cánh đồng được chuẩn bị

riêng cho muc đích này, đồng thời cho ca canh tác, hay lọc nước thai qua cánh đồng

lọc và trong các hồ sinh học.

5.2.1 Hồ sinh học

Hồ sinh học này còn được gọi là hồ oxy hóa hoặc hồ ổn định. Đó là một chuỗi

gồm từ 3 đên 5 hồ. Nước thai chay qua hệ thống hồ trên với vận tốc không lớn. Trong

hồ, nước thai được làm sạch bằng các quá trinh tự nhiên bao gồm ca tao và các vi

62

khuẩn nên tốc độ oxy hóa chậm, đòi hỏi thời gian lưu thủy lực lớn (30 đên 50 ngày).

Các vi sinh vật sử dung oxy sinh ra trong quá trinh quang hợp của tao và oxy được

hấp thu từ không khí để phân hủy các chất thai hưu cơ. Còn tao đên lượt minh sử dung

CO2, NH4+, phốt phát được giai phóng ra trong quá trinh phân hủy các chất hưu cơ để

thực hiện quá trinh quang hợp. Để hồ sinh học làm việc binh thường, cần duy tri pH

và nhiệt độ ở giá trị tối ưu.

Phân loại

Hồ sinh học được phân chia thành các loại sau:

Hồ oxy hóa cấp III hoặc hồ làm sạch lần cuối (Polishing pond)

Hồ thông khí nhân tạo hay còn gọi là hồ được suc khí;

Hồ oxy hóa hiêu – yêm khí (Faccultative pond) hay còn gọi là hồ oxy hóa tùy

tiện.

Nguyên lý kêt cấu và làm việc của loại hồ hiêu – yêm khí được minh họa trên

hình 4.18.

Hinh 4.18. Sơ đồ các quá trinh sinh học chính trong hồ hiếu – yếm khí

Quá trình làm sạch nước thải trong hồ

Trong hồ xay ra các quá trinh sau:

Oxy hóa các chất hưu cơ bởi các vi sinh vật hiêu khí ở lớp nước phía trên của

hồ.

Quang hợp của tao ở lớp nước phía trên.

Phân hủy chất hưu cơ của các vi khuẩn yêm khí ở đáy hồ.

Trong điều kiện tự nhiên, gió và nhiệt độ là nhưng yêu tố quan trọng anh hưởng tới mức độ khuấy trộn nước trong hồ. Ở đây khuấy trộn có hai chức năng: giam tới

mức tối thiểu, rút ngăn thời gian lưu và các vùng chêt trong hồ; phân bố đều các chất

dinh dưỡng cho tao, và O2 cho vi sinh vật. Vi quá trinh quang hợp chỉ xay ra ở độ sâu

từ 150m đên 300mm dưới bề mặt thoáng của nước, do đó nêu không có khuấy trộn,

phần lớn nước trong hồ nằm trong vùng tối. Chiều sâu tối thiểu của nước trong hồ cần

bằng 0,6m để phòng ngừa sự phát triển của các loài thực vật có rễ. Còn chiều sâu tối

đa của nước trong hồ cần khống chê ở mức 1,5m để phòng ngừa mùi do quá trinh yêm

khí gây ra, vi khi chiều sâu lớn hơn 1,5m quá trinh yêm khí sẽ chiêm ưu thê.

Tính toán thiết kế

Trong tính toán các hồ, cần xác định kích thước của chúng sao cho đam bao thời

gian lưu cần thiêt của nước thai. Diện tích bề mặt hồ được tính theo công thức sau:

𝐹 =𝑄.𝑡

𝐻 , m2 (27)

Trong đó:

Q : Lưu lượng nước thai, m3/ngày;

t : Thời gian lưu thủy lượng, ngày;

H : Chiều sâu của hồ, m.

63

Thời gian lưu thủy lượng có thể tính được dựa vào cơ sở quá trinh khử BOD5. Để

đơn gian ta gia thiêt hồ được khuấy trộn hoàn toàn và quá trinh khử BOD5 theo động

học bậc 1:

𝑆𝑟𝑆𝑣=

1

1+ 𝑘1𝑡

Trong đó:

Sr : BOD ở dòng ra, mg/l;

Sv : BOD ở dòng vào, mg/l;

k1 : Hằng số tốc độ phan ứng bậc 1, 1/ngày.

