1

CHƯƠNG I

NGUỒN GỐC VÀ LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI

I.1. NGUỒN GỐC NƯỚC THẢI

Nước thải có nguồn gốc là nước cấp, nước thiên nhiên sau khi phục vụ đờisống con người như ăn uống, tắm giặt, vệ sinh, giải trí, sản xuất hàng hóa, chăn nuôi…và nước mưa bị nhiễm bẩn các chất hữu cơ và vô cơ thải ra các hệ thống thu gomvà các nguồn tiếp nhận.

Có thể phân loại nước thải một cách chung nhất là: Nước thải sinh hoạt, nướcthải sản xuất, nước mưa và nước thấm chảy vào hệ thống cống.

II.2. LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI

Để xác định lưu lượng nước thải ở các khu dân cư, thị trấn, thị xã, thành phố đãcó hệ thống cống thoát nước đang hoạt động tốt nhất là dung phương pháp đo lưulượng tại cửa xả.

Đo lưu lượng tiến hành liên tục 24 giờ trong ngày, đo trong các ngày tiêu biểucủa tháng, đo trong tháng điển hình của các mùa trong năm. Nếu trong khu dân cưhay thị xã chưa có hệ thống cống hoàn chỉnh hoặc đang xây dựng và ở những nơi cónhiều cửa xả, việc đo lưu lượng và xác định lưu vực của từng cửa xả gặp nhiều khókhăn, thì có thể tính toán lưu lượng nước thải theo từng loại như sau:

I.2.1. Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt thường từ 65% đến 80% lưu lượng nước cấp đi qua đồnghồ các hộ dân, cơ quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại, khu giải trí…; 65%áp dụng cho nơi nóng, khô, nước cấp dùng cho cả việc tưới cây cỏ.

Ở các khu thương mại, cơ quan, trường học, bệnh viện, khu giải trí ở xa hệthống cống thoát của thành phố, phải xây dựng trạm bơm nước thải hay khu xử lýnước thải riêng, tiêu chuẩn thải nước có thể tham khảo bảng I - 1, bảng I - 2, bảng I -3 với số liệu lấy từ cuốn Metcalf & Eddy – “wastewater Engineering”.

Bảng I - 1: Tiêu chuẩn thải nước từ các khu dịch vụ thương mại

Nguồn nước thải Đơn vị tính Lưu lượng (l/đơn vị tính - ngày)

Khoảng dao động Trị số tiêu biểu

Nhà ga sân bayGara – ô tô, sửa

xeQuán bar

Hành kháchĐầu xeKhách hàngNgười phục vụNhà vệ sinh

7,5 – 1526 – 503,8 – 1938 – 60

1515 – 2270

11381150

1900

2

Kho hàng hóa

Kho hàng hóa

Khách sạn

Hiệu giặt làTiệm ănSiêu thịCơ quan

Nhân viên phục vụNhà vệ sinhNhân viên phục vụKháchNgười phục vụCông nhânMáy giặtNgười ănNgười làmNhân viên

30 – 451515 – 2270

30 - 45151 – 212

26 – 4926 – 60

1703 – 24607,5 – 1526 – 5026 - 60

381900

381803849

2080113849

Bảng I - 2: Tiêu chuẩn thải nước từ các công sở

Nguồn nước thải Đơn vị tính Lưu lượng (l/đơn vị tính - ngày)

Khoảng dao động Trị số tiêu biểu

Bệnh viện

Bệnh viện tâm thần

Nhà tù

Nhà nghỉ

Trường đại học

Giường bệnhNhân viên phục vụGiường bệnhNhân viên phục vụTù nhânQuản giáoNgười trong nhàđiều dưỡngSinh viên

473 – 90819 – 56

284 – 53019 – 56

284 – 53019 – 56

190 – 455

56 – 113

62538

37838

43538

322

95

Ghi chú: Theo chúng tôi trong bảng I-2 tiêu chuẩn nước thải bệnh viện nên giảm

xuống 450 l/đv.ngày là phù hợp với điều kiện nước ta.

Bảng I - 3: Tiêu chuẩn thải nước từ các khu giải trí

Nguồn nước thải Đơn vị tính Lưu lượng (l/đơn vị tính - ngày)

Khoảng dao động Trị số tiêu biểu

Khu nghỉ mát cókhách sạn miniKhu nghỉ mát lều,trại, ô tô di độngQuán cà phê giải khát

Người

Người

189 – 265

30 – 189

227

151

3

Cắm trạiNhà ăn

Bể bơi

Nhà hátKhu triển lãm, giải trí

KháchNhân viên phục vụNgườiXuất ănNhân viênNgười tắmNhân viênGhế ngồiNgười thăm quan

3,8 – 1130 – 4575 – 15015 – 3830 – 18919 – 4530 – 457,5 – 1515 - 30

7,538

11326,515138381119

I.2.2. Nước thải công nghiệp

Lưu lượng nước thải công nghiệp dao động phụ thuộc vào quy mô, tính chấtsản phẩm, quy trình công nghệ của từng nhà máy. Khi không có số liệu cụ thể củatừng nhà máy có thể tính lượng nước thải chung theo diện tích của khu công nghiệp(số liệu lấy từ cuốn Metcalf & Eddy – “wastewater Engineering”).

- Khu công nghiệp gồm các nhà máy sản xuất ra sản phẩm khô, ít ngậm nước,lưu lượng nước thải dao động từ 9 - 14 m3/ha.ngày.

- Khu công nghiệp có các nhà máy sản xuất ra sản phẩm có ngậm nước loạitrung bình, lượng nước thải dao động từ 14 – 28 m3/ha.ngày. Lượng nước thải ởkhu công nghiệp tính theo lượng nước cấp đi qua đi qua các quá trình sản xuất thảira 90 – 95%.

I.2.3. Nước ngầm thâm nhập vào mạng lưới cống dẫn

Ở những nơi mạng lưới ống thoát nước đặt thấp hơn mực nước ngầm mạchnông, luôn luôn có một lượng nước ngâm thâm nhập vào hệ thống cống qua cácthành hố ga, qua chỗ nối ống, qua thành ống có chất lượng xấu và qua các chỗ gãyvỡ chưa kịp sửa chữa. Ở những nơi mạng ống thoát nước đặt cao hơn mực nướcngầm, lượng nước thâm nhập vào cống chỉ xảy ra trong lúc mưa và một thời gianngắn sau cơn mưa, vì khi nước mưa thấm xuống đất chưa kịp tiêu thoát hết, mựcnước ngầm tạm thời dâng cao.

Lượng nước thâm nhập dao động từ 0,2 m3/ha.ngày đối với vùng không cónước ngầm thường xuyên đến 28 m3/ha.ngày đối với vùng có nước ngầm thườngxuyên. Lượng nước thâm nhập nêu trên ứng với điều kiện xây dựng và quản lý vậnhành tốt mạng lưới cống thoát.

I.2.4. Nước thải mưa

a. Ở những nơi có hai mạng lưới cống thoát nước riêng biệt: Mạng lưới cốngthoát nước thải tách riêng mạng lưới cống thoát nước mưa, lượng nước thải đi về

4

nhà máy xử lý gồm: Nước sinh hoạt, nước công nghiệp và nước ngầm thâm nhập,nếu sau những trận mưa lớn không có hiện tượng ngập úng cục bộ. Còn ở những nơicó hiện tượng ngập úng cục bộ, nước mưa có thể tràn qua nắp đạy các hố ga chảyvào hệ thống thoát nước thải, khi đó lượng nước thâm nhập do thấm từ nước ngầmvà nước mưa có thể lên tới 470 m3/ha.ngày.

b. Ở những nơi mạng lưới thoát nước là mạng cống chung vừa thoát nước mưavừa thoát nước bẩn như ở hầu hết các mạng lưới thoát nước ở các thị trấn, thị xã,thành phố của nước ta, thì lưu lượng nước thải chảy về nhà máy xử lý gồm nước thảisinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm nhập và một phần lượng nướcmưa.

Để chỉ phải đưa một phần nước mưa q1 = nqsh < qmưa về nhà máy xử lý, phầncòn lại của nước mưa q2 = qmưa – q1 xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận, trên mạng cốngthoát tại các cửa xả nước mưa phải cấu tạo các giếng tách nước có đập tràn, chiềucao và chiều dài của đập tràn ở giếng tách nước đặt trước của xả nước mưa đượctính toán sao cho:

- Khi lưu lượng vào giếng tách nước: qmưa + qsh ≤ (n+1)qsh sẽ không có nướctràn qua đập tràn và toàn bộ lượng nước (n + 1)qsh được dẫn về bể điều hòa của trạmxử lý.

- Khi lưu lượng nước chảy vào giếng tách nước: qmưa + qsh > (n + 1)qsh thìhoặc: lượng nước q2 = (qmưa + qsh) – (n + 1)qsh tràn qua đập tràn vào nguồn tiếp nhậncòn lượng nước (n + 1)qsh vẫn chảy về bể điều hòa lưu lượng và chất lượng của nhàmáy. Hoặc: trên đường cống dẫn nước thải về nhà máy sau giếng tách nước đặt mộtvan đóng mở tự động theo lệnh của đồng hồ đo nước đặt trước giếng tách nước, khilưu lượng nước chảy qua đồng hồ q > (n + 1)qsh sau một thời gian nhất định để đảmbảo cho nước bẩn đã được pha loãng hoàn toàn bằng nước mưa, thì thiết bị báo lưulượng ở đồng hồ ra đóng hoàn toàn van trên đường dẫn nước thải về nhà máy, lúc đótoàn bộ lượng nước đến giếng tách nước tràn qua đập tràn ra nguồn tiếp nhận. Saucơn mưa , lượng nước về giếng tách nước giảm dần qmưa + qsh < (n + 1)qsh, van tựđộng mở trở lại và nước lại được dẫn về nhà máy xử lý.

Trong các công thức trên: n là hệ số pha loãng tính theo công thức:

(1-1)

Trong đó:qmưa: Lưu lượng nước mưa cần để pha loãng nước sinh hoạtqsh: Lưu lượng nước sinh hoạtSo: Nồng độ BOD hoặc COD trong nước sinh hoạtSmưa: Nồng độ BOD hoặc COD trong nước mưa (thường BOD5 từ 7 – 10 mg/l)So: Nồng độ BOD hoặc COD trong nước cho phép xả vào nguồn tiếp nhận (doSở Khoa học Công nghệ và Môi trường quy định).

5

I.3. ĐỘ DAO ĐỘNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI

Lưu lượng nước thải không đều nhau theo từng giờ trong ngày và thường daođộng so với lưu lượng trung bình giờ:

Từ 20 – 400% ở khu dân cư ≤ 1 000 người

Từ 50 – 300% ở khu dân cư ≤ 10 000 người

Từ 80 – 200% ở khu dân cư ≤ 100 000 người

Ở các thành phố lớn, giờ có lượng nước tối thiểu và các giờ có lưu lượng tối đaso với lưu lượng trung bình giờ trong ngày thường từ 1,25 đến 1,5 lần.

Lượng nước thải cũng không đều nhau giữa các mùa trong năm, giữa các thángtrong mùa và giữa các ngày trong tháng.

Bảng I - 4: Giới thiệu hệ số không điều hòa phụ thuộc vào lưu lượng nước thảitheo tiêu chuẩn ngành mạng lưới bên ngoài và công trình 20 – TCN – 51 – 84.

Lưu lượng nướcthải trung bình(l/s)

5 15 30 50 100 200 300 500 800 1250

Hệ số không điềuhòa K

3 3,5 2 1,8 1,6 1,4 1,35 1,25 1,2 1,15

Khi lưu lượng trung bình nằm giữa các trị số cho trong bảng, thì xác định hệ sốkhông điều hòa K theo nội suy.

I.4. CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ

Khi thiết kế nhà máy xử lý nước thải phải tuân theo quy hoạch phát triển củakhu dân cư như tăng dân số, xây dựng các điểm công nghiệp mới, mở rộng mặt bằngđô thị, tăng lượng nước cấp do tăng mức sống v.v…trong khoảng thời gian xác địnhcủa dự án.

1. Lưu lượng ngày trung bình: Dùng để tính toán năng lượng điện tiêu thụ,lượng hóa chất tiêu thụ, lượng bùn cặn cần xử lý và vận chuyển ra nguồntiếp nhận, lượng nước xả ra nguồn tiếp nhận.

2. Lượng nước giờ lớn nhất (max), giờ ít nhất (min) trong ngày dùng để tínhtoán mạng lưới thoát nước, chọn và bố trí thiết bị và máy bơm của trạmbơm nước thải, song chắn rác, bể lắng cát và bể điều hòa lưu lượng.

3. Khi nhà máy xử lý nước thải có lưu lượng ứng với hệ số không điều hòa K≤ 1,5 có thể không xây bể điều hòa lưu lượng mà lấy lưu lượng trung bìnhtrong các giờ cao điểm: 6, 7, 11, 12, 18, 19 giờ để tính toán tải trọng thủylực cho các công trình xử lý sinh học, các bể lắng và lấy lưu lượng giờtrung bình để tính toán các công trình xử lý bùn.

6

4. Ở những nhà máy xử lý nước thải từ hệ thống cống chung có giếng táchnước, phải thiết kế hồ chứa khi nước mưa dư ra với thể tích:

W = nqsh×1

t: Thời gian của cơn mưa dài nhất

Về mùa mưa lượng nước này phải được bơm vào nhà máy với lưu lượng:

qbổ sung

T: Thời gian bơm không được dài hơn thời gian giữa hai cơn mưa vàlưu lượng bổ sung (qbổ sung ) có trị số vừa đủ để không làm tăng tải trọng thủy lựccủa các công trình xử lý lên hơn 1,5 lần so với tải trọng khi làm việc bìnhthường.

5. Khi nhà máy xử lý nước thải có lưu lượng ứng với hệ số không điều hòa K> 1,5 nên làm bể điều hòa lưu lượng và chất lượng. Tính toán các côngtrình trong hệ thống xử lý sau bể điều hòa với lưu lượng và chất lượngtrung bình của 24 giờ làm việc trong ngày.

7

CHƯƠNG IICHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI

Nước thải sinh hoạt có những đặc tính và chỉ tiêu chất lượng chung có thểphán đoán và đánh giá khi chọn các công trình xử lý đã phổ biến, còn nước thảicông nghiệp có đặc tính và chất lượng rất khác nhau tùy thuộc vào từng loại nhàmáy, mức độ trang bị công nghệ nên rất khó có những chỉ tiêu chung để đánh giáchất lượng nước thải chung cho các loại công nghiệp, mỗi loại công nghiệp có nướcthải khác với nước thải sinh hoạt cần được khảo sát, phân tích, đánh giá chất lượngriêng để tìm quy trình xử lý thích hợp.

Trong tài liệu này, chúng tôi chỉ giới thiệu phương pháp tính toán thiết kếcác công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, áp dụng cho nước thảisinh hoạt và các nguồn nước thải khác có đặc tính tương tự như nước thải sinh hoạt.

Nước thải sinh hoạt khi chưa bị phân hủy có màu nâu, chứa nhiều cặn lơlửng và chưa bốc mùi khó chịu. Trong nước thải có các chất rắn lơ lửng như phânngười và động vật, xác một số động vật chết, các mảnh vụn của thức ăn, dầu, mỡ,băng gạc vệ sinh, gỗ, nhựa vụn, vỏ trái cây và các phế thải khác sau khi phục vụ ănuống sinh hoạt của con người thải ra môi trường nước.

Dưới điều kiện môi trường nhất định, vi khuẩn tự nhiên có trong nước vàđất tấn công vào các chất thải gây ra các phản ứng sinh hóa làm biến đổi tính chấtcủa nước thải. Nước thải sẽ chuyển màu dần dần từ nâu sang màu đen và bốc mùikhó chịu.

Nước thải là hỗn hợp của rất nhiều hợp chất hóa học phức tạp, nên việc phântích đánh giá từng hợp chất riêng rẽ là rất khó khăn không thể thực hiện hoàn chỉnhđược, mà chỉ có thể xác định chính xác một cách chung nhất hàm lượng các chấthữu cơ và hàm lượng các chất vô cơ có trong nước thải.

Để phục vụ cho các quy trình xử lý làm sạch nước thải bằng phương phápsinh học, cần phân tích các chỉ tiêu chất lượng như: Tổng hàm lượng cặn, hàmlượng cặn lơ lửng (SS), cặn hữu cơ, cặn vô cơ, nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD), nhucầu oxy hóa học (COD), hàm lượng nitơ, hàm lượng phốt pho, pH và nhiệt độ củanước.

II.1. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CẶN CÓ TRONG NƯỚC THẢI

Hiện có nhiều phương pháp phân loại cà xác định thành phần và tính chấtcủa cặn trong nước thải; trong tài liệu này chỉ giới thiệu một phương pháp phân loạiđể xác định thành phần cặn trong nước thải ở mức độ mà theo chúng tôi là cần thiếtcho việc thiết kế các công trình làm sạch và xử lý bùn cặn.

II.1.1. Tổng hàm lượng cặn

8

Là tổng số của tất cả các loại cặn có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ có trong nướcthải ở trạng thái lơ lửng và hòa tan (tính bằng mg/l).

Để xác định tổng hàm lượng cặn, lấy mẫu nước thải cho vào tủ sấy, giữ nhiệt độkhông đổi 105oC cho nước bay hơi hết, cặn còn lại gọi là cặn khô, đem cân sẽ đượctổng hàm lượng cặn trong mẫu và biểu thị bằng mg/l.

II.1.2. Cặn hữu cơ

Cặn hữu cơ trong nước thải có nguồn gốc từ các thức ăn của người, động vật đãtiêu hóa và một phần nhỏ dư thừa thải ra và từ xác động vật chết, cây lá thối rữa tạonên. Thành phần hóa học của chất hữu cơ là cacbon (C), hydro (H2), oxy (O2), mộtsố chất có thêm nitơ (N2), photpho (P), lưu huỳnh (S).

Dạng tồn tại của cặn hữu cơ trong nước thải chủ yếu là protein, cacbonhydrat,chất béo và các sản phẩm phân hủy của chúng. Các hợp chất hữu cơ bị thối rữa hayphân hủy do hoạt động sống của vi khuẩn và vi sinh có trong nước, nó dễ cháy, dễbắt lửa.

Cặn hữu cơ cháy và bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ cao 550o đến 6000C, nên đôikhi còn gọi là cặn bay hơi.

II.1.3. Cặn vô cơ

Cặn vô cơ là các chất trơ, không bị phân hủy, đôi khi có những hợp chất hữu cơphức tạp (như sunfat) ở điều kiện nhất định có thể bị phân rã. Cặn vô cơ có nguồngốc khoáng chất như các muối khoáng, cát, sạn, bùn, độ kiềm, độ cứng và các chấtthường gặp trong nước cấp. Cặn vô cơ không bị cháy ở nhiệt độ cao.

Đem sấy tiếp cặn khô đến 550oC đến 600oC toàn bộ cặn hữu cơ sẽ cháy và bayhơi hết, lượng còn lại là cặn vô cơ, đôi khi còn gọi là độ tro của cặn.

II.1.4. Cặn lơ lửng

Cặn lơ lửng có thể nhận biết bằng mắt thường, có thể loại nó ra khỏi nước bằngquá trình keo tụ, lắng,lọc. Để xác định hàm lượng cặn lơ lửng, lấy mẫu nước thảilọc qua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy khô ở 105oC đem cân sẽ được hàm lượng cặn lơlửng biểu thị bằng mg/l.

Trong nước thải sinh hoạt cặn lơ lửng chứa 70% cặn hữu cơ, 30% cặn vô cơ

Cặn lơ lửng gồm cặn lắng được và cặn ở dạng keo không lắng được.

II.1.5. Cặn lắng được

Cặn lắng là một phần của cặn lơ lửng, có kích thước và trọng lượng đủ lớn có thểlắng xuống đáy ống nghiệm hoặc xuống đáy bể lắng. Trong tài liệu này chúng tôi đềnghị xác định cặn lắng như sau: Lấy 1 lít nước thải, cho vào ống lắng có khắc độ, đểlắng tĩnh 30 phút. Đo thể tích cặn lắng ở phía đáy ống nghiệm, kết quả biểu thị bằng

9

mililít cặn lắng/lít nước (ml/l) hay mililít cặn lắng trên một gram cặn lơ lửng(ml/mg) còn gọi là chỉ số thể tích của cặn.

II.1.6. Cặn lơ lửng dạng keo

Cặn dạng keo là một phần của cặn lơ lửng, chúng không lắng xuống đáy ốngnghiệm trong thời gian rất dài hàng 3 đến 4 giờ, cặn keo thường chứa 65% cặn hữucơ, 35% cặn vô cơ, cặn keo chịu tác động phân hủy do các phản ứng sinh hóa của vikhuẩn tạo ra , và là thông số quan trọng trong quá trình xử lý nước thải.

II.1.7. Cặn hòa tan

Cặn hòa tan có kích thước rất nhỏ, nó chui lọt qua giấy lọc tiêu chuẩn củaphòng thí nghiệm. Cặn hòa tan có 90% là cặn hòa tan thực và 10% là keo. Cặn hòatan có 40% là cặn hữu cơ, 60% là cặn vô cơ.

Trong các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, nhiệm vụ củangười kỹ sư là phải thiết kế ra các công trình có đủ điều kiện thuận lợi cho vi sinhphát triển và tăng trưởng để hấp thụ cặn hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo, dạng lơlửng, rồi chuyển hóa chúng thành cặn ở dạng ổn định dễ lắng trong thời gian càngngắn càng tốt.

Để có thể rõ thêm về thành phần cặn trong nước thải xem sơ đồ minh họa hình (2-1)

Tæ

ng

hµ

m l­

în

g c

Æn

chiÕ

m 0

.1%

th

oe

trä

ng

l­î

ng

N­

íc

chiÕ

m 9

9.9

% t

he

o t

rän

g l­

în

g

10

0%

20

0 m

g/l

cÆn

l¬ lö

ng

80

0 m

g/l

cÆn

hß

a t

an

10

00

mg

/l tæ

ng

hµ

m l­

în

g c

Æn

13

0 m

g/l

cÆn

l¾n

g 70

mg

/l cÆ

n d

¹n

g k

eo

Hình 2 – 1. Sơ đồ minh họa các thành phần cặn trong nước thải

II.2. NHU CẦU OXY SINH HÓA (BOD) VÀ NHU CẦU OXY HÓA HỌC (COD)

10

II.2.1. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): Là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn sống vàhoạt động để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải.

Nhu cầu oxy sinh hóa là chỉ tiêu rất quan trọng và tiện dung để chỉ mức độnhiễm bẩn của nước thải bằng các chất hữu cơ. Trị số BOD đo được cho phép tínhtoán lượng oxy hòa tan cần thiết cấp cho các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn diễn ratrong quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ có trong nước thải.

Có thể mô tả sơ lược việc xác định trị số BOD như sau: Lấy mẫu nước đãbão hòa oxy, đo lượng oxy hòa tan ban đầu trong mẫu (mg), cho một lượng nhấtđịnh nước thải vào mẫu khuấy đều thành dung dịch rồi đưa vào tủ nuôi cấy ở nhiệtđộ 20oC, sau 5 ngày, đưa mẫu ra và đo lượng oxy hòa tan còn lại trong mẫu (mg).Lấy hiệu số giữa lượng oxy ban đầu và lượng oxy còn lại trong mẫu sau 5 ngày (mg)chia cho thể tích lượng nước thải cho vào mẫu (l) sẽ được trị số BOD5 biểu thị bằng(mg/l). Thực nghiệm chỉ ra rằng muốn phân hủy hoàn toàn (> 99,2%) chất hữu cơ cótrong nước thải trong điều kiện hiếu khí tự nhiên, phải để mẫu trong tủ nuôi cấy ở20oC trong 20 ngày. Lượng oxy đã tiêu thụ sau 20 ngày gọi là BOD20 (mg/l). Đốivới nước thải sinh hoạt BOD5 thường bằng 0,68 ~ 0,7 BOD20.

II.2.2. Nhu cầu oxy hóa học (COD): Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàntoàn chất hữu cơ và một phần nhỏ các chất vô cơ dễ bị oxy hóa có trong nước thải.

Chỉ tiêu nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 không đủ để phản ánh khả năng oxy hóacác chất hữu cơ khó bị oxy hóa và các chất vô cơ có thể bị oxy hóa có trong nướcthải, nhất là nước thải công nghiệp. Vì vậy, cần phải xác định nhu cầu oxy hóa học(COD mg/l) để oxy hóa hoàn toàn các chất bẩn có trong nước thải. Việc xác địnhCOD có thể tiến hành bằng cách cho chất oxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thải ởđiều kiện dung dịch có tính axit. Trị số COD luôn lớn hơn trị số BOD5 và tỷ số CODtrên BOD luôn thay đổi tùy thuộc vào tính chất của nước thải. Tỷ số COD : BODcàng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ.

II.3. OXY HÒA TAN

Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải trước và sau xử lý là chỉ tiêu rất quantrọng. Trong quá trình xử lý hiếu khí luôn phải giữ nồng độ oxy hòa tan trong nướcthải từ 1,5 – 2 mg/l để quá trình oxy hóa diễn ra theo ý muốn để hỗn hợp không rơivào tình trạng yếm khí. Oxy là khí có độ hòa tan thấp và nồng độ hòa tan phụ thuộcvào nhiệt độ, và nồng độ muối có trong nước. Trong quá trình xử lý nước thải, visinh vật tiêu thụ oxy hòa tan để đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền BOD, N,P cần thiết cho việc duy trì sự sống, sinh sản và tăng trưởng của chúng.

II.4. THÀNH PHẦN THỨC ĂN (CHẤT NỀN) TRONG NƯỚC THẢI

Các kết quả nghiên cứu cho biết thành phần thức ăn quan trọng có trong nướcthải gồm rất nhiều hợp chất bắt nguồn từ 3 loại thức ăn cơ bản là cacbonhydrat,protein và chất béo.

11

- Cacbonhydrat là sản phẩm và là dạng phân nhỏ của axit hữu cơ, nó là thànhphần đầu tiên bị phân hủy trong quá trình hoạt động sống của vi sinh.Cacbonhydratthường tồn tại ở những loại đường, hồ bột khác nhau và cả ở dạng các hợp chấtxenlulo của bột giấy. Cacbonhydrat là nguồn đầu tiên cung cấp năng lượng và cáchợp chất chứa cacbon cho vi khuẩn sống trong nước thải.

- Protein và các sản phẩm phân hủy của chúng như amino axit, là các hợp chấtchứa nhiều nitơ và có nguồn gốc từ xác của động và thực vật. Protein là nguồn cấpnitơ cần thiết cho quá trình hình thành và phát triển của tế bào vi sinh trong nướcthải.

- Chất béo và dầu có nguồn gốc từ động thực vật, chúng bị phân hủy thành axitbéo dưới tác động của vi khuẩn. Chất béo và dầu có độ hòa tan thay đổi trong nước,ở một số điều kiện nhất định thường nổi lên bề mặt nước.

II.5. TRỊ SỐ pH

Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hòa pH = 7 hay tính axit pH < 7 hoặctính kiềm pH > 7. Qua trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học rất nhạycảm với sự dao động của trị số pH. Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi giá trị pH trongkhoảng 6,5 đến 8,5, khoảng giá trị tốt nhất là từ 6,8 đến 7,4.

II.6. CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ VÀ PHỐT PHO TRONG NƯỚC THẢI

II.6.1. Các hợp chất của Nitơ trong nước thải

Nước thải sinh hoạt luôn có một số hợp chất chứa nitơ. Nitơ là chất quan trọngtrong quá trình phát triển của vi sinh trong các công trình xử lý sinh học.

Một nhóm các hợp chất chứa nitơ là protein và các sản phẩm phân hủy của nónhư amino axit là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn. Một nhóm khác của hợp chấthữu cơ chứa nitơ có trong nước thải bắt nguồn từ phân và nước tiểu (urê) của ngườivà động vật. Urê bị phân hủy ngay khi có tác dụng của vi khuẩn thành amoni (NH4

+)và NH3 là hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong nước thải.

Hai dạng hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong nước thải là nitrit và nitrat. Nitrat làsản phẩm oxy hóa của amoni (NH4

+) khi tồn tại oxy, thường gọi quá trình này là quátrình nitrit hóa. Còn nitrit (NO2

-) là sản phẩm trung gian của quá trình nitrat hóa,nitrit là hợp chất không bền vững dễ bị oxy hóa thành nitrat (NO3

-). Bởi vì amonitiêu thụ oxy trong quá trình nitrat hóa và các vi sinh vật nước, rong , tảo dùng nitratlàm thức ăn để phát triển , cho nên nếu hàm lượng nitơ có trong nước thải xả rasông, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng kích thích phát triểnnhanh của rong, rêu, tảo làm bẩn nguồn nước.

II.6.2. Các hợp chất photpho trong nước thải

Photpho cũng giống như nitơ, là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sống và pháttriển trong các công trình xử lý nước thải. Photpho là chất dinh dưỡng đầu tiên cần

12

thiết cho sự phát triển của thảo mộc sống dưới nước, nếu nồng độ photpho thải rasông, suối, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng. Photpho thường ởdạng photphat vô cơ và bắt nguồn từ chất thải là phân, nước tiểu, urê, phân bóndùng trong nông nghiệp và từ các chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt hàng ngày.

II.7. CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ TRONG NƯỚC THẢI

Có rất nhiều hợp chất vô cơ trong nước thải sinh hoạt và thường không cầnphân tích như các chất soda, cacbonat, canxi, kali, v.v…

Trong số các chất vô cơ có trong nước thải dùng để xem xét quy trình xử lýthường dùng nồng độ clorit và sunphat.

Clorit có nguồn gốc từ nước cấp và từ chất thải urê, clorit không tham gia vàoquá trình xử lý sinh học nên sự dao động của hàm lượng clorit trong nước thải chobiết nước thải sinh hoạt có trộn lẫn nước thải công nghiệp và lưu lượng công nghiệpxả ra không đồng đều, hoặc hệ thống cống bị nước ngầm nhiễm mặn xâm nhập vào.Sunphat trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt không đóng vai trò quan trọng nênthường không được phân tích.

Sunphat trong điều kiện yếm khí dễ bị phân hủy thành khí hydro sunfua (H2S)gây mùi khó chịu. Khí hydro sunfua là khí độc, nặng hơn không khí, khí thường tíchtụ ở các hố thăm, hầm bơm, v.v…với nồng độ cao H2S làm tê liệt khứu giác,có mùitrứng tối, độ hòa tan và độ hoạt hóa lớn, có thể tác dụng với một số hợp chất hữu cơtạo ra mùi và màu khó chịu.

Trong mạng lưới thu gom nước thải đô thị, ngoài nước thải sinh hoạt thường cócả nước thải của các nhà máy công nghiệp nằm trong đô thị. Để đảm bảo cho quátrình xử lý sinh học diễn ra bình thường, phải yêu cầu các nhà máy công nghiệp cóchất thải độc hại như các kim loại nặng xử lý cục bộ trước khi xả ra cống chung saocho nồng độ các chất độc hại có trong nước thải trước khi vào nhà máy xử lý ở dướimức cho phép ghi trong bảng 2 – 1.

Bảng 2 - 1: Giá trị cho phép của nồng độ các chất độc hại có trong nướcthải trước khi vào nhà máy xử lý bằng phương pháp sinh học

Tên gọi Nồng độ cao nhất cho phép (mg/l)

Khử BOD Nitrat hóa

Nhôm (Al)

Dung dịch amoniac (NH3)

Asen (As)

Boron (Bo)

15 – 26

480

0,1

0,05 – 100

*

*

*

*

13

Cadmi (Cd)

Canxi (Ca)

Crôm (Cr+6)

Crôm (Cr+3)

Đồng (Cu)

Xianua

Sắt (Fe)

Chì

Mangan (Mn)

Magie (Mg)

Thủy ngân (Hg)

Niken (Ni)

Bạc (Ag)

Sunphat (SO4-)

Kẽm (Zn)

Phenol

Cresol

2-4 Dinitrophenol

10 – 100

2500

1 – 10

50

1,0

0,1 – 5

1000

0,1

10

(* chưa có số liệu)

0,1 – 5

1,0 – 2,5

5

*

0,08 – 10

200

*

*

*

*

0,25

*

0,005 – 0,5

0,34

*

0,5

*

50

*

0,25

*

500

0,08 – 0,5

4 – 10

4 – 16

150

II.8. THÀNH PHẦN VI SINH TRONG NƯỚC THẢI

Nước thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật chủ yếu là vi sinh từ 105 - 106 con trong1 ml. Hai nguồn chủ yếu đưa vi sinh vào nước thải là phân, nước tiểu và từ đất.

Nước thải và đất chứa vô số vinh sinh đặc biệt là vi khuẩn. Tế bào vi sinh hìnhthành từ chất hữu cơ nên có thể coi tập hợp vi sinh là một phần của tổng chất hữu cơcó trong nước thải, phần này sống, hoạt động, tăng trưởng để phân hủy phần hữu cơcòn lại của nước thải. Phần lớn vi sinh có trong nước thải không phải là vi khuẩngây bệnh. Có thể có một số ít vi khuẩn gây bệnh như: thương hàn, tả, lỵ và vi trùnggan.

Thường phân loại vi sinh có trong nước thải bằng hình dạng (hình thái học). Visinh trong xử lý nước thải có thể phân làm ba nhóm là: Vi khuẩn, nấm và tế bàonguyên sinh.

II.8.1. Vi khuẩn (Bacteria)

14

Đóng vai trò quan trọng đầu tiên trong việc phân hủy chất hữa cơ, nó là cơ thểsống đơn bào, có khả năng phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn lơ lửng hoặcdính bám vào bề mặt vật cứng. Có rất nhiều loại vi khuẩn không thể chỉ tên và mô tảhết được, loại dễ nhận biết nhất là vi khuẩn Coli phân.

Vi khuẩn có khả năng sinh sản rất nhanh, khi tiếp xúc với chất dinh dưỡng cótrong nước thải, chúng hấp thụ nhanh thức ăn qua thành tế bào.

Có ba loại vi khuẩn cơ bản là: Khuẩn que, khuẩn cầu và khuẩn xoắn thườngcó trong nước thải dưới dạng tụ tập lại thành màng mỏng như lưới, hoặc liên kếtvới nhau thành khối như bông cặn.

Đại đa số vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ,biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, nhưng thường cũngcó loại vi khuẩn dạng lông tơ (filamentous) kết với nhau thành lưới nhẹ nổi lên bềmặt làm ngăn cản quá trình lắng ở bể lắng đợt 2.

Vi khuẩn ký sinh (paracitic bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăncủa nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruộtcủa người và động vật, và đi vào nước thải theo phân và nước tiểu. Vi khuẩn ký sinhcó nhiều loại là vi trùng gây bệnh, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu củangười bị bệnh.

Vi khuẩn hoại sinh (saprophytic bacteria) vi khuẩn hoại sinh dùng chất hữu cơkhông hoạt động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sốngvà sinh sản rồi thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vô cơ.Bằng quá trình hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò cực kỳ quantrọng trong việc làm sạch nước thải. Nếu không có hoạt động sống và sinh sản củavi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ không xảy ra. Có rất nhiều loại vi khuẩn hoại sinh,mỗi loài đóng một vai trò đặc biệt trong một công đoạn của quá trình phân hủy hoàntoàn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành quy trìnhsống và sinh sản ở giai đoạn đó.

Tất cả các vi khuẩn ký sinh và hoại sinh cần có thức ăn và oxy để đồng hóa.Một số loài trong số vi khuẩn này chỉ có thể hô hấp bằng oxy hòa tan trong nước gọilà vi khuẩn hiếu khí và quá trình phân hủy chất hữu cơ của chúng gọi là quá trìnhhiếu khí hay quá trình oxy hóa. Một số loài khác trong số các vi khuẩn này khôngthể tồn tại được khi có oxy hòa tan trong nước mà lấy oxy cần cho sự đồng hóa từcác hợp chất hữu cơ và vô cơ có chứa oxy trong quá trình phân hủy chúng. Những vikhuẩn loại này gọi là vi khuẩn yếm khí và quá trình phân hủy gọi là quá trình yếmkhí, quá trình này tạo ra mùi khó chịu.

Còn một số loài vi khuẩn hiếu khí trong quá trình phân hủy chất hữu cơ nếuthiếu hoàn toàn oxy hòa tan chúng có thể tự điều chỉnh để thích nghi với môi trườnggọi là vi khuẩn hiếu khí lưỡng nghi (facultative aerobic bacteria). Ngược lại cũng

15

tồn tại một số loài vi khuẩn yếm khí khi có oxy hòa tan trong nước chúng không bịchết mà lại làm quen được với môi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn yếm khí lưỡngnghi (facultative anaerobic bacteria). Sự tự điều chỉnh để thích nghi với môi trườngcó sự thay đổi của oxy hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trọng trong quytrình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý.

Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và sinh sảncủa vi khuẩn, phần lớn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiểu quả cao và phát triểnmạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20 – 40 oC. Một số loài vi khuẩn trong quá trình xử lý cặnphát triển ở nhiệt độ 50 – 60 oC.

Khi duy trì các điều kiện môi trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thíchhợp để vi khuẩn phát triển thì hiệu quả xử lý sinh học trong công trình sẽ đạt caonhất.

II.8.2. Nấm (Fungi)

Là một loại vi sinh, phần lớn là dạng lông tơ (filamentous) hoàn toàn khác vớicác dạng của vi khuẩn, nói chung vi sinh dạng nấm có kích thước lớn hơn vi khuẩnvà không có vai trò trong giai đoạn ban đầu phân hủy các chất hữu cơ trong quátrình xử lý nước thải.

Vì có kích thước lớn, tỷ trọng nhẹ vi sinh dạng nấm nếu phát triển mạnh mẽ sẽkết thành lưới nổi lên mặt nước gây cản trở quá trình lắng ở bể lắng đợt 2. Mốt sốloại nấm gây bệnh về da có thể có trong nước thải.

II.8.3. Tế bào nguyên sinh (Protozoa)

Là một loại động vật được đặc trưng bằng một vài giai đoạn hoạt động trongquá trình sống của nó, nguyên sinh động vật là một phần trong tổng số các loại visinh có trong nước thải. Thức ăn chính của nguyên sinh động vật là vi khuẩn chonên chúng là chất chỉ thị quan trọng chỉ hiệu quả xử lý của các công trình xử lý nướcthải.

Amip là một nguyên sinh động vật gây bệnh kiết lỵ rất khó tiêu diệt bằng quytrình tiệt trùng thông thường vẫn dùng trong các nhà máy xử lý nước thải.

Trong số thành phần vi sinh khác có số lượng ít trong nước thải sinh hoạt làvirut (viruses). Virut rất bé chỉ có thể phát hiện bằng kính hiển vi điện tử. Virut đóngvai trò rất quan trọng vì chúng lấy năng lượng để hoạt động và sinh sản từ mô tế bàosống và là ký sinh trùng. Trong số các virut gây bệnh tìm thấy trong nước thải cóvirut gây bệnh viêm gan (hepatilis), viêm tủy, bại liệt (polio) và một số virut gâybệnh đường ruột. Chúng có số lượng ít và thường có liên hệ với vi khuẩn coli. Ví dụmỗi một triệu vi khuẩn coli có một virut gây bệnh. Có một số loại virut không gâybệnh, không tác động vào cơ thể người nhưng lại tấn công vào vi khuẩn, chúng là

16

loại thực bào (ăn vi khuẩn) (bacterio phage). Virut trong nước thải rất khó tiêu diệttheo quy trình tiệt trùng bằng clo thông thường vẫn áp dụng.

Tảo (algae) là loại vi thảo mộc sống dưới nước cần có năng lượng ánh sángmặt trời để phát triển. Nước thải nếu không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thườngkhông có tảo. Tảo thường đống vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp oxy chohồ xử lý ổn định nước thải thông qua quá trình quang hợp.

Tảo phát triển rất nhanh khi trong nước có dư chất dinh dưỡng là Nitơ vàPhotpho (đặc biệt là photpho). Sự phát triển quá mạnh của tảo làm bẩn nước trongsuối, hồ, sông. Thường tảo được phân loại theo màu sắc: xanh, xanh lơ, nâu, đỏv.v…Tảo không gây độc hại cho người nhưng nếu nguồn nước cấp có nhiều tảo,nhất là tảo xanh sẽ rất khó xử lý vì tảo nhẹ và khó lắng.

Ngoài thành phần vi sinh đã nêu trên, trong nước thải còn có nhiều loại côntrùng, có thể nhìn thấy bằng mắt thường, cũng có tác dụng phân hủy chất hữu cơnhư giun sán và sâu bọ ở nhiều giai đoạn phát triển của chúng.

Nhiệm vụ của người kỹ sư khi thiết kế các công trình xử lý nước thải bằngphương pháp sinh học là tạo ra điều kiện môi trường thuận lợi cho các loại vi sinhvà sinh vật có năng suất phân hủy chất hữu cơ cao, phát triển thuận lợi nhất và hạnchế các vi sinh ngăn cản quá trình làm sạch như nấm (filamentous), tảo, v.v…

CHƯƠNG IIICÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ XẢ NƯỚC THẢI

VÀO NGUỒN TIẾP NHẬN

Nước thải trong khu dân cư, khu công nghiệp và đô thị phải được thu gom, vậnchuyển đến nơi tập trung ở ngoài khu dân cư để xử lý và xả ra nguồn tiếp nhận.

Công đoạn xả nước thải vào nguồn tiếp nhận là bắt buộc đối với tất cả các loạinước thải; còn công đoạn xử lý cần đến mức độ nào phụ thuộc vào điều kiện môitrường, đặc tính của nguồn tiếp nhận, phương pháp xả nước thải vào nguồn tiếpnhận do cơ quan quản lý môi trường quyết định.

Xử lý và xả nước thải ra nguồn tiếp nhận phải thỏa mãn hai yêu cầu:

1. Giảm đến tối thiểu ảnh hưởng độc hại của nước thải đến sức khỏe cộng đồng.

2. Loại bỏ hoàn toàn hoặc giảm đến tối đa tác động xấu của nước thải đến chấtlượng nước trong nguồn tiếp nhận và chất lượng của môi trường tự nhiên nóichung.

III.1. XẢ NƯỚC THẢI VÀO NGUỒN TIẾP NHẬN

17

Có ba phương pháp xả nước thải vào nguồn tiếp nhận, cả ba phương pháp đềuphải thỏa mãn:

a. Không có vi trùng (virut) gây và truyền bệnh.

b. Không bị độc hại do tác động của các kim loại nặng và các chất hữu cơ khóphân hủy như thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu.

III. 1. 1. Xả nước thải vào cánh đồng tưới

Dẫn nước thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng bơm và hệthống phân phối phun nước thải lên trên mặt đất. Một phần nước bốc hơi, phần cònlại thấm vào đất để tạo độ ẩm và cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho cây cỏsinh trưởng. Phương pháp này chỉ được dùng hạn chế ở những nơi có khối lượngnước thải nhỏ, vùng đất khô cằn xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độẩm.

Ở cánh đồng tưới không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn,virut gây bệnh và kim loại nặng trong nước thải chưa được loại bỏ sẽ gây tác hại chosức khỏe của người sử dụng các loại rau và cây thực phẩm này.

III.1.2. Xả nước thải vào hố đào và các giếng thấm

Phương pháp này có thể dùng khi:

- Lưu lượng nước thải nhỏ, đất có hệ số thấm tích hợp và có cấu trúc dạng hạt,đủ độ rỗng để vi sinh yếm khí dính bám vào hạt của tầng đất. Trong phạm vicách ly (khoảng cách để quá trình yếm khí xảy ra hoàn toàn) không được đàogiếng lấy nước sinh hoạt.

- Nước thải không có kim loại nặng, đã lắng cặn và không có thuốc tẩy, thuốctrừ sâu. Phương páp này còn gọi là quá trình làm sạch bằng thấm lọc tự nhiên.

III.1.3 Xả nước thải vào sông, suối, hồ, đầm, ao

Phương páp xả nước thải vào những nơi vận chuyển và chứa nước có sẵn trongtự nhiên để pha loãng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn nướctự nhiên là phương pháp dùng phổ biến hiện nay.

Khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận, nước của nguồn tiếp nhận sẽ bị nhiễmbẩn. Mức độ nhiễm bẩn của hỗn hợp nước phụ thuộc vào: lưu lượng và chất lượngnước thải, khối lượng và chất lượng nước có sẵn trong nguồn, mức độ khuấy trộn đểpha loãng. Khi lưu lượng và tổng hàm lượng chất bẩn trong nước thải nhỏ so vớilượng nước của nguồn tiếp nhận, ôxy hòa tan có trong nước ở nguồn tiếp nhận đủ đểcấp cho quá trình làm sạch hiếu khí các chất hữu cơ thì sự hủy hoại nguồn nước sẽkhông phát triển, tuy vậy các chất nổi hoặc lơ lửng, vi trùng gây bệnh, kim loại nặngnếu không loại bỏ trước vẫn đe dọa đến sức khỏe và sinh hoạt cộng đồng thông quahoạt động của các loài cá, chim và các sinh vật có ích khác.

18

Khi tổng hàm lượng chất bẩn xả vào nguồn tiếp nhận lớn, ôxy hòa tan khôngđủ để ôxy hóa các chất hữu cơ, quá trình thối rữa và phân hủy yếm khí xảy ra,nguồn nước sẽ bị hủy hoại dần. Vì vậy phải làm sạch nước thải trước khi xả vàonguồn tiếp nhận.

Cơ quan quản lý môi trường sẽ căn cứ vào khả năng tự làm sạch của nguồntiếp nhận, nó là hàm số của: khối lượng nước, chế độ dòng chảy, hiệu quả khuấytrộn, thời gian lưu giữ của nước thải trong hỗn hợp, nhiệt độ nước, chất lượng nướcthải và vai trò của nguồn tiếp nhận trong hệ sinh thái để quyết định mức độ xử lýnước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận.

III.2. MỨC ĐỘ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THEO LUẬT MÔI TRƯỜNG

Ở Việt Nam luật bảo vệ môi trường đã được Quốc hội khóa IX kỳ họp thứ tưthông qua ngày 27 – 12 – 1993. Trong Bộ luật quy định rõ quyền hạn và tráchnhiệm của các cơ quan pháp luật, cơ quan chuyên môn và người dân trong việc kiểmsoát ô nhiễm và xả các chất thải ra môi trường. Riêng đối với nước thải trước khi xảra nguồn tiếp nhận là nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm phải tuân theo tiêuchuẩn ban hành trong quyết định số 299/QĐ/TĐC ngày 25 – 03 – 1995 của Bộtrưởng Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường về việc ban hành tiêu chuẩn ViệtNam (xem bảng 3 - 1 và 3 - 2).

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5945 – 2005

Nước thải công nghiệp – Tiêu chuẩn thải

(Industrial waste water – Discharge standards)

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này quy định giá trị giới hạn các thông số và nồng độ cácchất thành phần trong nước thải của các cơ sở sản xuất, chế biến, kinhdoanh, dịch vụ…(gọi chung là nước thải công nghiệp).

1.2. Tiêu chuẩn này dùng để kiểm soát chất lượng nước thải công nghiệptrước khi đổ vào các vực nước.

2. Giá trị giới hạn

2.1 . Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất thành phần của nướcthải công nghiệp khi đổ vào các vực nước phải phù hợp với quy địnhtrong bảng.

2.2 . Đối với nước thải của một số ngành công nghiệp đặc thù, giá trị cácthông số và nồng độ các chất thành phần được quy định trong tiêuchuẩn riêng.

19

2.3 . Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chấtthành phần bằng hoặc nhỏ hơn giá trị quy định trong cột A có thể đổvào các vực nước được dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt.

2.4 . Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chấtthành phần nhỏ hơn hoặc bằng giá trị quy định trong cột B chỉ được đổvào các vực nước dùng cho các mục đích giao thông thủy, tưới tiêu, bơilội, nuôi thủy sản, trồng trọt …

2.5 . Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chấtthành phần lớn hơn giá trị quy định trong cột B nhưng không vượt quágiá trị quy định trong cột C chỉ được phép đổ vào các nơi quy định.

2.6 . Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chấtthành phần lớn hơn giá trị quy định trong cột C thì không được phépthải ra môi trường.

2.7 . Phương pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán, xác định từng thông số vànồng độ cụ thể được quy định trong các TCVN tương ứng.

Bảng 3 – 1. Nước thải công nghiệp giá trị giới hạn các thông số vànồng độ các chất ô nhiễm

STT Thông số Đơn vịGiá trị giới hạn

A B C

123456789101112131415

Nhiệt độpHBOD5 (20OC)CODChất rắn lơ lửngAsenCadmiChìClo dưCrom (Cr+6)Crom (Cr+3)Dầu mỡ khoángDầu động thực vậtĐồngKẽm

oC

mg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/l

406 ÷ 9

205050

0,050,010,11

0,050,2

KPHĐ5

0,21

405,5 ÷ 9

501001000,1

0,0020,52

0,1111012

455 ÷ 91004002000,50,512

0,5253055

20

161718192021222324252627282930313233

ManganNikenPhotpho hữu cơPhotpho tổng sốSắtTetracloctylenThiếcThủy ngânTổng NitơTricloetylenAmoniac (Tính theo N)FloruaPhenolSunfuaXianuaTổng hoạt động phóng xạ αTổng hoạt động phóng xạ βColiform

mg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lBq/lBq/l

MPN/100ml

0,20,20,241

0,020,2

0,00530

0,050,11

0,0010,2

0,050,11

5000

11

0,565

0,11

0,0056

0,312

0,050,50,10,11

10000

5218100,15

0,01600,310511

0,2---

Chú thích: KPHĐ – Không phát hiện được

Bảng 2 – 2: Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ các chất ônhiễm trong nước ngầm

STT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

12345678

pHMàuĐộ cứng (tính theo CaCO3)Chất rắn tổng cộngAsenCadmiCloruaChì

Pt – Comg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/l

6,5 ÷ 8,55 ÷ 50

300 ÷ 500750 ÷ 1500

0,050,01

200 ÷ 6000,05

21

910111213141516171819202122

Crom (Cr+6)XianuaĐồngFloruaKẽmManganNitratPhenolSắtSunfatThủy ngânSelenFecalcoliColiform

mg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/l

MPN/100mlMPN/100ml

0,050,01

115

0,1 ÷ 0,545

0,0011 ÷ 5

200 ÷ 4000,0010,01

03

III.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng của nước thải trước khi xả vào nguồntiếp nhận, nước thải từ các khu dân cư, các nhà máy công nghiệp, từ các công sở vàkhu thương mại phải được thu gom bằng hệ thống cống, dẫn đến nơi tập trung (nhàmáy xử lý) ngoài vùng ảnh hưởng của các đối tượng kể trên để xử lý.

1. Có thể phân loại các phương pháp xử lý nước thải theo đặc tính của quy trìnhxử lý như: Xử lý cơ học, xử lý hóa học, xử lý sinh học (xem bảng 3 - 3). Hệ thốngxử lý nước thải hoàn chỉnh có thể gồm một vài công trình đơn vị trong các côngđoạn xử lý cơ học, hóa học, sinh học và xử lý bùn cặn.

Bảng 3 – 3. Một vài phương pháp xử lý nước thải theo quy trình xử lýcơ học, hóa học, sinh học

Quy trình xử lý Các công đoạn có thể áp dụng

Cơ học Lắng cặn

Lọc qua lưới lọc

Làm thoáng

Lọc qua lớp vật liệu lọc, lọc qua màng

Tuyển nổi và vớt bọt

Khử khí

Khuấy trộn pha loãng

22

Hóa học

Sinh học

Clo hóa

Ozon hóa

Trung hòa bằng dung dịch axit hoặc kiềm

Keo tụ

Hấp thụ và hấp phụ

Trao đổi ion

- - Xử lý hiếu khí:

- + Bể aerotank

- + Bể lọc sinh học

- + Hồ hiếu khí, hồ oxy hóa

- + Ổn định cặn trong môi trường hiếu khí

- - Xử lý yếm khí

- + Bể UASB

- + Bể lọc yếm khí

- + Bể tự hoại

- + Bể lắng hai vỏ

- + Hồ yếm khí

- + Ổn định cặn trong môi trường yếm khí – bểmêtan

Xử lý cơ học: gồm những quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽkhông thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó. Xử lý cơ học nhằm nâng caochất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo. Ví dụ: lưới chắn ngăn chặn cácvật cứng, vật nổi có kích thước lớn đi qua máy bơm, bể lắng cát bể lắng đợt 1 giúploại bỏ cặn nặng gây cản trở cho quá trình xử lý sinh học trong bể aerotank hay bểlọc sinh học, bể tuyển nổi, vớt bọt giúp loại bỏ dầu, mỡ và các chất hoạt động bềmặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu, các bể lọc giúp loại bỏ cặn lơlửng làm cho nước trong trước khi xả ra nguồn tiếp nhận v.v…Trên mạng cống thugom đôi khi có một vài nhà máy công nghiệp có lượng nước thải nhỏ chứa các chấtcó hại cho quá trình xử lý sinh học cần phải xử lý trước hoặc đặt các bể khuấy trộnvới nước thải chung để pha loãng các chất này xuống dưới nồng độ cho phép trướckhi đi vào nhà máy xử lý nước thải.

23

Xử lý hóa học: Là quá trình dùng một số hóa chất và bể phản ứng nhằm nângcao chất lượng của nước thải để đáp ứng hiệu quả xử lý của các công đoạn sau.

Ví dụ:

- Dùng axit hay vôi để điều chỉnh pH

- Dùng than hoạt tính, clo, ozon để khử các chất hữu cơ khó oxy hóa, khử màu,mùi, khử trùng…

- Dùng bể lọc trao đổi ion để khử kim loại nặng…

Xử lý sinh học: Là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủysinh hóa các hợp chất hữu cơ, biến các chất có khả năng thối rữa thành các chất ổnđịnh với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất vô cơ khác.

Phương pháp xử lý sinh học có thể chia ra hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếmkhí trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan, phương pháp xử lý sinh họcsẽ được đề cập ở các chương sau.

Mục đích của quá trình xử lý nước thải là loại bỏ cặn lơ lửng, các chất hữu cơ,các chất độc hại, vi khuẩn và virut gây bệnh đến nồng độ cho phép theo tiêu chuẩnxả vào nguồn tiếp nhận.

2. Có nhiều loại thiết bị và công trình dùng trong quá trình xử lý nước thải,các thiết bị và công trình này có khi thực hiện đồng thời ba nhiệm vụ: xử lý cơ học,xử lý hóa học và xử lý sinh học. Vì thế, trong các tài liệu viết về quy trình xử lýnước thải còn có cách phân loại theo công đoạn như sau:

a. Tiền xử lý

b. Xử lý sơ bộ

c. Xử lý bậc hai

d. Tiệt trùng

e. Xử lý cặn

f. Xử lý bậc ba

3. Về mức độ xử lý đôi khi còn phân loại theo bậc xử lý:

a. Xử lý sơ bộ: Chất lượng nước ra đáp ứng ngang loại C

b. Xử lý bậc hai: Chất lượng nước ra đạt loại A, B

c. Xử lý bậc ba: Tiếp theo bậc hai để nâng cao thêm chất lượng nước đầura để có thể sử dụng lại.