Do vậy thời gian lưu thủy động học sẽ bằng:

𝑡 = (𝑆𝑣

𝑆𝑟− 1)

1

𝑘1 (28)

Thay biểu thức (28) vào (27) ta có:

𝐹 =𝑄

𝐻.𝑘1(𝑆𝑣

𝑆𝑟−1) (29)

Trong đó 𝑘1 = 𝑓(𝑡𝑜𝐶) = 0,3(1,05)(𝑡−20) (30)

Kêt qua nghiên cứu của Mara (1975), Marais G.V.R (1966) ở Nam Phi đã đề

xuất: để duy tri sự trội của điều kiện hiêu khí trong hồ, Sr cần nằm trong khoang 50 đên 70 mg/l đối với các hồ có độ sâu từ 1 đên 1,5m.

Đặt biểu thức (30) vào (29) và chọn Sr = 60mg/l, ta có:

𝐹 =𝑄(𝑆𝑣−60)

18𝐻 .(1,05)𝑡−20 (31)

Cũng có thể tính F theo công thức thực nghiệm của McGarry và Perscod hoặc theo tai lượng bề mặt riêng. Ở điều kiện khí hậu Nam và Tây Nam Mỹ, tai lượng bề

mặt nằm trong khoang từ 2,2 đên 5,6g BOD/m2.ngày.

Hồ sinh học có kêt cấu điển hinh như trinh bày trên hinh 4.19.

Hinh 4.19. Mặt chiếu từ trên xuống của hồ sinh học

Hộp phân phối dòng vào; 2. Ống dẫn nước thai vào; 3. Ống và van nối hai hồ; 4.

Cửa xa nước ra có bộ phận kiểm soát dòng tràn

Thường mặt trong của hồ được lát đá để tránh tác động của song làm lở bờ. Nêu

đá yhồ là loại đạt dễ thấm thi cần được gia cố chống thấm bằng lớp đất sét hoặc rai

bằng lớp vai nhựa để phóng ngừa ô nhiễm cho nước ngầm. Khu vực hồ cần được bao

vệ tránh không cho các vật nuôi xâm nhập.

Hồ sinh học có nhưng ưu điểm là chi phí xây lăp và bao dưỡng thiêt bị thấp; hiệu

suất khử fecal coliform cao và là phương pháp rất thích hợp với các vùng khí hậu

nóng.

Hồ sinh học thường được sử dung để xử lý thứ cấp trong xử lý nước thai ở nhưng

thị trấn nhỏ khoang 10000 dân hoặc khu vực nông thôn.

5.2.2 Hồ xử lý cấp III

64

Hồ xử lý cấp III là các hồ dùng để xử lý dòng thai từ xử lý thứ cấp như các bể

hoạt hóa bùn, lọc sinh học,… Trong hồ này diễn ra quá trinh xử lý để tiêp tuc khử

caca1 chất hưu cơ, giam SS, N và fecal coliform. Để đạt được tiêu chuẩn dòng thai có

hàm lượng BOD nhỏ hơn 25mg/l, cần hai hồ nối tiêp nhau với thời gian lưu ở mỗi hồ

bằng 7 ngày khi BODv bằng 75mg/l (Mara. D, 1978).

Cũng như trong hồ oxy hóa hiêu – yêm khí, việc giam số vi khuẩn trong hồ cũng

có thể chấp nhận theo phan ứng bậc 1:

𝑁𝑟 =𝑁𝑣

1+𝑘𝑏𝑡 (32)

Trong đó:

Nr: Số coliform ở dòng ra;

Nv: Số coliform ở dòng vào;

Kkb : Hằng số tốc độ khử coliform 1/ngày.

Đối với hệ thống có n hồ thi biểu thức trên có dạng:

𝑁𝑟 =𝑁𝑣

(1+𝑘𝑏𝑡1)(1+𝑘𝑏𝑡2)…(1+𝑘𝑏𝑡𝑛) (33)

Trong đó:

tn: Thời gian lưu ở hồ thứ n;

Kb(t) = f(t) = 2,6.1,9(t-20) (34)

65

Chương 6

CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TRONG ĐIỀU KIỆN THIẾU KHÍ

Các phương pháp yêm khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trinh

xử lý bằng phương pháp bằng sinh học, cũng như nước thai công nghiệp chứa hàm

lượng các chất hưu cơ cao (BOD = 4 – 5g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng

để ổn định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn yêm khí phân hủy các chất hưu cơ.

Tùy thuộc vào loại san phẩm cuối cùng, người ta phân loại quá trinh này thành :

lên men rượu, lên men acid lactic, lên men metan,v.v… Nhưng san phẩm cuối của quá

trình lên men là : cồn, các acid, axeton, khí CO2, H2, CH4.

Dể xử lý nước thai, người ta sử dung quá trinh lên men khí metan. Đó là quá trinh phức tạp, diễn ra theo nhiều giai đoạn. Cơ chê của quá trinh này chưa được biêt

đên một cách đầy đủ và chính xác. Nhưng người ta giai thích quá trinh lên men khí

metan gồm hai pha : pha axit và pha kiềm (hay pha metan).

Trong pha axit, các vi khuẩn tạo axit (bao gồm các vi khuẩn tùy tiện, vi khuẩn

yêm khí) hóa lỏng các chất răn hưu cơ sau đó lên men các chất hưu cơ phức tạp đó tạo

thành các axit bậc thấp như axit béo, cồn, aminoaxit, glyxerin, axeton, dihydrosunfat,

CO2, H2.

Trong pha kiềm, các vi khuẩn tạo metan chỉ gồm các vi khuẩn yêm khí chuyển

hóa các san phẩm trung gian trên tạo thành CH4 và CO2.

Quá trinh trao đổi chất trên được mô ta trên hinh 4.20.

Phan ứng chính tạo thành metan có thể xay ra như sau :

CO2 + 4H2A → CH4 + 4A + 2H2O (35)

Trong đó H2A là chất hưu cơ chứa hydro.

Cũng có thể xay ra các phan ứng khác (khi có và khi không có hydro)

CO + 3H2 → CH4 + H2O (36)

4CO + 2H2O → 3CO2 + CH4 (37)

Metan có thể được tạo thành do phân rã axit axetic:

CH3COOH → CH4 + CO2 (38)

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (39)

Hinh 4.20. Sơ đồ phân hủy yếm khí bùn nước thai

Trong quá trinh xử lý nước thai công nghiệp chứa 𝑆𝑂42−, ở điều kiện yêm khí, vi

khuẩn khử sunfat sẽ khử 𝑆𝑂42− thành H2S như sau:

5AH2 + 𝑆𝑂42− → 5A + H2S + H2O (40)

Ngoài ra còn có ca quá trinh denitrat hóa:

6H2A + 2𝑁𝑂42− → 6A + 6H2O + N2 (41)

66

2. Quá trình công nghệ

Gồm ba giai đoạn:

Giai đoạn lỏng hóa nguyên liệu đầu để vi khuẩn dễ sử dung các chất dinh dưỡng.

Giai đoạn tạo thành axit:

𝐻2𝐴𝑣𝑖 𝑘ℎ𝑢ẩ𝑛 𝑡ạ𝑜 𝑎𝑥𝑖𝑡→ 𝑐á𝑐 𝑎𝑥𝑖𝑡 ℎữ𝑢 𝑐ơ:(42)

(𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻, 𝐶2𝐻5𝐶𝑂𝑂𝐻, 𝐶3𝐻7𝐶𝑂𝑂𝐻,… )

Giai đoạn tạo thành metan

Các axit hưu cơ 𝑣𝑖 𝑘ℎ𝑢ẩ𝑛 𝑡ạ𝑜 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛→ CH4 + CO2 (43)

3. Các yếu tố chính ảnh hưởng tới hiệu suất quá trình phân hủy yếm khí tạo khí metan

a) Nhiệt độ: nhiệt độ chính là yêu tố điều tiêt cường độ của quá trinh. Nhiệt độ

tối ưu cho quá trinh này là 35oC. Như vậy quá trinh có thể thực hiên ở điều kiện ấm

(30 – 35oC) hoặc nóng (50 – 55oC). Khi nhiệt độ dưới 10oC, vi khuẩn tạo metan hầu

như không hoạt động.

b) Liều lượng nạp nguyên liệu (bùn) và mức độ khuấy trộn: Nguyên liệu nạp cho

quá trinh cần có hàm lượng chất răn bằng 7 – 9%. Tác dung của khuấy trộn là phân bố

đều dinh dưỡng và tạo điều kiện tiêp xúc tốt với các vi sinh vật và giai phóng khi san

phẩm ra khỏi hỗn hợp lỏng – răn.

c) Tỷ số C/N: Tỷ số C/N tối ưu cho quá trinh là (25 – 30)/l.

d) Độ pH: pH tối ưu quá trinh dao động trong phạm vi rất hẹp, từ 6,5 đên 7,5. Do

lượng vi khuẩn tạo ra bao giờ cũng bị giam trước khi quan sát thấy pH thay đổi, nên

nêu pH giam thi ngừng nạp nguyên liệu, vi nêu tiêp tuc nạp nguyên liệu thi hàm lượng

axit tăng lên, dẫn đên kêt qua là làm chêt các vi khuẩn tạo CH4.