4. Mô tả sơ bộ các công đoạn xử lý

A. Tiền xử lý:

24

Ở hầu hết các nhà máy xử lý nước thải, công đoạn tiền xử lý bao gồm các thiếtbị và công trình làm nhiệm vụ bảo vệ máy bơm và loại bỏ phần lớn cặn nặng (cát),vật nổi (dầu, mỡ, bọt) cản trở cho các công trình xử lý tiếp theo. Các thiết bị thườngdùng là:

- Song chắn, lưới chắn rác

- Máy nghiền và cắt vụn rác

- Bể lắng cát, vớt dầu mỡ

- Bể làm thoáng sơ bộ

- Bể điều hòa chất lượng và lưu lượng

Đôi khi dùng clo để khử mùi, tiệt trùng, tăng cường oxy hóa

B. Xử lý sơ bộ

Chủ yếu là quá trình lắng để loại bỏ bớt cặn lơ lửng, có nhiều loại thiết bị lắng,theo thiết kế, nguyên tắc vận hành và hoàn cảnh áp dụng có thể chia làm 4 loại sau:

a. Bể tự hoại (Septic tank).

b. Bể lắng hai vỏ (Imhoff tank).

c. Bể lắng ngang.

d. Bể lắng đứng.

Kết quả của công đoạn xử lý sơ bộ là loại bỏ một phần cặn lơ lửng và các chấtnổi như dầu, mỡ v. v…đồng thời với việc phân hủy yếm khí cặn lắng ở đáy bể để ổnđịnh cặn.

C. Xử lý bậc hai

Là công đoạn phân hủy sinh học hiếu khí các chất hữu cơ, chuyển chất hữu cơcó khả năng phân hủy thành các chất vô cơ và hữu cơ ổn định kết thành bông cặn dễloại bỏ ra khỏi nước thải.

Các công trình và thiết bị dùng trong công đoạn xử lý bậc hai có thể chia thành4 nhóm:

a. Bể lọc sinh học nhỏ giọt và bể lắng đợt 2

b. Bể sục khí bùn hoạt tính lơ lửng (aerotank) và bể lắng đợt 2.

c. Bể lọc hiếu khí

d. Hồ hiếu khí và hồ lắng.

D. Tiệt trùng

Tiệt trùng là công đoạn tiếp sau xử lý bậc hai. Các phương pháp tiệt trùngthường dùng:

25

- Clo

- Ozon

- Tia cực tím

Mục đích của quá trìn này nhằm đảm bảo nước trước khi xả ra nguồn tiếp nhậnkhông còn vi trùng, virut gây và lây bệnh, khử màu, khử mùi và giảm nhu cầu oxysinh hóa của nguồn tiếp nhận.

E. Xử lý cặn

Cặn lắng ở công đoạn xử lý sơ bộ và ở công đoạn xử lý bậc hai còn chứa nhiềunước, (thường có độ ẩm đến 99%) và chứa nhiều cặn hữu cơ còn khả năng thối rữavì thế cần phải áp dụng một số biện pháp để xử lý tiếp cặn lắng, làm cho cặn ổn định(không còn khả năng thối rữa) và loại bớt nước ra khỏi cặn để giảm nhẹ trọng lượngvà khối tích của cặn trước khi thải cặn ra nguồn tiếp nhận. Thường áp dụng đồngthời hai hoặc nhiều thiết bị sau để xử lý cặn:

a. Thiết bị hoặc bể cô đặc cặn

b. Bể ổn định cặn hiếu khí

c. Bể ổn định cặn yếm khí (bể mêtan)

d. Hồ cô đặc và ổn định yếm khí

e. Sân phơi bùn làm khô cặn

f. Làm khô cặn bằng thiết bị lọc chân không, máy nén ly tâm, máy ép lọctrên băng tải v.v…

g. Đốt cặn trong lò thiêu.

Trong tài liệu này chúng tôi chỉ giới thiệu bể cô đặc cặn, bể ổn định cặn yếmkhí và hiếu khí, làm khô cặn bằng sân phơi bùn, máy ép ly tâm, máy lọc ép băngtải, hồ cô đặc và ổn định bùn yếm khí.

F. Trạm xử lý nước thải chế tạo sẵn

Trạm xử lý nước thỉa chế tạo sẵn tại công xưởng theo các môđun có kích thướcđịnh hình theo các quy trình công nghệ khác nhau nhằm xử lý nước thải cho các đốitượng có công suất nhỏ, thiếu đất xây dựng. Tính toán thiết kế, vận hành, lắp đặt cáctrạm này sẽ giới thiệu ở tài liệu riêng.

Xử lý bậc ba. Công đoạn xử lý bậc ba

(Tertiary and Advanced Wastewater Treatment)

Tiếp sau công đoạn xử lý bậc hai nhằm nâng cao chất lượng của nước thải đãđược xử lý để dùng lại hoặc để xả vào nguồn tiếp nhận có yêu cầu cao và thườnggồm các thiết bị:

26

a. Lọc cát, lọc nổi, lọc qua màng để lọc trong nước.

b. Lọc qua than hoạt tính để khử hết các kim loại nặng, chất hữu cơ, mùi, màu…

c. Xử lý hóa chất để ổn định chất lượng nước.

Trong tài liệu này không giới thiệu các thiết bị của công đoạn xử lý bậc ba.

27

CHƯƠNG IV

CÁC CÔNG TRÌNH TIỀN XỬ LÝ VÀ XỬ LÝ SƠ BỘ

IV.1. TIỀN XỬ LÝ

Giai đoạn tiền xử lý có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải loại ra khỏi nước thảitất cả các vật thể có thể gây tắc nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm và làm giảmhiệu quả xử lý của giai đoạn sau, cụ thể:

a. Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn có trongnước thải như mãnh gỗ, nhựa gạc bông, rẻ rách, giấy vỏ hoa quả v.v…

b. Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh v.v…

c. Loại bỏ phần lớn dầu mỡ .

Các công trình bố trí trong giai đoạn tiền xử lý gồm song chắn, lưới chắn rác,thiết bị nghiền, cắt vụn rác (nếu cần ), bể lắng cát, bể điều hòa lưu lượng (nếu cần ).

IV.1.1. Song chắn và lưới chắn rác

Song chắn rác hoặc lưới chắn rác được đặt trước trạm bơm trên đường nướcchảy tập trung vào hầm bơm.

- Song chắn rác đặt vuông góc với dòng chảy, song chắn gồm các thanh kimloại (thép không gỉ ) tiết diện 5x 200 mm đặt cách nhau 20 -50 mm trong một khungthép hàn hình chữ nhật, dễ dàng trượt lên xuống dọc theo hai khe hở thành mươngdẫn,vận tốc mương qua song vmax 1m/ s (ứng với Qmax).

- Lưới chắn rác thường đặt nghiêng 45 - 600 so với phương thẳng đứng ,vậnqua lưới vmax 0,6 m/s. Khe rộng của mắt lưới thường 10- 20 mm. Làm sách songchắn và lưới chắn bằng thủ công, hay bằng các thiết bị cơ khí tự động hoặc bán tựđộng .Ở trên hoặc ở dưới bên cạnh mương đặt song, lưới chắn phải bố trí sàn thaotác đủ chỗ để thùng rác và đường vận chuyển.

IV.1.2.Thiết bị nghiền cắt vụn rác

Các nhà chế tạo đã sản xuất và trên thị trường bàn nhiều loại thiết bị vừa làmlưới chắn rác, vừa cắt nghiền rác thành các hạt , hoặc mảnh nhỏ lơ lửng trong nướcthải, mà không làm tắc ống, không gây hại cho máy bơm. Thực tế áp dụng ở Mỹ,các nước phương Tây và Nga cho thấy : Ở các nhà mày xử lý nước thải, việc đặt cácmáy nghiền rác thay cho song chắn và lưới chắn đã gây nhiều khó khăn cho côngđoạn xử lý cho công đoạn tiếp theo do lượng cặn tăng lên. Loại cặn này hay gây tắcnghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng trong các bể aerotank, chủyếu là các đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào cánh tuabin làm hư hại và giảmcông suất của thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt . Vì vậy kỹ sư thiết kế phải cân nhắckỹ lưỡng trước khi dùng.

28

IV.2. XỬ LÝ SƠ BỘ

IV.2.1. Bể lắng cát và vớt dầu mỡ

Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượngvà chất lượng. đặt trước bể lắng đợt một. Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặnthô, nặng như cát sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứngv.v… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giàm gánh nặng cho các côngtrình xử lý sau. Theo đặc tính dòng chảy có thể phân loại bể lắng cát : Bể lắng cát códòng chảy ngang trong mương tiết diện hình chữ nhật, bể lắng cát có dòng chảy dọctheo máng tiết diện hình chữ nhật đặt theo chu vi bể tròn, bể lắng cát sục khí ,bểlắng cát có dòng chảy xoáy, bể lắng cát ly tâm. Trong tài liệu này, chúng tôi chỉ giớithiệu hai loại: Bể lắng cát ngang tiết diện hình chữ nhật và bể lắng cát sục khí.

1. Đặc tính và số lượng cát trong nước thải

Đặc tính của cát lắng từ nước thải dao động rất lớn, tuy vậy đây là loại cặnlàm ráo nước tương đối dễ, sau khi làm khô thường có độ ẩm từ 13- 65%, cặn hữucó bay hơi chiếm từ 1- 56%, tỷ trọng cát trơ đã làm sạch 2,7; khi cát trơ bị các chấthữu cơ dính bám, tỷ trọng còn khoảng 1,3. Tỷ trọng khi đổ thành đống khoảng 1600kg/m3.Cỡ hạt cát 0,2 mm thường gây trở ngại cho các công đoạn tiếp theo, thànhphần phân bố cỡ hạt trong nước thải phụ thuộc vào mạng lưới cống thu gom, phầnlớn cát trong các hố thăm và trong bể lắng cát, có kích thước không lọt qua sàngkích cỡ 0,15 mm.

- Số lượng cát trong nước thải dao động tùy thuộc vào điều kiện địa phương,tình trạng vệ sinh mặt phố , cơ cấu thu gom và vận chuyển nước thải, hàm lượng cáttrong nước thải thu gom và vận chuyển bằng cống chung lớn hơn trong hệ thốngcống riêng biệt, số lượng cát thường dao động từ 0,0037 đến 0,22 m3 cát trong 1000m3 nước thải. Vì có rất nhiều thông số liên quan chất lượng và số lượng cát trongnước thải nên cần phải có những nghiên cứu tiếp theo và cụ thể, trên diện rộng đểthu được những số liệu như mong muốn. Cát lắng trong các hố thăm và bể lắng cátkhi chưa rửa có thể chứa 50% cặn hữu cơ có khả năng thối rữa nếu để lâu khôngđược xử lý sẽ gây mùi hôi thối, là nơi sinh sản của ruồi muỗi và côn trùng, do đó ởcác nhà máy lớn thường lắp hệ thống rửa và phân loại cát, còn ở các nhà máy nhỏ, ởvùng xa thành phố thường được rắc vôi bột hoặc chế phẩm chống mùi EM (efftivemicrooganis ) trước khi đem chôn cùng với rác lấy từ song chắn và lưới chắn.

2.Bể lắng cát

a. Bể lắng cát ngang

Bể lắng cát có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể là bểlắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật (hình 4-1) .

29

Tính toán bể lắng cát ngang xuất phát từ độ lớn (đường kính) của hạt cátmuốn giữ lại. Tốc độ lắng của các hạt cát trong nước thải còn gọi là độ lớn thủy lực

của hạt hay là tải trọng bề mặt của bể lắng cát: Uo = QF

(m3/m2.ngày); (m/h); (mm/s)

1 2

3

L L1 2b

B b

h2

H

h1 P

L1 2b

H

MÆt b»ng

MÆt c¾t

Hình 4-1: Bể lắng cát ngang

1. Song phân phối nước đều theo mặt cắt ngang

2. Mương thu hẹp để giữ vận tốc nước không đổi trong bể lắng cát

3. Thể tích vùng chứa cát

Đối với nước thải đô thị ở 150C chọn theo bảng (4-1).

Bảng 4-1 :Tải trọng bề mặt của bể lắng cát hay độ lớn thủy lực theođường kính hạt trong nước thải đô thị ở 15 0C

Đường kính hạt cát (mm) 0,1 0,12 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5

Tải trọng bề mặt bể hay độlớn thủy lực U0 (mm/s) củahạt ở 15 0C 5,12 7,37 11,5 18,7 24,2 28,3 34,5 40,7 51,6

30

- Diện tích mặt nước phần hình chữ nhật của bể lắng cát xác định theo côngthức :

F = K .0

QU

(m2) (4-1)

Trong đó :

Q : Lưu lượng nước thải lớn nhất (m3 /s )

U0 : Độ lớn thủy lực của hạt cần giữ (m/s)

K =1,3 khi U0 = 18 mm/s ; K = 1,1 khi U0 = 24 mm/s :

-Tỷ số chiều dài và chiều sâu của bể:

0

L v = K.H U

(4-2)

- Trong đó :

L :Chiều dài phần chữ nhật của bể (m)

H : Chiều cao phần công tác của bể (m)

V : Vận tốc chuyển động của nước trong bể (m/s)

ứng với Qmax v = 0,2 m/s ; ứng với Qmin v = 0,15 m/s

U0 : Độ lớn thủy lực của hạt cần giữ trong bể (m/s)

K : Hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hưởng của dòng chày rối cục bộtrong bể, làm cản trở tốc độ lắng của hạt K = 1,3 khi U0 = 18mm/s; K = 1,1 khi U0 = 24 mm/s

- Chiều rộng của bể B = FL

(m) (4-3).

- Chiều H phần công tác của bể chọn theo tỷ lệ giữa chiều dài và chiều cao,và kiểm tra theo thể tích để thời gian lưu nước trong bể ứng với Q max phải lớn hơn30 giây và có thể đến 90 giây, thường là 60 giây .

- Bể lắng cát trong các nhà máy xử lý nước thải công suất 100 m3 /ngày trởlên thiết kế để giữ cát cỡ hạt ≥ 0,2 mm. Nếu chọn kích thước hạt bé hơn, nhiều cặnhữu cơ lắng xuống, bùn cặn bị thối rữa và khó xử lý .

Muốn cho cặn hữu cơ không lắng trong bể lắng cát, vận tốc dòng chảy trongbể phải giữ không đổi v = 0,2 m/s - 0,15 m/s mặc dù lưu lượng qua bể thay đổi từQmax xuống Qmin. Để thực hiện điều này, cuối bể lắng cát xây dựng cửa tràn kiểumáng đo theo tỷ lệ với độ ngập nước H trong bể lắng cát .

- Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b.

31

- Đáy cửa tràn có độ chênh với đáy bể lắng cát P để tạo để tạo độ chênh áp đủđưa nước ra khỏi bể lắng cát với vận tốc không đổi .

Xem hình (4-1).

b =3

2/3 2Bv Bv 1 - K2g 1 - Km 2g

(4-4)

P =2 13 3

max min2 23 3

Q QK - K 1 - K. = .Bv Bv

1 - K 1 - K(4-5)

Trong đó :

Qmax ,Qmin lưu lượng tối đa và tối thiểu đi qua bể lắng cát, khi đó tốc độnước chảy qua bể là v không đổi

K = min

max

QQ

m: Hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới chọn theo bảng (4-2)

Bảng 4-2: Giá trị m đối với cửa tràn theo giá trị của góc tới

b/B Cotg= 0 Cotg= 0,5 Cotg= 1 Cotg= 2 Cotg= 3

0,1 0,320 0,343 0,350 0,353 0,350

0,2 0,324 0,346 0,352 0,355 0,352

0,4 0,330 0,350 0,356 0,358 0,356

0,6 0,340 0,356 0,361 0,363 0,361

0,8 0,355 0,365 0,369 0,370 0,369

0,9 0,367 0,373 0,375 0,376 0,375

1 0,385 0,385 0,385 0,385 0,385

- Phần chứa cát của bể đặt dưới vùng công tác, thể tích phần chứa cát phụthuộc vào hàm lượng cát trong nước thải và thời gian giữa hai lần lấy cát rakhỏi bể.

- Lấy cát ra khỏi bể có thể thực hiện bằng thủ công, bằng cách tháo nước làmkhô bể rồi xúc ra, hoặc bằng máy bơm cát, bơm phun tia, gầu xúc…. Tùy thuộc vàocông suất và mức độ trang bị trong nhà máy xử lý.

32

Ví dụ:

Tính toán bể lắng cát cho nhà máy xử lý nước thải công suất : Qmax = 0,15 m3/s.

Qmin = 0,06 m3/s. Lắng cát cỡ hạt d= 0,2 mm. Vận tốc qua bể V = 0,2 m/s.

Giải :

1. Độ lớn thủy lực của hạt 0,2 mm tra bảng (4-1) có U0 = 0,0187 m/s.

2. Diện tích mắt thoáng bể lắng cát theo (4-1) :

F =0

Q 0,15K× = 1,3× = 10,42U 0,0187

m2

3. Tỷ số giữa chiều dài và chiều cao phần công tác theo (4-2) :

0

L V 0,2 = K = 1,3× = 13,9H U 0,0187

4. Chọn chiều sâu lớp nước công tác H = 0,5 m:

Chiều dài bể L = 13,9 0,5 = 7 m

Chiều rộng của bể :

B = R 10,42 = = 1,5L 7

m

Bể chia làm hai ngăn mỗi ngăn có chiều rộng 0,75 m.

5. Chọn góc tới = 450 ; Cotg = 1.

- Chiều rộng đo theo tỷ lệ tính theo (4-4) :

B =3/22/31,5 0,2 1,5 0,2 1 0,4 0,182

0,15 1 0,40,352 19,62

m

- Độ chênh đáy theo (4-5) :

P =13

2/3

0,06 1 0,4 0,161,5 0,2 1 0,4

m

b. Bể lắng cát sục khí :

Bể lắng cát sục khí có cấu tạo như 1 bể chứa hình chữ nhật. Dọc một phía tườngcủa bể đặt hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45 - 60 cm. Dưới dàn ống sụckhí là máng thu cát. Độ dốc ngang của đáy bể I = 0,2 - 0,4 dốc về phía máng thu đểcho cát trượt theo đáy vào máng. Hình (4-2) giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng cát sụckhí xây dựng ở Mỹ .