Ngoài ra phai kể đên anh hưởng của dòng vi khuẩn, thời gian lưu cần để đam bao

hiệu suất khử các chất gây ô nhiễm và điều kiện không chứa các chất hóa học, đặc biệt

là kim loại nặng (Cu, Ni, Zn, …), hàm lượng NH3 và sunfat quá dư cùng một số hợp

chất hưu cơ khác (bang 4.4)

Bang 4.4. Một số nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc đối với quá

trình lên men CH4.

Các chất Toluen Axeton Benzen Crom

(Cr3+/Cr6+) Đồng

Nồng độ giới hạn cho phép, mg/l 200 200 200 25/3 25

Khí san phẩm của quá trinh lên men metan thường có hàm lượng CH4 vào

khoang 65 – 70%, CO2 vào khoang 25 – 30% và lượng nhỏ các khí khác. Ước tính cứ

1kg chất răn phân hủy có thể cho 1m3 khí. Kha năng sinh nhiệt của CH4 là 25MJ/kg.

Khí sinh học này có thể được sử dung trong nhiều muc đích khác nhau.

67

Do bùn cặn của nước thai công nghiệp thường có hàm lượng ẩm, các muối kim

loại và các chất khử bẩn cao nên cần thiêt phai tiên hành quá trinh lên men ở tai trọng

thấp hơn binh thường 25 – 50%.

Quá trinh tạo khí metan được tiên hành trong các bể lên men có nguyên lý cấu

tạo như trên hinh 4.2.1. Bùn thô nạp vào bể theo phương thức gián đoạn, vào vùng

phân hủy mạnh và nước phần trên được rút ra đi xử lý tiêp.

Bùn đã phân hủy tích tu ở đáy bể có thể rút ra một cách dễ dàng. San phẩm khí

của quá trinh được giư ở két khí là năp nổi của bể.

Thể tích bể tiêu hủy yêm khí được tính theo tai lượng riêng, thời gian tiêu hủy,

sự giam chất răn và thời gian lưu trư bùn. Các thông số này lien hệ với nhau bằng

công thức sau:

𝑉 =𝑉1+𝑉2

2𝑡1 +𝑉2 𝑡2 (44)

Trong đó:

V: thể tích tiêu hủy, m3;

V1: lưu lượng bùn thô nạp vào bể, m3/ngày;

V2 : lưu lượng bùn giư trong bể, m3/ngày;

t1 : thời gian tiêu hủy, ngày;

t2 : thời gian bùn lưu giư lại trong bể, ngày.

Bang 4.5. Một số thông số dùng trong thiết kế bể tiêu hủy yếm khí

Thông số Bể tốc độ chuẩn Bể tốc độ cao

Thời gian lưu của chất răn, ngày

Tai lượng chất răn bay hơi, kg/m3.ngày

Nồng độ chất răn tiêu hủy được, %

Hiệu suất giam chất răn bay hơi, %

Năng suất khí, m3/kg VSS nạp vào bể

Hàm lượng khí CH4, %

30 – 90

0,5 – 1,6

4 – 6

35 – 50

0,5 – 0,55

65

10 – 20

1,6 – 6,4

4 – 6

45 – 55

0,6 – 0,65

65

Cũng có thể tiên hành quá trinh theo hai giai đoạn, mỗi giai đoạn ở một thiêt bị

riêng biệt (hinh 4.21b). Giai đoạn 1 ứng với pha tạo axit, còn giai đoạn 2 tiên hành pha

tạo khí CH4. Bằng cách này cho phép tăng tốc độ quá trinh và giam thể tích thiêt bị so

với tiên hành quá trinh theo một giai đoạn.

Hinh 4.21b. Sơ đồ bể tiêu hủy yếm khí bùn theo hai giai đoạn

6.1.1 Hồ yếm khí

Nguyên tăc tạo điều kiện yêm khí và làm việc của hồ được minh họa trên hinh

4.22. Ở đây, các vi khuẩn yêm khí phân hủy các chất hưu cơ thành các san phẩm cuối

68

ở dạng khí là CO2 và CH4, thêm vào đó là hợp chất trung gian phát sinh mùi như các

axit hưu cơ, H2S,…

Đặc tính của nước thai được xử lý bằng phương pháp yêm khí là có hàm lượng

chất hưu cơ cao, cu thể là protein, mỡ, có nhiệt độ tương đối cao, không chứa các chất

độc và đủ các chất dinh dưỡng.