33

4

8 3

7

32I

I

II II

1

5

4

6

2

3

II - II

32III

III

1

5

4

4

7

3

6

I - I

III - III

a)

b)

Hình 4-2: Sơ đồ cấu tạo bể lắng cát thổi khí áp dụng ở Mỹ

a) Bể lắng cát 1 ngăn b) Bể lắng cát 2 ngăn nối tiếp

1. Cửa dẫn nước vào 5. Cửa dẫn nước ra

2. Ống dẫn không khí đến 6. Ván hướng dòng đặt

3. Dàn ống phân phối khí trước cửa thu nước ra

4. Vách ngăn để lửng dọc bể 7. Máng thu cát

8. Vách ngang

Tính toán bể lắng cát thổi khí xuất phát từ điều kiện tạo ra độ dốc chuyển độngxoay quanh chu vi mặt cắt ngang bể với vận tốc xoay 0,25 – 0,3 m/s và chuyển độngthẳng theo trục dọc của bể v = 0,08 - 0,12 m/s. Tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều sâu bể

34

B: H từ 1 đến 1,5 . Thời gian lưu nước trong bể 3 phút . Với các chỉ tiêu tính toán đãnêu đảm bảo giữ cát có đường kính 0,2 mm (độ lớn thủy lực 0,018 m/s ). Nước thảidưới tác dụng của dòng khí đi từ dưới lên sẽ chuyển động theo hình theo xoắn ốc, hạtcát rơi vào vùng đáy về phía dàn ống phun khí (xem hình 4-3). Để giữ tốc độ chuyểnđộng xoáy V = 0,25 0 - 0,3 m/s lượng không khí cấp vào từ 3- 8 m3 cho 1 m2 bềmặt bể trong 1 giờ. Vận tốc chuyển động xoay giữ không đổi và phụ thuộc vào sự daođộng của lưu lượng nước thải đi vào bể . Vì giảm vận tốc nước dọc bể mà vẫn giữ thờigian lưu nước trong bể cho phép giảm chiều dài bể để dễ dàng lấy cát ra khỏi bể.

èng ph©n phèi khÝ

Cöa ®­a n­íc vµo

ChÊt láng chuyÓn ®éng xoay

Cöa ra

CÊp khÝ

Qòy ®¹o h¹t c¸t

Hình 4-3: Qũy đạo chuyển động của cát trong bể lắng cát sục khí

Tốc độ chuyển động xoay không đổi trong bể lắng cát thổi khí đảm bảo giữ cáccặn hữu cơ lơ lửng trong nước và các hạt cát va chạm vào nhau tách bởi cặn hữu cơbám quanh hạt, cát sạch hơn. Cặn lắng trong bể lắng cát chứa 90% - 95 % là cặn vôcơ, giữ lâu không bị thối.

Hệ thống sục khí có thể làm bằng ống nhựa, ống thép không rỉ, khoan lỗ 3,5 –5 mm thành 1 hàng phía dưới ống và đặt ngập 0,7 - 0,75 H.

35

Lấy cát ra khỏi bể bằng bơm phun tia , để dồn cát về máng thu dọc đáy bể đặtống 100 mm cấp nước qua các vòi phun đặt cách nhau 0,4 m . Lưu lượng để lùacát

Q = vF = v.B.L (m3/s ) (4-6)

Trong đó :

+ v: Vận tốc đẩy cát về máng thu v = 0,0065 m/s (đẩy được hạt cát cỡ 0,05cm)

+ F : Diện tích mặt bằng của bể ( m)

Ví dụ : Tính toán bể lắng cát sục khí cho nhà máy xử lý nước thải công suất 0,2m3/s.

Hệ số không điều hòa K = 1,4 (Bảng 1-4)

Giải :

Lưu lượng qua bể lắng cát Q max = 1,4 0,2 = 0,28 m/s .

Thiết kế 2 bể lắng cát thổi khí, để khi cần ngừng 1 bể trong thời gian cần sửa chữahoặc xúc cặn.

Thời gian lưu nước chọn t = 3 phút = 180 s .

1. Thể tích 1 bể V = t Qmax = 18020,28 = 25,2 m3.

2. Chọn chiều cao nước trong bể H = 2 m.

Tỷ số chiều rộng và chiều cao B : H = 1,2 : 1

Chiều rộng bể B = 2,6 m

3. Chiều dài bể :

L = V 25,2 = = 4,85m.B.H 2×2,6

Lấy tròn 5 m

4 . Lượng không khí cần cấp :

Qkhí = ql F = 5 m3 / m2 h BL = 52,6 5 = 65 m3/h.

Lưu lượng không khí trên 1 mét dài bể :

q2 = khíQ 65000 = =L 5×3600

3,6 l/s mét dài

3 . Bể tách dầu mỡ

Trên mạng lưới thu gom của đô thị có thể có các nhà máy công nghiệp xảnước thải có lẫn dầu mỡ vào mạng. Để tách lượng dầu mỡ này, phải đặt thiết bị thudầu trước cửa xả vào cống chung hoặc trước bể điều hòa ở nhà máy. Hình (4-4) giớithiệu 1 kiểu bể thu dầu mỡ và lắng cát phổ biến ở châu Âu .

36

B B

B - B

Hình 4-4: Bể thu dầu, mỡ và lắng cát

IV.2.2. Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng

Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống cống thu gom chảy về nhàmáy xử lý thường xuyên dao động theo các giờ trong ngày. Khi hệ số này khôngđiều hòa K 1,4, xây dựng bể điều hòa để các công trình xử lý làm việc với lưulượng đều trong ngày kinh tế hơn .

Có 2 loại bể điều hòa .

a. Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng nằm trực tiếp trên đườngchuyển động của dòng chảy.

37

b. Bể điều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể nằm trực tiếp trên đường vậnchuyển của dòng chảy hoặc nằm ngoài đường đi của dòng chảy (4-5 ).

a )

Bơm hoặc van điềuchỉnh lưu lượng

Từ cốngđến

Lưới song chắn Bể lắng cát Bể điều hòa lưulượng chất lượng

Đi xử lýbậc 2

Bể lắng đợt 1

b)

Bơm hoặc van điểuchỉnh lưu lượng

Từ cống Đi xử lýđến bậc 2

Lưới song chắn Bể lắng cát Bể lắng đợt 1

Bể điều hòa lưu lượng

Hình 4-5 : Sơ đồ bố trí bể điều hòa trong hệ thống xử lý

a. Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng, nằm trên đường vận chuyển dòng.

b. Bể điều hòa lưu lượng là chủ yếu, nằm ngoài đường vận chuyển của dòng.

Tùy theo điều kiện đất đai và chất lượng nước thải, khi mạng cống thu gom làmạng cống chung thường áp dụng bể điều hòa lưu lượng để tích trữ được lượngnước sau cơn mưa. Ử các mạng thu gom là hệ thống cống riêng và ở những nơi cóchất lượng nước thải thay đổi thường áp dụng bể điều hòa cả lưu lượng và chấtlượng.

VỊ TRÍ CỦA BỂ ĐIỀU HÒA TRONG DÂY CHUYỀN XỬ LÝ

a. Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng

Trong bể phải có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san bằngnồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể. Trongbể cũng phải đặt các thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi.

38

Để đưa nước từ bể điều hòa sang bể lắng đợt 1, có thể dùng bơm để bơm đềuhoặc tạo độ chênh để nước tự chảy, khi áp dụng sơ đồ tự chảy phải đặt van điềuchỉnh lưu lượng ở đầu ống dẫn sao cho khi mực nước trong bể điều hòa thay đổi màlưu lượng chảy sang bể lắng 1 vẫn không đổi (Công ty Tư vấn Cấp thoát nước số 2 –Bộ Xây Dựng hiện có bản vẽ chế tạo bộ van này).

b. Bể điều hòa chỉ làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng là chủ yếu: có thể đặtsau song chắn rác, trước trạm bơm, bơm đều nước thải lên bể lắng đợt 1.

Loại bể này không đòi hỏi có thiết bị khuấy trộn nhưng cần thiết bị vớt vậtnổi và bọt, chia bể làm nhiều ngăn, định kỳ có thể tháo khô từng ngăn để xúc cát vàcặn lắng ra ngoài.

- Thể tích bể điều hòa:

Phương pháp xác định bể điều hòa giống như phương pháp xác định thể tíchđiều hòa của bể chứa nước sạch.

- Hình dáng và vật liệu để xây dựng bể:

Hình dáng của bể điều hòa phụ thuộc vào chức năng của bể. Nếu bể chỉ dùngđể điều hòa lưu lượng, có thể chọn hình dạng bất kỳ miễn là phù hợp với quy hoạchsử dụng đất của nhà máy xử lý, còn nếu bể dùng để điều hòa chất lượng và lưulượng, đòi hỏi phải có thiết bị khuấy trộn, hình dáng bể, vị trí ống đưa nước vào, ốngđưa nước ra phải xem xét tính toán kỹ phù hợp với thiết bị khuấy trộn định dùng đểthể tích nước được luân chuyển đều không có vùng nước chết.

Vật liệu xây dựng: bể có thể làm bằng bê tông cốt thép hay bằng đất. Nếu làbể bằng đất đào hoặc đắp phải chú ý chống thấm thành và đáy, chống xói mòn thànhvà đáy bằng các tấm bê tông lát hoặc lát đá miết mạch. Nếu dùng thiết bị khuấy trộncơ khí đặt trên phao nổi phải tính thể tích hồ sao cho luôn có mực nước chết cao hơnđáy 1,5 – 2 m để đảm bảo cho hệ thống phao và máy khuấy làm việc an toàn.

- Thiết bị khuấy trộn:

Thiết bị khuấy trộn làm nhiệm vụ hòa trộn để san bằng nồng độ các chất bẩncho toàn bộ thể tích nước thải có trong bể và ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha loãngnồng độ các chất độc hại nếu có và bằng cách ấy loại trừ được các cú sốc về chấtlượng nước cho các công trình xử lý sinh học phía sau. Đối với nước thải đô thị cóhàm lượng cặn lơ lửng khoảng 220 mg/l, năng lượng khuấy trộn cần 0,004 – 0,008kW/1 m3 thể tích bể. Nếu dùng hệ thống sục khí, lương không khí cần 0,01 – 0,015m3/1 m3 dung tích bể trong một phút. Hêi thống sục khí có thể là ống khoan lỗ, ốngđứng kiểu bơm Airlift, Ejector sục khí (xem chương 7).

Đáy bể điều hòa có rốn tập trung nước khi cần có thể tháo khô bể bằng bơmchìm lưu động hoặc bằng cách xả nước theo trọng lực.

IV.2.3. Bể lắng đợt một

39

1. Giới thiệu tổng quát

Bể lắng có cấu tạo mặt bằng là hình chữ nhật hay hình tròn, được thiết kế đểloại bỏ bằng trọng lực các hạt cặn có trong nước theo dòng chảy liên tục vào và rabể.

Trong những tài liệu viết về bể lắng, các tác giả phân chia bể lắng làm 4 vùng:(hình 4-6)

Vïng chøa vµ c« ®Æc cÆn

Vïng l¾ng c¸c h¹t cÆn

Vïn

g ph

©n p

hèi n

­íc

vµo

Vïn

g th

u n­

íc r

a

Hình 4-6: Sơ đồ mặt đứng thể hiện 4 vùng trong bể lắng

- Nước có chứa các hạt cặn lơ lửng đi vào vùng phân phối nước ở đầu bể vớimục đích phân phối đều trên toàn bộ tiết diện ngang của vùng lắng.

- Việc tách các hạt cặn ra khỏi nước bằng trọng lực xảy ra trong vùng lắng.

- Nước đã lắng chảy đều vào vùng thu nước ra để dẫn đi.

- Cặn lắng tích lũy trong vùng chứa và cô đặc cặn nằm ở đáy bể.

Trong chương này sẽ không trình bày chi tiết cơ sở lý thuyết của quá trình lắngmà chỉ giới thiệu nguyên lý tổng quát các quá trình lắng, các kết quả thực nghiệm vàcác chỉ tiêu để tính toán thiết kế bể lắng đợt một.

Bể lắng dùng trong xử lý nước thải được thiết kế để loại bỏ ra khỏi nước baloại cặn khác nhau.

a. Cặn cứng (cát) là các hạt phân tán, có kích thước và vận tốc lắng không đổitrong suốt quá trình lắng.

- Tốc độ lắng không phụ thuộc vào nồng độ các hạt.

- Tốc độ lắng bằng tải trọng bề mặt bể, Uo = Q/F.

Đó là các thông số và đặc tính để thiết kế bể lắng cát.

40

b. Cặn lơ lửng có bề mặt thay đổi, có khả năng dính kết và keo tụ với nhautrong quá trình lắng làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặnthay đổi theo chiều cao lắng.

- Chiều cao bể lắng, chế độ dòng chảy trong các bể để các hạt cặn keo tụ, lớnlên, tăng trọng lượng là quan trọng.

- Tải trọng bề mặt và thời gian lắng là thông số quyết định.

Đó là thông số và đặc tính của nước thải khi thiết kế bể lắng đợt một, và sẽđược đề cập trong chương này.

c. Bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn trên 1000 mg/l.

- Tốc độ lắng phụ thuộc vào nồng độ cặn.

- Thời gian lắng và tải trọng bùn trên một đơn vị diện tích bề mặt là nhữngthông số quyết định.

Đó là các thông số và đặc tính của bùn hoạt tính ở bể Aerotank dùng để thiết kếbể lắng đợt 2 sẽ được đề cập ở chương 9.

2. Bể lắng ngang hình chữ nhật

Nước thải đi vào vùng phân phối nước đặt ở đầu bể lắng, qua vách phân phối,nước chuyển động đều dọc bể qua vùng lắng đi vào vùng thu nước đặt ở cuối bể. Đểphân phối đều nước vào vùng lắng, thường cấu tạo máng có lỗ phân phối đặt suốtchiều ngang bể hoặc đặt các tấm có khe hoặc lỗ phân phối trên toàn diện tích mặt cắtngang vùng lắng. Để thu đều nước đã lắng đặt các máng thu đều nước ở cuối bể,chiều dài máng thu tính theo tải trọng thủy lực cho phép trên một mét dài của mángtrong một đơn vị thời gian (bảng 4 - 3). Cặn lắng được máy có các tấm gạt cặn bằnggỗ chạy bằng dây xích đặt ngập trong bể, hay máy có các tấm gạt cặn gắn vào dầmcầu chạy đặt trên hai thành dọc bể, gạt dồn về máng thu đặt ở đầu vào của bể, hay vềcác máng thu cặn đặt suốt chiều ngang bể nếu là bể lớn. Bơm hút cặn đặt gần mángđầu bể, một bơm có thể hút cho nhiều máng thu cặn hay nhiều bể.

Bọt nổi được thanh gạt của máy cào cặn đặt ngập dưới mực nước 0,05 m –0,10 m gạt về máng thu bọt ở cuối bể, tốc độ của tấm gạt chọn theo bảng 4 – 4.

3. Bể lắng hình tròn

Trong bể lắng hình tròn nước chuyển động theo hướng bán kính (radian). Nướcthải có thể đi vào buồng phân phối trung tâm, chảy đều theo hướng bán kính quavùng lắng đi vào máng thu nước đặt theo chu vi vành ngoài của bể (hình 4-7a). Hoặcphân phối nước thải vào bể bằng máng có vách lửng đặt quanh chu vi bể, nướcchuyển động qua vùng lắng theo hướng bán kính rồi vào máng thu nước đặt ở tâmbể (hình 4-7 b, c).

41

Cả hai cách phân phối nước đều cho hiệu quả lắng tốt như nhau, nhưng trênthực tế bể lắng có buồng phân phối trung tâm được ưa thích hơn. Ống đưa nước vàobuồng trung tâm có thể đi từ dưới đáy bể vào hoặc từ thành bể xuyên qua vùng lắngvào. Buồng phân phối trung tâm hình tròn đường kính bằng 15 đến 20% đường kínhbể lắng, chiều cao phần trụ từ 1 m đến 2,5 m. Máy cào cặn có 2 hoặc 4 thanh nganggắn các tấm gạt bằng gỗ, chuyển động chậm nhờ mô tơ có hộp số đặt ở trên tâm bểlàm cho trục đứng của máy cào quay theo tốc độ mong muốn để các tấm gạt đưa cạnvề hố thu đặt ở tâm bể. Phần trên của máy cào gắn các thanh gạt bọt, váng nổi, dồnchúng về máng thu đặt theo hướng bán kính bể. Đáy bể có độ dốc 1:12 dốc từ ngoàivề hố thu cặn. Hố thu cặn có thể tích nhỏ vì cặn được lấy ra liên tục.

4. Các chỉ tiêu để tính toán thiết kế

Chế độ làm việc của bể lắng nước thải phụ tuộc vào:

a. Đặc tính cặn lắng

b. Chế độ dòng chảy trong vùng lắng do thiết bị phân phối nước vào và rútnước ra quyết định.

c. Ảnh hưởng của gió và nhiệt độ.

d. Chuyển động đối lưu do nhiệt và chênh lệch nồng độ xảy ra trong bể.

Tất cả các thông số trên không thể tính bằng lý thuyết. Ở Mỹ và Liên Xô trướcđây, các nhà khoa học dựa vào các công trình hoạt động thực tế nhiều năm đãtổng kết rút ra các chỉ tiêu để tính toán bể lắng đợt 1. Xem bảng 4-3, 4-4.

Bảng 4 – 3: Các thông số tính toán bể lắng đợt 1

Tên thông số Đơn vị đo Giá trị các thông số

Khoảng dao động Giá trị tiêu biểu

Nước thải đi thẳng vào bể lắng đợt một

Thời gian lưu nướcTải trọng bề mặt:Giờ trung bìnhGiờ cao điểmTải trọng máng thu

Giờ (h)

m3/m2 ngàym3/m2 ngày

m3/m dài ngày

1,5 – 2,5

31 – 5081 – 122124 - 490

2

40,089,0248

Nước thải sau khi trộn với bùn hoạt tính của bể lắng đợt 2 rồi đi vào bể lắng đợt 1

42

Thời gian lưu nướcTải trọng bề mặt:Giờ trung bìnhGiờ cao điểmTải trọng máng thu

Giờ (h)

m3/m2 ngàym3/m2 ngày

m3/m dài ngày

1,5 – 2,5

25 – 3248 – 69

124 - 490

2

2861250

Bảng 4 – 4: Thông số thiết kế bể lắng đợt một

Tên thông số Đơn vị đo Giá trị các thông số

Khoảng dao động Giá trị tiêu biểu

Nước thải đi thẳng vào bể lắng đợt một

Bể chữ nhật

Sâu

Dài

Rộng

Tốc độ máy gạt cặn

Bể tròn

Sâu

Đường kính

Độ dốc đáy

Tốc độ máy gạt cặn

m

m

m

m/phút

m

m

m/m dài

vòng/phút

3 – 4,8

15 – 90

3 – 25

0,6 – 1,2

3 – 4,8

3 – 60

1:10 – 1:13

0,02 – 0,05

4,2

25 – 40

5 – 10

0,9

4,2

12 – 45

1:12

0,03

- Vận tốc tối đa trong vùng lắng: Khi thiết kế bể lắng, phải kiểm tra vận tốcnước chảy trong vùng lắng gần máng thu nước, vận tốc nước ở khoảng cách từ mépmáng thu đến giới hạn trên của vùng chứa cặn (giáp ranh vùng lắng và vùng chứacặn, vận tốc ở ¼ chu vi đường tròn bán kính bằng chiều cao lắng H) phải nhỏ hơnvận tốc kéo hạt cặn đã lắng nổi lơ lửng trở lại trong nước và bị kéo ra ngoài.

43

X¶ cÆn N­íc vµo

§­a n­íc ra

(a) BÓ l¾ng trßn ph©n phèi n­íc vµo b»ng buång ph©n phèi trung t©m

(b) BÓ l¾ng trßn ph©n phèi n­íc vµo b»ng m¸ng quanh chu vi bÓ. Thu n­íc ra b»ng m¸ng ®Æt ë trung t©m bÓ

(c) BÓ l¾ng trßn ph©n phèi n­íc vµo vµ thu n­íc ra b»ng m¸ng ®Æt vßng theo chu vi bÓ

X¶ cÆn

N­íc vµo

N­íc ra

X¶ cÆn

N­íc vµo

N­íc ra

Hình 4-7: Bể lắng hình tròn

44

12

H8k(

ρ - 1)gd

V =f

(4 - 7)

Trong đó:

VH: Vận tốc giới hạn trong vùng lắng (m/s)

k: Hằng số phụ thuộc vào tính chất cặn: k = 0,04 đối với hạt cát, k =0,06 đối với hạt cặn có khả năng dính kết. Ở bể lắng đợt 1 xử lý nướcthải sinh hoạt có thể lấy k = 0,05ρ: Tỉ trọng của hạt thường từ 1,2 – 1,6, chọn ρ = 1,25

g: Gia tốc trọng trường 9,8 m/s2

d: Đường kính tương đương của hạt (m), thường chọn d = 10-4 m

f: Hệ số ma sát phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của hạt và số Raynol củahạt khi lắng. f = 0,02 – 0,03, có thể lấy f = 0,025

5. Hiệu quả lắng cặn lơ lửng và khử BOD của bể lắng đợt 1: Khi thiết kế bểlắng đợt 1, theo giá trị của các thông số cho trong bảng (4 - 3) và (4 – 4) có thể tínhhiệu quả khử BOD5 và cặn lơ lửng SS theo phần trăm bằng công thức thực nghiệmcủa các nhà khoa học Mỹ:

tR =a + b . t

(4 – 8)

Trong đó:

R: Hiệu quả khử BOD5 hoặc SS biểu thị bằng %

T: Thời gian lưu nước (giờ)

a, b: Hằng số thực nghiệm chọn theo bảng (4 – 5)

Bảng 4 – 5: Gía trị của hằng số thực nghiệm a, b ở to ≥ 20 oC

Chỉ tiêu a đơn vị (h) b

Khử BOD5

Khử cặn lơ lửng0,0180,0075

0,0200,014

Tỷ trọng và nồng độ cặn lắng trong vùng tích lũy và cô đặc cặn của bể lắng đợt1 có thể chọn theo bảng (4 - 6).

Bảng 4 – 6: Tỷ trọng và nồng độ cặn lắng ở bể lắng đợt 1

Loại cặn lắng Tỷ trọngNồng độ tính theo trọng lượng

Khoảng dao động Giá trị tiêu biểu

45

1. Nước thải vào thẳng bể

- Nước thải từ hệ cống riêng

- Nước từ hệ cống chung

2. Nước thải trộn với bùnhoạt tính ở bể lắng đợt 2

- Sau bể Aerotank- Sau bể lọc sinh học

1,03

1,05

1,031,03

4 - 12

4 - 12

2 - 64 - 10

5

6,5

35

Ví dụ: Thiết kế bể lắng đợt 1 để xử lý nước thải của thị xã với các điều kiệnsau: Qmin = 2000 m3/ngày; Qmax = 4500 m3/ngày. Không xây dựng bể điều hòa, chọnkiểu bể lắng ngang, tỷ chiều dài trên chiều rộng 4:1. Chiều cao vùng lắng 3,6 m. Tảitrọng bề mặt Uo = 35 m3/m2 ngày.

Yêu cầu: Xác định kích thước bể lắng, thời gian lưu nước, vận tốc tới hạn, hiệuquả khử BOD5 khử SS.

Giải:

1. Tính diện tích cần thiết của bể lắng:

O

Q 2000F = = = 57U 35

m2

2. Chiều rộng bể:

F = B . L = B . 4B = 4B2 = 57 m2

B = 3,7 m lấy tròn 4 m

Chiều dài: L = 16 m

Diện tích: F = 4 . 16 = 64 m2

3. Tải trọng bề mặt:

a. Giờ có Qmin O2000U = = 31,2564

m3/m2 ngày

b. Giờ có Qmax O4500U = = 70,364

m3/m2 ngày

nằm trong giới hạn cho phép ghi ở bảng (4-3)

4. Thể tích bể lắng:

V = 64 . 3,6 = 230 m3

5. Thời gian lưu nước trong bể:

46

a. Khi Q = QminV 230.24t = 2,76Q 2000 giờ

b. Khi Q = QminV 230.24t = 1,23Q 4500 giờ

6. Vận tốc giới hạn:11

4 22

H8k( - 1)gd 8 0,05 0,25 9,8 10V = 0,064

f 0,025

m/s

- Vận tốc nước chảy trong vùng lắng ứng với Qmax:

maxQ 4500V = = = 0,0037

B.H 4×3,6×84600m/s < VH

- Máng thu nước ra bố trí một máng ngang chạy suốt 4 m chiều rộng bể và 3máng dọc vuông góc với máng ngang, mỗi máng dài 2 m. Tổng chiều dài máng l = 4

+ 2 . 3 = 10 m. Tải trọng thủy lực của máng qmax = 4500 = 45010

m3/m dài ngày

- Vận tốc nước chảy vào máng tại mặt cắt ngang với độ sâu 3,6 m (mặt tiếpgiáp vùng chứa cặn):

3Q 4500 m /ngàyV = =F 4 m×2m×86400 s

= 0,0066 m/s < VH

7. Hiệu quả khử BOD và SS:

a. Lưu lượng Qmin:

BODt 2,76R = = 37,7%

a + b x t 0,018 + 0,02 × 2,76

BOD2,76R = 59,8%

0,0075 + 0,014 × 2,76

b. Giờ cao điểm Qmax:

BOD1,23R = 28,8%

0,018 + 0,02 × 1,23

BOD1,23R = 49,7%

0,0075 + 0,014 × 1,23

ĐIỀU CHỈNH pH VÀ BỔ SUNG CHẤT DINH DƯỠNG N, P:

Nước thải trước khi đi vào các công trình xử lý sinh học (xử lý bậc 2) phải cótrị số pH nằm trong khoảng 6,6 – 7,6 và tỷ lệ các chất dinh dưỡng BOD:N:P trongkhoảng 100:5:1. Ở các đô thị nhỏ, nếu mạng lưới cống thu gom nước thải thu cảnước công nghiệp và nước sinh hoạt, tuy nồng độ các kim loại nặng nằm trong

47

ngưỡng cho phép đi vào xử lý sinh học (Bảng 2-1) nhưng đôi khi phải đòi hỏi điềuchỉnh pH và bổ sung chất dinh dưỡng.

Điều chỉnh pH

Điều chỉnh pH bằng cách định lượng các chất axit (nếu muốn giảm pH) hoặccác chất kiềm (nếu muốn tăng pH) vào bể trộn, trộn đều với nước thải. Thiết bị địnhlượng và bể trộn, bể keo tụ đã được mô tả trong các tài liệu viết cho cấp nước cuảcùng tác giả, trong tài liệu này không nhắc lại mà chỉ cung cấp số liệu về các hóachất thường dùng điều chỉnh pH, bổ sung N, P trong xử lý nước thải.

Tên hóa chất Công thức hóa học Lượng hóa chất cần thiết tínhbằng mg/l để khử 1 mg/l axit

hoặc 1 mg/l kiềm tính theo lượngkiềm và axit CaCO3 (mg/l)

Cacbonat canxiOxyt canxiHydroxit canxiOxyt magiêHydroxit magiêVôi sống dolomitVôi tôi dolomitXút hydroxit natriSodaAxit sunfuaricAxit clohydricAxit nitric

CaCO3

CaOCa(OH)2

MgOMg(OH)2

[CaO0,6MgO0,4][(Ca(OH)2)0,6(Mg(OH)2)0,4]NaOHNa2CO3

H2SO4

HClHNO3

10,560,740,4030,5830,4970,6770,7991,0590,980,720,63

2. Hóa chất dùng để bổ sung chất dinh dưỡng N và P vào nước thải xembảng (4-8)

Bảng 4 – 8: Các hóa chất có thể chọn làm chất bổ sung N, P cho nước thải

Tên hóa chất Công thức hóa học

Nguồn nitơ – NAmoniacHydroxit amon

NH3

NH4OH

48

Bicacbonat amonCacbonat amonClorua amonPhotphat amonSunfat amon

Nguồn photpho – PTrinatri photphatDinatri photphatMono natri photphatNatri hexa meta photphatNatritripoly photphatTetranatri pyro photphat

NH4HCO3

(NH4)2CO3

NH4ClNH4H2PO4

(NH4)2SO4

Na3PO4

Na2HPO4

NaH2PO4

Na3(PO3)6

Na5P3O10

Na4P2O7

49

CHƯƠNG V

XỬ LÝ SINH HỌC ĐỂ KHỬ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

CHỨA CACBON, NITƠ, PHOTPHO

Mục đích cơ bản của quá trình xử lý sinh học là lợi dụng các hoạt động sống vàsinh sản của vi sinh vật để ổn định các hợp chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơlửng không lắng được trong nước thải sinh hoạt và nước thải từ các hầm cầu, bể tựhoại để loại bỏ chúng ra khỏi nước. Phụ thuộc vào các điều kiện môi trường cụ thể,mục đích xử lý có thể bổ sung thêm, ví dụ khử Nitơ và Photpho – Khử vết của cáchợp chất hữu cơ khác.

Xử lý sinh học gồm các bước :

1. Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc Cacbon ở dạng keo và dạnghòa tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh.

2. Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vôcơ trong nước thải.

3. Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực.

V.1. GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC

V.1.1. Một vài định nghĩa và thuật ngữ dùng trong xử lý nước thải bằngphương pháp sinh học

Quá trình Tiếng Anh Định nghĩa

- Các quá trìnhhiếu khí

Aerobic(oxic)processes

Các quá trình xử lý sinh học xảy ra trongđiều kiện có đủ oxy.

- Các quá trìnhyếm khí Anaerobic processes Quá trình xử lý sinh học xảy ra trong

điều kiện không có oxy

- Quá trình thiếuoxy Anoxi process

Quá trình xử lý sinh học để chuyển hóaNitrat thành Nitơ trong điều kiện khôngcấp thêm oxy từ ngoài vào.

- Quá trình tựphát Facultative processes

Quá trình xử lý sinh học trong đó quầnthể vi sinh vật có thể hoạt động trongđiều kiện có oxy và không có oxy.

Quá trình Tiếng Anh Định nghĩa

Quá trình tăngtrưởng vi sinhdính bám

Attached growthprocess

Quá trình xử lý sinh học trong đó quầnthể vi sinh vật hoạt động để chuyển hóacác chất hữu cơ và các thành phần khác

50

trong nước thải thành khí và vỏ tế bàođược dính bám vào một vài giá thể dạngtấm hoặc hạt có tính trơ như: hạt nhựa,sỏi, xỉ, sành … đôi khi còn gọi là cácmàng vi sinh vật.

Khử các chấtdinh dưỡng

Nutrient remuval Thuật ngữ để chỉ quá trình xử lý sinhhọc để khử Nitơ Photpho ra khỏi nướcthải

Khử BOD Carbonaceous BODremoval

Sự chuyển hóa sinh học các hợp chấthữu cơ có nguồn gốc Cacbon trongnước thải thành các tế bào vi sinh vàcác loại khí. Trong quá trình chuyểnhóa, Nitơ có trong thành phần các hợpchất hữu cơ được chuyển hóa thànhAmmonia NH4

Khử Nitrat Denitrification Quá trình sinh học chuyển hóa Nitratthành khí Nitơ và các khí khác

Nitrat hóa Nitrification Hai quá trình xử lý sinh học để chuyểnhóa Ammonia NH4 : đầu tiên thànhNitrit NO2

- sau đó thành Nitrat NO3-

Hồ sinh học Lagoon process Là thuật ngữ chung để chỉ quá trình xửlý xảy ra trong các ao, hồ có chiều sâuvà cường độ xử lý khác nhau.

Chất nền Sub strate Thuật ngữ để chỉ các hợp chất hữu cơhay các chất dinh dưỡng sẽ đượcchuyển hóa trong quá trình xử lý sinhhọc. Ví dụ các hợp chất hữu cơ Cacbon(BOD) trong nước thải được gọi là chấtnền và nó sẽ được chuyển hóa thành vỏtế bào và các chất khí trong quá trình xửlý sinh học.

Bùn hoạt tính Activated sludge Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinhvật tự hình thành khi thổi không khí vàonước thải. Đó là những vi sinh vật cókhả năng hấp thụ và oxy hóa các hợpchất hữu cơ có trong nước thải khi cómặt của oxy.Về khối lượng, bùn hoạt tính được tínhbằng khối lượng chất bay hơi có trongtổng hàm lượng bùn (cặn khô) đôi khicòn gọi là sinh khối (Biomass).

51

Bể aerotank Aerotank Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùnhoạt tính, gió được cấp liên tục vào bểđể trộn đều và giữ cho bùn ở tình trạnglơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxycho vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ cótrong nước thải.

Ổn định bùn cặn Stabiliztion of sludge Là quá trình sinh học để chuyển hóa cácchất hữu cơ có trong cặn ở bể lắng đợt1, bể lắng đợt 2 thành khí và xác tế bào.Để ổn định cặn có thể áp dụng các quátrình hiếu khí hoặc yếm khí.

Quá trình tăngtrưởng lơ lửng

Suspended – growthprocesses

Vi sinh vật phát triển và tăng trưởngtrong các bông cặn bùn hoạt tính ở trạngthái lơ lửng trong nước ở các bể xử lýsinh học.

Bể có dòng chảykhuấy trộn hoànchỉnh

Complete – growthprocesses

Dòng chảy vào bể được trộn đều ngaytức khắc với khối lượng nước có sẵntrong bể để phân phối nồng độ đều khắptrong mọi điểm của bể.

Bể có dòng chảyđều

Plug – flow process Các phần tử trong dòng chảy vào bểchuyển động với vận tốc đều nhau dọcchiều dài bể từ đầu vào đến đầu ra saocho thời gian lưu lại của từng phần tử làđều nhau và bằng thời gian lý thuyết :

T=v

VQ

BOD Bio- chemical oxygendemand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD Chemical oxygendemand

Nhu cầu oxy hóa học

DO Dissolved oxygen Oxy hòa tan

MLSS Mixed liquozsuspended solids

Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng

SVI Sludge volume index Chỉ số thể tích bùn

SS Suspended solids Chất rắn lơ lửng

V.1.2 Quá trình biến đổi, tăng trưởng và năng lượng cần để hoạt động của visinh vật

52

- Quá trình biến đổi bao gồm các phản ứng hóa học bên trong tế bào, có 2 phản ứngcơ bản trong quá trình biến đổi là phản ứng dị hóa và phản ứng đồng hóa.

Phản ứng dị hóa bẻ gãy các mạch hữu cơ, phân chia các phân tử hữu cơ phức tạpthành các phân tử đơn giản hơn và kèm theo quá trình là sự giải phóng nănglượng.

Phản ứng đồng hóa làm hình thành các phân tử phức tạp hơn và đòi hỏi cấp nănglượng. Năng lượng cấp cho phản ứng đồng hóa thường lấy từ năng lượng đượcgiải phóng ra của các phản ứng dị hóa.

Vai trò quan trọng của enzim :

Enzim là chất xúc tác hữu cơ do các tế bào sống sinh ra. Enzim là các proteinhoặc protein kết hợp với các chất vô cơ hoặc các phân tử hữu cơ có trọng lượngthấp. Như một chất xúc tác, enzim có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng hóa họclên gấp nhiều lần mà bản thân enzim không bị thay đổi.

Có 2 loại Enzim : ngoại tế bào và nội tế bào. Khi tế bào cần chất nền hay chấtdinh duỡng mà các chất này không thể tự thấm qua vỏ tế bào được thì Enzim sẽchuyển hóa các chất này thành dạng hợp chất có thể dễ dàng di chuyển vào trong tếbào. Enzim nội tế bào là chất xúc tác cho các phản ứng đồng hóa bên trong tế bào.Enzim đuợc biết như là một tác nhân phân loại và chuyển hóa chất nền đến sảnphẩm cuối cùng với hiệu suất cao. Tế bào có thể sản xuất ra các Enzim khác nhauứng với mỗi loại chất nền khác nhau để sử dụng chúng và có thể minh họa bằngphản ứng sau:

E + S (E)(S) P + E

Enzim Chất nền Tổ hợp Enzim Sản phẩm Enzim

và chất nền cuối cùng

Hoạt động của Enzim chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi trị số pH, nhiệt độ và nồngđộ chất nền, mỗi Enzim có trị số pH, nhiệt độ tối ưu của mình.

Vai trò của năng lượng

Cùng với Enzim năng lượng cần thiết cho các phản ứng sinh hóa của tế bào,năng lượng cấp cho tế bào la năng lượng được giải phóng ra từ các phản ứng oxyhóa các chất hữu cơ và vô cơ (các phản ứng dị hóa) hoặc do các phản ứng quanghợp. Năng lượng này được thu nhận và tích trữ trong tế bào bằng các hợp chất hữucơ nhất định và được dùng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào mới.Khi chất hữu cơ trong nước thải trở nên ít dần đi thì khối lượng tế bào sẽ bị giảm bởivì các chất đã được tế bào dùng không được thay thế kịp thời bằng chất mới. Nếutình trạng này kéo dài liên tục tế bào không còn khả năng sinh sản mà chỉ có đồng

53

hóa các chất hữu cơ đã hấp thụ được để cuối cùng lại các tế bào là những chất hữucơ tương đối ổn định. Quá trình tự giảm sinh khối này gọi là giai đoạn hô hấp nộibào (endogenous respiration).