Hình 4.22. Sơ đồ một hồ yêm khí xử lý nước thai chê biên thịt

Các tiêu chuẩn vận hành binh thường đối với hồ yêm khí để có thể đạt hiệu suất

khử BOD bằng 75% là tai trọng BOD bằng 320g BOD/m3.ngày, thời gian lưu tối thiểu là 4 ngày, hồ làm việc ở nhiệt độ tối thiểu là 25oC.

Vấn đề vận hành thường gặp đối với loại hồ này là sự giam nhiệt độ do mặt hồ

không được lớp dầu mỡ phủ kín để cách nhiệt và tránh tác động khuấy trộn của gió.

Nêu hồ yêm khí được vận hành đúng sẽ không phát sinh mùi làm ô nhiễm môi trường

xung quanh.

Các nhà nghiên cứu của Israel, Châu phi và Châu Úc đã đưa ra các số liệu thiêt

kê hồ ở điều kiện nhiệt độ lớn hơn 20oC như ở bang dưới đây:

Thời gian lưu, ngày Hiệu suất giam BOD, %

1 50

2,5 60

5 70

Thời gian tối ưu thường chọn là 5 ngày.

Ưu điểm của xử lý yêm khí so với quá trinh hiêu khí là sinh ra ít bùn hơn và

không cần thiêt bị thông khí, nhưng nhược điểm của nó là phân hủy không triệt để nên

chất thai cần được xử lý bằng quá trinh thứ cấp là quá trinh hiêu khí. Mặt khác quá

trinh phân hủy yêm khí cần nhiệt độ khá cao.

Hồ yêm khí đã được ứng dung thành công trong xử lý nước thai mà chọn phương pháp xử lý cho thích hợp và có thể kêt hợp phương án xử lý yêm khí với quá trinh

hiêu khí. Sau đây là một vài phương án kêt hợp với các loại hồ để xử lý nước thai ở

các khu vực nhiệt đới (hinh 4.23):

Hinh 4.23. Một số phương án kết hợp với các loại hồ để xử lý nước thai

Hồ yêm khí; F. Hồ oxy hóa tùy tiện; M. Hồ xử lý cấp III

Các hồ xử lý cấp III đóng vai trò quan trọng rất lớn trong việc khử các vi khuẩn

gây bệnh. Vi vậy, các sơ đồ hệ thống hồ ở trên với thời gian lưu mỗi hồ là 5 ngày có

thể cho dòng thai cuối cùng đáp ứng tiêu chuẩn nước dùng trong nông nghiệp.

6.2 Các công trinh xử lý kỵ khí trong điều kiện nhân tạo

6.2.1 Bể UASB:

6.2.2 Dhegwfdhwegdwe

69

6.3 Xử lý hỗn hợp nước thai sinh hoạt và nước thai công nghiệp

Khi thực hiện xử lý sinh hóa nước thai công nghiệp chung với nước thai sinh

hoạt, quá trinh làm sạch ổn định và có hiệu suất cao hơn khi xử lý riêng nước thai

công nghiệp. Do nước thai sinh hoạt chứa các nguyên tố dinh dưỡng sẽ làm loãng

nước san xuất. Mức độ pha loãng cần thiêt có thể xác định theo công thức:

𝑚 =𝐿𝑠𝑥− 𝐿ℎℎ𝐿ℎℎ −𝐿𝑠ℎ

Trong đó:

m : Tỷ lệ giưa lượng nước thai sinh hoạt và nước thai san xuất.

Lsx : BOD toàn phần của nước thai san xuất, mg/l;

Lhh : BOD toàn phần của hỗn hợp nước thai sinh hoạt và nước thai san xuất, mg/l;

Lsh : BOD toàn phần của nước sinh hoạt, mg/l.

Quá trinh xử lý hỗn hợp nước thai công nghiệp với nước thai sinh hoạt có thể

thực hiện theo sơ đồ như ở hinh 4.24.

Hinh 4.24. Sơ đồ kết hợp xử lý nước thai san xuất với nước thai sinh hoạt

70

Chương 7

XỬ LÝ BÙN CẶN NƯỚC THẢI

7.1 Các phương pháp xử lý bùn cặn:

7.2 Các công trinh xử lý bùn cặn:

7.2.1 Bể lắng hai vỏ:

7.2.2 Bể mêtan:

7.2.3 Các công trinh cô đặc cặn và ổn định cặn:

71

Chương 8 KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI

8.1 Ferfherjfnrefer

72

TÀI LIỆU THAM KHẢO

73

PHU LUC