Vai trò của chất dinh dưỡng

Vi sinh vật tiêu thụ các chất hữu cơ để sống và hoạt động và đòi hỏi một nănglượng chất dinh dưỡng Nitơ và Photpho để phát triển, tỷ lệ này thường trong khoảngBOD : N : P = 100 : 5 : 1. Ngoài ra cần một lượng nhỏ các nguyên tố khoáng nhưcanxi, magiê, sắt, đồng, kẽm, mangan. Các chất này thường có đủ trong nước thảisinh hoạt. Khi xử lý nước thải công nghiệp bằng vi sinh, nhiều trường hợp phải bổsung N và P và khử trước các kim loại nặng gây độc hại đến nồng độ cho phép.

Sự tăng trưởng của vi sinh vật

Vi sinh vật có thể nảy nở thêm nhiều nhở sinh sản phân đôi, sinh sản giới tính,và nảy mần nhưng chủ yếu chúng phát triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần đểphân đôi tế bào thường gọi là thời gian sinh sản có thể dao động từ dưới 20 phút đếnhàng ngày. Ví dụ : nếu thời gian sinh sản là 30 phút, một vi khuẩn có thể sinh ra16777216 vi khuẩn sau thời gian 12 giờ. Vi khuẩn không thể tiếp tục sinh sản đếnvô tận bởi quá trình sinh sản phụ thuộc vào môi trường. Khi thức ăn cạn kiệt, pH vànhiệt độ thay đổi ra ngoài trị số tối ưu, việc sinh sản sẽ ngừng lại.

Sự tăng trưởng của vi khuẩn về số lượng

Hình 5-1 giới thiệu tổng quát quá trình phát triển theo số lượng của vi khuẩntrong một mẻ nuôi cấy.

Đầu tiên cấy một số lượng nhỏ vi khuẩn vào môi trường nuôi cấy, sau đó do sốlượng vi khuẩn tăng trưởng theo thời gian. Số lượng vi khuẩn sinh sản ra có thể chialàm 4 giai đoạn khác biệt.

1. Giai đoạn phát triển chậm:

Giai đoạn phát triển chậm thể hiện khoảng thời gian cần thiết để vi khuẩn làmquen với môi trường mới và bắt đầu phân đôi.

54

Giai ®o¹nph¸t triÓnchËm

Giai ®o¹n t¨ngtr­ëng theo quyluËt logarit

Giai ®o¹n æn ®Þnh Giai ®o¹n vi khuÈn chÕt theo logarit

Gi¸

trÞ l

og c

ña s

è l­

îng

vi k

huÈn

Thêi gian

Hình 5-1: Đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển của vi khuẩn về số lượngtheo thang logarit

2. Giai đoạn tăng trưởng về số lượng theo Logarit :

Trong suất thời kỳ này các tế bào phân chia theo tốc độ xác định bởi thời giansinh sản và khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn (tốc độ tăng trưởng theo phầntrăm là không đổi).

3. Giai đoạn phát triển ổn định :

Ở giai đoạn này số lượng vi khuẩn trong mẻ quan sát đạt đến số lượng ổn địnhdo:

a. Vi khuẩn đã ăn hết chất nền và chất dinh dưỡng.

b. Số vi khuẩn mới sinh ra vừa đủ bù cho số vi khuẩn già cỗi chết đi.

4. Giai đoạn vi khuẩn tự chết :

Trong suốt giai đoạn này tốc độ tự chết của vi khuẩn vượt xa tốc độ sinh sản ratế bào mới. Tốc độ chết là hàm số của lượng tế bào đang sống và đặc tính của môitrường, ở vài trường hợp trị số logarit của số lượng tế bào chết tương đương với trịsố logarit của lượng tế bào sinh ra ở giai đoạn sinh trưởng nhưng có dấu ngược lại.

Sự tăng trưởng của vi sinh vật về khối lượng (sinh khối)

Hình 5-2 giới thiệu tổng quát quá trình phát triển của vi sinh vật theo khốilượng.

55

Giai ®o¹nt¨ng sinhkhèi chËm

Giai ®o¹nt¨ng sinh khèitheo logarit

Giai ®o¹n t¨ng Giai ®o¹n h« hÊp néi bµo

Gi¸

trÞ l

og c

ña s

è l­

îng

vi s

inh

vËt

Thêi gian

chËm dÇn

Hình 5-2: Đường cong biểu diễn các giai đoạn tăng sinh khối của vi khuẩn trongmẻ nuôi cấy theo thang logarit

1. Giai đoạn tăng trưởng chậm là giai đoạn vi khuẩn cần thời gian để thích ứngvới môi trường dinh dưỡng. Giai đoạn tăng trưởng chậm của sinh khốikhông dài bằng giai đoạn phát triển chậm của số lượng vi khuẩn bởi vì sinhkhối bắt đầu tăng ngay trước khi sự phân chia tế bào xảy ra (tế bào lớn lênrồi mới phân đôi).

2. Giai đoạn tăng sinh khối theo logarit luôn có thừa thức ăn bao quanh vikhuẩn và tốc độ trao đổi chất và tăng trưởng của vi khuẩn chỉ phụ thuộc vàokhả năng xử lý chất nền của vi khuẩn.

3. Giai đoạn tăng trưởng chậm dần : tốc độ tăng sinh khối giảm dần đi bởi vìsự cạn kiệt dần của các chất dinh dưỡng bao quanh.

4. Giai đoạn hô hấp nội bào: Vi khuẩn buộc phải thực hiện quá trình trao đổichất bằng chính các nguyên sinh chất có trong tế bào bởi vì nồng độ cácchất dinh dưỡng cấp cho tế bào đã bị cạn kiệt. Trong giai đoạn này xảy rahiện tượng giảm dần sinh khối khi đó các chất dinh dưỡng còn lại trong cáctế bào đã chết khuyếch tán ra ngoài để cấp cho các tế bào còn sống.

Sự tăng trưởng trong môi trường hỗn hợp

Phần lớn các quá trình xử lý sinh hóa xảy ra trong môi trường hỗn hợp gồmnhiều chủng loại vi sinh tác động lên môi trường và có tác động tương hỗ lẫn nhau.Mỗi loại vi khuẩn có đường cong sinh trưởng và phát triển riêng. Vị trí và dạng củađường cong tăng trưởng theo thời gian của mỗi loại trong hệ phụ thuộc vào thức ănvà chất dinh dưỡng có sẵn và vào các đặc tính của môi trường như pH, nhiệt độ,

56

điều kiện yếm khí hay hiếu khí... có nhiều loại vi khuẩn đóng vai trò quan trọngtrong quá trình ổn định các chất hữu cơ có trong nước thải.

V.1.3. Động học quá trình xử lý sinh học

Để đảm bảo quá trình xử lý sinh học diễn ra có hiệu quả thì phải tạo được cácđiều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, thời gian ... tốt nhất cho hệvi sinh. Khi các điều kiện trên được bảo đảm quá trình xử lý diễn ra như sau:

Tăng trưởng tế bào : ở cả hai trường hợp nuôi cấy theo từng mẻ hay nuôi cấytrong các bể có dòng chảy liên tục, nước thải trong các bể này phải được khuấy trộnmột cách hoàn chỉnh và liên tục. Tốc độ tăng trưởng của các tế bào vi sinh có thểbiểu diễn bằng công thức sau: tr =

μX(5-1)

Trong đó:

tr : Tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn, khối lượng/đơn vị thể tích trong một đơnvị thời gian(g/m3.s).

μ : Tốc độ tăng trưởng riêng 1 1 =

Thêi gian s

X: Nồng độ vi sinh trong bể hay nồng độ bùn hoạt tính (g/m3 = mg/l)

Công thức (5-1) có thể viết dưới dạng tdxr = =

μ.x

dt(5-2)

Chất nền – giới hạn của tăng trưởng

Trong trường hợp nuôi cấy theo mẻ nếu chất nền và chất dinh dưỡng cần thiếtcho sự tăng trưởng chỉ có với số lượng hạn chế thì các chất này sẽ được dùng đếncạn kiệt và quá trình sinh trưởng ngừng lại. Ở trường hợp nuôi cấy trong bể có dòngcấp chất nền và chất dinh dưỡng liên tục thì ảnh hưởng của việc giảm bớt dần chấtnền và chất dinh dưỡng có thể biểu diễn bằng phương trình do Monod đề xuất(1942, 1949)

ms

Sμ = μK + S

Trong đó:

μ : Tốc độ tăng trưởng riêng (l/s)

μm : Tốc độ tăng trưởng riêng cực đại (l/s)

S : Nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm sự tăng trưởng bị hạn chế.

sK : Hằng số bán tốc độ, thể hiện ảnh hưởng của nồng độ chất nền ở thời điểmtốc độ tăng trưởng bằng một nửa tốc độ cực đại (g/m3; mg/l)

57

Ảnh hưởng của nồng độ chất nền đến tốc độ tăng trưởng riêng thể hiện trênhình 5-3.

Tèc

®é

t¨ng

tr­ë

ng r

iªng

Nång ®é chÊt nÒn (S)

m

2

mTèc ®é cùc ®¹i

Hình 5-3: Ảnh hưởng của sự hạn chế nồng độ chất nền đến tốc độ tăngtrưởng riêng

Thay giá trị ở phương trình (5-3) vào phương trình (5-1) ta có:

mt

s

μ XSr =K + S

Sự tăng trưởng tế bào và sử dụng chất nền.

Trong cả hai trường hợp nuôi cấy theo mẻ và nuôi cấy trong bể có dòng chảyliên tục, một phần chất nền được chuyển thành tế bào mới, một phần được oxy hóathành chất vô cơ và hữu cơ ổn định. Bởi vì số tế bào mới được sinh ra lại hấp thụchất nền và sinh sản tiếp nên có thể thiếp lập quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng vàlượng chất nền được sử dụng theo phương trình sau :

t dr = -Yr (5-5)

Trong đó:

tr : Tốc độ tăng trưởng của tế bào (g/m3.s)

Y : Hệ số năng suất sử dụng chất nền cựa đại (mg/mg) (Là tỷ số giữa khốilượng tế bào và khối lượng chất nền được tiêu thụ do trong một thời gian nhất địnhở giai đoạn tăng trưởng Logarit).

58

dr : Tốc độ sử dụng chất nền (g/m3.s)

Từ phương trình (5-5) và (5-4) ta rút ra:

m mt

s s

μ XS KXS μr = = ; K =K +S K +S Y

(5-6)

Ảnh hưởng của hô hấp nội bào

Trong các công trình xử lý nước thải không phải tất cả các tế bào vi sinh vậtđều có tuổi như nhau và đều ở giai đoạn sinh trưởng Logarit mà có một số đang ởgiai đoạn chết và giai đoạn sinh trưởng chậm. Khi tính toán tốc độ tăng trưởng củatế bào phải tính toán tổ hợp các hiện tượng này, để tính toán giả thiết rằng: sự giảmkhối lượng của các tế bào do chết và tăng trưởng chậm tỷ lệ với nồng độ vi sinh vậtcó trong nước thải và gọi sự giảm khối lượng này là do phân hủy nội bào(endogenous decay). Quá trình hô hấp nội bào có thể biểu diễn đơn giản bằng phảnứng sau:

5 7 2 2 2 2 3C H O N + 5O 5CO + 2H O + NHVi khuÈntÕ bµo

+ N¨ng l­îng (5-7)

113 160

1 1.42

Từ phương trình (5-7) có thể thấy: nếu tất cả các tế bào bị oxy hóa hoàn toànthì lượng COD của các tế bào bằng 1.42 lần nồng độ của tế bào.

d dr = - K X(do ph©n hñy néi bµo) (5-8)

Trong đó: dK : Hệ số phân hủy nội bào (l/s)

X : Nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính) (g/m3)

Kết hợp với quá trình phân hủy nội bào, tốc độ tăng trưởng thực tế của tế bào:

, mt d

s

μ XSr = - K XK +S

(5-9)

Hay: ,t d dr = -Yr - K X (5-9’)

Trong đó:,

tr : Tốc độ tăng trưởng thực của vi khuẩn (l/s)

Tốc độ tăng trưởng riêng thực sẽ là:

m ds

Sμ' = μ - KK +S

(5-10)

Tốc độ tăng sinh khối (bùn hoạt tính) sẽ là:

59

tb

d

r 'y =r

(5-11)

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ nước có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của phản ứng sinh hóa trongquá trình xử lý nước thải. Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến hoạt động chuyển hóacủa vi sinh vật mà còn có tác động lớn đến quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thảivà quá trình lắng các bông cặn vi sinh vật ở bể lắng đợt 2. Ảnh hưởng của nhiệt độđến tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải được biểu diễn bằngcông thức:

(T-20)T 20r = r

θ(5-12)

Trong đó:

Tr : Tốc độ phản ứng ở ToC

20r : Tốc độ phản ứng ở 20oC

θ : Hệ số hoạt động do nhiệt độ

T : Nhiệt độ nước đo bằng oC

Giá trị θ trong quá trình xử lý sinh học dao động từ 1,02 – 1,09 thường lấy1,04.

CÁC CÔNG THỨC BIỂU DIỄN TỐC ĐỘ SỬ DỤNG CHẤT NỀN

(TỐC ĐỘ KHỬ BOD)

Trong mô tả động học của quá trình xử lý nước thải bằng sinh học rút ra đượccông thức biểu diễn tốc độ xử lý chất nền bằng khối lượng chất nền giảm đi ở mộtđơn vị thể tích bể trong một đơn vị thời gian (g/m3s)

maxd

s

μ XSr =Y(K + S)

(5-6)

Đặt maxd

s

μ KXSK = ; r =Y (K + S)

(5-6’)

Từ công thức (5-6’) ta có:

d

s

r KSρ = =X (K +S)

(5-13)

Là tốc độ sử dụng chất nền tính cho một đơn vị khối lượng (g) bùn hoạt tính trongmột đơn vị thời gian.

V-2. LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN BỂ AEROTANK, PHẢN ỨNG HIẾU KHÍ

60

Để áp dụng vào thiết kế và quản lý các công trình trong thực tế cần phải thiếtlập các công thức tính toán để xác định dung tích các bể xử lý sinh học và hiệu quảxử lý.

V.2.1 Công thức tính toán bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh

Sơ đồ làm việc của bể Aerotank xem hình (5-4)

BÓ l¾ng

Qv + Qt . S . X

Qt . S . Xt

Qr . S . Xr

Qv.So

BÓ Aerotank

V,X,Xt,S

Qx¶ . Xt

Hình 5-4: Sơ đồ làm việc của bể Aerotank trong hệ thống xử lý nước thải

- Nước thải đi vào bể Aerotank Qv chứa chất nền có nồng độ So còn lượng bùnhoạt tính không đáng kể coi như bằng không Xo=0. Nước thải khi đi qua bể đượckhuấy trộn hoàn chỉnh và phân bố đều ngay lập tức trong toàn bộ thể tích bể. Cùngvới nước thải đi vào bể, còn có dòng bùn hoạt tính tuần hoàn lấy từ đáy bể lắng đưavào với QT và nồng độ bùn XT, khi vào bể trộn đều với nước thải để có nồng độ bùnhoạt tính trong bể là X và lượng chất nền khi ra khỏi bể giảm xuống còn S. Sau thờigian lưu nước giờ trong bể, nước chảy sang bể lắng với lưu lượng Qv + QT , nồngđộ bùn hoạt tính X.

Qua bể lắng nước được lắng trong xả ra nguồn với Qr, nồng độ chất nền S,nồng độ bùn Xr. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể lắng có nồng độ XT một phần tuầnhoàn lại phần dư xả ra bể chứa cặn với lượng Qxả , XT để xử lý tiếp.

- Coi việc giảm nồng độ chất nền và tăng khối lượng bùn hoạt tính chỉ xảy ratrong bể Aerotank và thời gian tồn tại của bùn trong hệ thống (tuổi của bùn c ) làthời gian bùn tồn tại trong bể Aerotank rút ra phương trình cân bằng khối lượng sau:

Lượng bùn = Lượng bùn – Lượng bùn + Lượng bùn tăng lên trong bể sau

trong bể đi vào xả ra thời gian lưu nước

v o T r r tdx v = Q X - (Q X + Q X ) + V(r' )dt x¶ (5-14)

Trong đó :

61

dxdt

: Tốc độ thay đổi nồng độ bùn hoạt tính (sinh khối) trong bể Aerotank đo

bằng khối lượng trên một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian. Sinh khối haybùn hoạt tính chính là lượng cặn bay hơi (sấy mẫu nước thải ở 105oC cho nước bayhết đem cân ta được lượng cặn khô, tiếp tục sấy cặn khô đến 600 50oC đem cân tađược lượng tro của cặn, cặn bay hơi bằng lượng cặn khô trừ đi lượng tro của cặn,đôi khi còn gọi là cặn không tro).

V: Thể tích bể Aerotank – (m3).

Q: Lưu lượng nước thải đi vào bể (m3/ngày) ; (m3/h)

Xo: Nồng độ bùn hoạt tính có trong nước thải đi vào bể thường không đáng kể.

Qxả : Lưu lượng xả theo bùn ở bể lắng (m3/ngày) ; (m3/h).

XT : Nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) lấy từ đáy bể lắng để tuần hoàn lạibể Aerotank (g/m3; mg/l).

Qr : Lưu lượng nước đã được xử lý đi ra khỏi bể lắng (m3/ngày ; m3/h )

Xr : Nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (g/m3 ; mg/l)

rt’ : Tốc độ tăng trưởng thực của bùn hoạt tính trong thời gian làm thoáng ở bểAerotank (g/m3.ngày ;g/m3.h)

Giải phương trình (5-14) với Xo = 0 và ở thời điểm ổn định dx/dt = 0, kết hợpvới phương trình (5-9’) ta có:

dT r rd

rQ X + Q X = Y - KVX X

x¶ (5-15)

Vế trái của phương trình (5-15) : cT r r

VX =Q X + Q X

x¶

chính là thời gian lưu cặn

trong công trình và gọi là tuổi của cặn c :

dd

c

r1 = Y - Kθ X

(5-16)

rd : Tốc độ sử dụng chất nền hay tốc độ giảm BOD trong bể Aerotank tính theohiệu quả làm sạch ta có:

v od o

Q S - Sr = S -S =V

θ

(5-17)

Trong đó: oS - S lượng BOD giảm đi sau khi xử lý (mg/l)

So : Nồng độ BOD đầu vào (mg/l)

S : Nồng độ BOD còn lại sau xử lý (mg/l)

62

: Thời gian lưu nước trong bể Aerotankv

VQ

(ngày, giờ)

dr=X

: là tốc độ sử dụng chất nền tính cho một dơn vị khối lượng (gr) bùn

hoạt tính trong một đơn vị thời gian (ngày hay giờ, kết hợp với công thức (5-17) tacó :

d or S -SQρ = =X V X

(5-18)

Hay oQ(S -S)V =X

(5-19)

Đây là công thức tính bể Aerotank trong các sách của Liên Xô trước đây vàtrong các sách ở Việt Nam của các tác giả Trần Hiếu Nhuệ, Lâm Minh Triết.

Trong đó : X = a – z

a : Nồng độ cặn lơ lửng có thực trong bể (mg/l)

z : Độ tro của cặn.

oQ(S -S)V =(a - z)

(5-20)

- Mặt khác thay giá trị rd từ phương trình (5-17) vào phương trình (5-16) ta có:

oQY(S -S)V =X(1+ K )

c

d c

(5-21)

Đây là công thức các nước Tây Âu và Mỹ thường dùng.

- Trong thực tế khi thiết kế và vận hành các nhà máy xử lý nước thải, thông sốđược dùng để kiểm tra là: tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tínhF/M (Food - to - microorganism ratio):

oSF =M

θX

(5-22)

Tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M về bản chất làđồng nhất với tốc độ sử dụng chất nền tính cho một đơn vị khối lượng bùn hoạt tínhtrong một đơn vị thời gian.

oES -SQρ =

V X

FM100

(5-23)

Trong đó: oS -SE =o

.100S

là hiệu quả xử lý tính bằng %.

So và S như trong các công thức trên.

63

Tỷ lệ lượng cặn (bùn hoạt tính) sinh ra do giảm chất nền:

tb

d d c

r ' YY = =r 1+ K

θ

(5-24)

Ví dụ tính toán 1: Tính toán bể Aerotank để xử lý nước thải bằng phương phápsinh học hiếu khí.

- Lưu lượng nước thải Qv = 4 000 (m3/ngày)

- Lượng BOD5 đầu vào 300 mg/l. Tỷ số BOD5/COD = 0,6

- Nhiệt độ nước thải t = 20oC

- Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD 20 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng 30mg/l gồm 65% là cặn hữu cơ

- Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể Xo = 0

Thông số vận hành như sau:

1. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể : X = 2 500 mg/l (cặn bay hơi).

2. Độ tro của cặn 0,3 – nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt 2 và cũng là nồngđộ cặn tuần hoàn 10 000 mg/l.

3. Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong công trình cθ = 10ngày.

4. Chế độ thủy lực của bể : khuấy trộn hoàn chỉnh.

5. Giá trị của các thông số động học Y = 0,46 . Kd = 0,06/ngày.

6. Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là 0,3 (70% là cặn bay hơi).

7. Nước thải có đủ chất dinh dưỡng BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 và có các chấtkhoáng ở nồng độ rất nhỏ. Tổng hàm lượng muối < 500 mg/l. Xác định:dung tích bể, lượng cặn xả ra, Lưu lượng tuần hoàn bùn, thời gian nước lưutrong bể , tốc độ ρ và chỉ số F/M.

Giải:

1. Xác định hiệu quả xử lý:

a. Lượng cặn hữu cơ trong nước ra khỏi bể lắng : 0,65 30 = 19,5 mg/l

b. Lượng cặn hữu cơ tính theo COD: 1,4219,50,7 = 19,3 mg/l

c. Lượng BOD5 có trong cặn ra khỏi bể lắng: 0,619,3 = 11,58 mg/l

Lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng bằng tổng BOD5 cho phép ở đầura trừ đi lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng: 20 – 11,58 = 8,42 mg/l

d. Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan:

64

300 - 8, 42E = ×100 = 97,2%300

2. Thể tích bể Aerotank tính theo công thức (5-21) ta có :

c o

d c

QYθ (S -S)

400×0,46×10×(300 -8,42)V = = = 1341,3X(1+ K

θ ) 2500×(1+ 0,06×10)

m3.

3. Thời gian nước lưu lại trong bể:

V 1341,3θ = = = 0,3353Q 4000

ngày = 8,04 h

4. Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD5 đến 97,2%.

a. Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức (5-24):

bd c

YY =1+ K

θ

0,460,2875

1 10 0,06

b. Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày :

b oA = y ×Q(S -S)A = 0,2875×4000×(300 -8,42) = 335 340 gr = 335,34 kgbïn

bïn

5. Tính lưu lượng xả bùn Qxả theo công thức (5-15) và (5-16);

cT r r

VXQ X + Q X

x¶

rút ra:

r r

T

VX - Q XQX

c

x¶c

Trong đó :

V: Thể tích bể = 1342 m3

Qr = Qv = 4000 m3/ngày (coi lượng nước theo bùn là không đáng kể)

X = 2500 mg/l

c = 10 ngày

XT = 0,7 10 000 = 7 000 mg/l

Xr = 19,5 0,7 = 13,65 (0,7 là tỷ lệ lượng cặn bay hơi trong tổng sốcặn hữu cơ, cặn không tro)

1342×2500 - 4000×13,65×10= = 40,27000×10¶x bïnQ m3/ngày

6. Thời gian tích lũy cặn (tuần hoàn lại toàn bộ) không xả cặn ban đầu:

65

VXT =A

1342 250011

335340bïn

ngày thực tế sẽ dài hơn gấp 3 đến 4 lần vì khi nồng

độ bùn chưa đủ trong bể hiệu quả xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và lượng bùn sinh raít hơn Abïn .

7. Sau khi hệ thống hoạt động ổn định, lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày:

B = Qxả 10 000 g/m3 = 40,210 000 = 420 000g = 420 kg/ngày

Trong đó cặn bay hơi : B’=0,7420 = 294 kg

Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng QrXr :

B” = 4 000 m3/ngày 13,65 = 54 kg

Tổng cặn hữu cơ sinh ra B’+B” = 294 + 54 = 348 kg Abïn

8. Xác định lưu lượng tuần hoàn QT . Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trịX = 2 500 mg/l ta có: t t V TQ .X = (Q + Q )X , rút ra :

t

V T

T

Q X 2500= = = 0,5555Q X - X 7000 - 2500

Q = 0,555×4 000 = 2222,3 m / ng3 ày

9. Kiểm tra giá trị của tốc độ sử dụng chất nền (BOD5) của 1 gram bùn hoạttính trong một giờ:

oS -S 1 300 -8, 42 1ρ = . =

× = 14,5

X

θ 2500 8,04h

mg BOD5/1 gram bùn.h

Hay 0,348 mg / l BODρ = mg / l

5 mÊt ®i

1 bïn ho¹t tÝnh trong 1 ngµy

10. Tỷ số = oSF = =M

θX

5 5300 mg/l BOD mg BOD 0,378

0,3353 ngà 2500 mg/l mg bïn.ngµyy

V.2.2 Công thức tính toán bể phản ứng hiếu khí (Aerotank) có dòng chảyđều

Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có dòng chảy đều giới thiệu trên hình (5-5).

66

(Qv + Qt ) . X

Qt . Xt . S

Qr . Xr . S

Qv.So

Qx¶ . Xt

B

L

Hình 5-5: Bể Aerotank có dòng chảy đều L 5B

Việc đưa ra mô hình toán cho bể có dòng chảy đều rất khó khăn bởi vì nồng độchất nền ở đầu bể và cuối bể khác nhau So và S do đó nồng độ bùn hoạt tính X cũngkhác nhau. Để lập công thức tính Lawrence và Mccarty (1970) đề nghị:

1. Khi c/ > 5 coi nồng độ bùn hoạt tính trong toàn bể là bằng nhau và bằngX .

2. Tốc độ sử dụng chất nền ds

KSXr =(K +S)

(công thức 5-6’), để rút ra mô hình

toán cho bể có dòng chảy đều:

od

ico s

YK(S -S)1 = - KSθ (S - S) + (1+

α)K ln

S

(5-25)

Trong đó:

So : Nồng độ chất nền đầu vào

S : Nồng độ chất nền đầu ra

Si : Nồng độ chất nền ở đầu bể sau khi hòa trộn giữa lưu lượng vào Qv

và lưu lượng tuần hoàn QT thực hiện xong.

oi

S +αS

S =1+

α

: Hệ số tuần hoàn = T

V

QQ

V.3. GIÁ TRỊ CÁC HỆ SỐ ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH

V.3.1 Khi tính toán theo các công thức trên cần phải có trước các giá trị bằngsố của các hệ số động học của quá trình xử lý có thể chọn theo bảng (5-1) là số liệucủa các nhà nghiên cứu Grady và Lim (1980), Lawrence và Mc Carty (1970),Orthan và Aztan (1994).

67

Bảng 5-1: Giá trị đặc trưng của các hệ số động học trong quá trình xử lý nướcthải đô thị, bỏ qua ảnh hưởng của các chất đặc biệt

Hệ số Đơn vị đo Giá trị

Khoảng dao động Giá trị tiêu biểuK

Ks

Y

Kd

Ngày-1

mg BOD/l hay mg COD/l

mg bùn hoạt tính/mg BOD

hay mg bùn hoạt tính/mgCOD

Ngày-1

2 – 10

25 – 100

15 – 70

0,4 – 0,8

0,3 – 0,6

0,02 – 0,1

4

60

40

0,6

0,4

0,055

V.3.2. Khi tính toán, theo công thức (5-20) là công thức của các nhà khoa họcXô Viết và là công thức dùng trong tiêu chuẩn ngành ở Việt Nam. Tốc độ tính toántrung bình đối với nước thải đô thị có thể chọn theo bảng (5-2).

Khi So nằm ở khoảng giữa các giá trị cho trong bảng, giá trị có thể tính theonội suy. Đối với bể Aerotank làm thoáng kéo dài lấy giá trị = 4 mg BOD20 cho 1gram bùn hoạt tính trong 1 giờ.

Bảng 5-2: Giá trị mg BOD20 /1 gram bùn hoạt tính trong 1 giờ đối với bểAerotank khuấy trộn hoàn chỉnh

BOD20 đầuvào So mg/l

BOD đầu ra S (mg/l)

15 20 25 30 40 ≥50

Bể Aerotank có nồng độ bùn hoạt tính X ≤ 1 800 mg/l

100200

2022

2224

2428

2732

3542

4757

Bể Aerotank có nồng độ bùn hoạt tính X > 1 800 mg/l

150200300400

≥500

1820222324

2123262829

2326303335

2629343841

3337445358

4550607382

V.3.3. Chọn nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank

68

Từ công thức (5-20) và (5-21) cho thấy nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bểX ngày càng cao thì khả năng xử lý càng lớn rd càng cao, giảm được thời gian xử lývà dung tích bể Aerotank, nhưng khi chọn nồng độ bùn hoạt tính X cao sẽ gây khókhăn lớn cho bể lắng đợt 2 và tốn năng lượng khuấy trộn để giữ cho bùn lơ lửng vớinồng độ đều khắp trong bể. Để bể lắng đợt 2 làm việc bình thường, nồng độ bùnhoạt tính đi vào bể giới hạn ở mức 1.500 – 4.000 mg/l

Nồng độ bùn hoạt tính lấy theo nồng độ chất nền So đi vào bể khi So ≤ 100;X ≤ 1500 mg/l; So = 100 – 150 mg/l, X ≤ 2 000 mg/l; So = 150 – 200 mg/l, X ≤ 2800 mg/l; So > 200 mg/l, X = 2 800 đến 4000 mg/l.

Đối với bể Aerotank làm thoáng kéo dài lấy X ≤ 5 000 mg/l.

Độ tro của bùn hoạt tính Z lấy bằng 0,3.

Khi làm thoáng kéo dài chọn Z = 0,35.

V.3.4. Xác định các hệ số động học trên mô hình thực nghiệm

Ở những thành phố, thị xã lớn, hoặc khu công nghiệp mà mạng lưới thu gomđã hoàn chỉnh, chất lượng nước thải ở cống tập trung về nhà máy xử lý sẽ xây dựngtương đối ổn định. Trước khi thiết kế nhà máy nên làm mô hình chạy thử để xácđịnh các thông số động học cần thiết cho thiết kế, và dự đoán trước hiệu quả xử lýmột cách chác chắn.

- Để xác định các thông số K, Ks, mμ , Y, Kd sử dụng mô hình nuôi cấy theo mẻtrong bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh. Dung tích bể ≥ 1 m3 . Chiều cao nướctrong bể H ≥ 1,5m.

Giả thiết: Qua mô hình thu được các giá trị sau:

TT mẫu So (mg/l) S (mg/l) = c (ngày) X (mg/l)1

2

3

4

5

400

400

400

400

400

13

24

33

47

66

3,2

2,0

1,6

1,3

1,1

123

127

127

124

119

Từ công thức (5-6’) và công thức (5-17) ta có:

od

S -Sr = =θs

KXS

K Srút ra:

s

o

KXθ 1 1

= +S -S K S K

69

a. Tính các giá trị So – S ; X;o

Xθ

S -S; 1

Stừ các số liệu thực nghiệm ở bảng trên ta

có:

TT mẫu (So-S) mg/l .X(mg/l.ngày) o

θ.XS -S

(ngày) 1S

(mg/l)

1

2

3

4

5

387

376

367

353

334

393,6

254,0

203,2

161,2

130,9

1,017

0,676

0,554

0,457

0,392

0,077

0,042

0,030

0,021

0,015

b. Đưa các số liệu từ bảng lên biểu đồ trong tọa độ vuông góc:

Trục tung:o

θXy =S -S

, Trục hoành: 1x =S

Đường thẳng biểu diễn phương trình y = ax+ b cắt trục tung y tại M. Ta có:

m1y = = 0,25K

ngày; K = 4 ngày-1

Độ dốc của đường cong: SK 1,00 - 0,25tang

α = a = = = 10,0

K 0,075 - 0,00mg/l.ngày

Ks = a. K = 10,0 . 4 = 40 mg/l

70

X =0.0 0.02 0.04 0.06

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.08 1S

0XS

o -

S-

c. Xác định hệ số Y và Kd:

Theo phương trình (5-16) và (5-17) ta có:

d1 = Y - K

o

c

S S

X

TT mẫuc

1 ngày-1

oS - S

Xngày-1

12345

0,3130,5000,6250,7690,909

0,9831,4801,8062,1902,552

Đưa các số liệu trong bảng lên biểu đồ trong tọa độ vuông góc:

c

1y ; oS -S

x =θX

71

x =

0.0 1.0 2.0 3.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0-y =

c

0XSo - S

-

0.5 1.5 2.5 3.5

Từ biểu đồ ta có : -Kd = - 0,06 ngày -1

Hệ số góc của đường biểu diễn 0,85 - (- 0,06)tgα = Y = = 0,38

2,4 - 0,0

- Từ định nghĩa maxμ = KY (phương trình 5-6 và 5-6’)

Ta có : maxμ = 4,0 0,38 = 1,52 ngày -1

V.4. KHỬ CÁC CHẤT DINH DƯỠNG NITƠ VÀ PHOTPHO BẰNG PHƯƠNGPHÁP SINH HỌC

Khi nước thải chứa các hợp chất hữu cơ Cacbon, Nitơ, Photpho với nồng độcao, sau khi xử lý sinh học bình thường giảm được 90 – 98% lượng BOD và 30 –40% lượng Nitơ và khoảng 30% lượng Photpho còn lại 60% Nitơ và 70% lượngPhotpho đi ra khỏi công trình xử lý. Nếu hàm lượng N > 30 – 60 mg/l, P > 4 – 8mg/l xảy ra hiện tượng phú dưỡng, nghĩa là N và P tạo nguồn thức ăn cho rong rêu,tảo và vi sinh vật nước phát triển làm bẩn trở lại nguồn nước. Vì vậy việc khử Nitơvà Photpho đến dưới nồng độ cho phép trước khi xả ra nguồn tiếp nhận là cần thiết:

V.4.1. khử Nitơ bằng phương pháp sinh học

Hình 5-6: Mô tả hai quy trình sinh học cơ bản để khử Nitơ là: quá trình đồnghóa và quá trình Nitrat hóa và khử N.

72

Quá trình đồng hóa khử Nitơ xay ra đồng thời với quá trình khử BOD trong bểAerotank còn quá trình Nitrat hóa vả khử N2 có thể thực hiện bằng 3 cách.

1. Tách riêng 3 công đoạn: Khử BOD, Nitrat hóa và khử khí N2.

2. Kết hợp 2 công đoạn đầu khử BOD và Nitrat hóa đồng thời táchriêng công đoạn khử khí N2.

3. Tổng hợp chung cả 3 công đoạn trong một công trình.

V.4.2 Nitrat hóa bằng phương pháp sinh học

Khi khử Amonia (NH+4) bằng phương pháp sinh hóa, NH+

4 bị oxy hóa theo 2bước:

Bước 1: NH+4 bị oxy hóa thành -

2NO do tác động của vi khuẩn Nitrit hóa theophản ứng:

+ - +4 2 2 2NH +1,5O NO + 2H + H OVi khuÈn nitrit hãa

Bước 2: Oxy hóa -2NO thành -

3NO do tác động của vi khuẩn nitrat hóa:- -2 2 3NO + 0,5O NOVi khuÈn nitrat hãa

Tổng hợp quá trình chuyển hóa NH+4 thành -

3NO+ - +4 2 3 2NH +2O NO +2H +H O

Khoảng 20 – 40% NH+4 bị đồng hóa thành vỏ tế bào. Phản ứng tổng hợp thành

sinh khối có thể viết như sau:- +

2 3 4 2 5 7 2 24CO + HCO + NH + H O C H O N + 5O

C2H7O2N biểu diễn tế bào vi khuẩn đã được tổng hợp thành.

Có thể tổng hợp các quá trình trên bằng phản ứng sau:+ - -4 2 3 5 7 2 3 2 2 3NH +1,731O +1,962HCO 0,038C H O N+0,962NO +1,077H O+1,769H CO

Từ phương trình trên rút ra: khi chuyển hóa 1 mg NH+4 cần tiêu thụ 3,96 mg O2 và

sản ra 0,31 mg tế bào mới, 7,01 mg kiềm bị khử và cần tiêu thụ 0,16 mg CO2. Vikhuẩn Nitrat hóa đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi môi trường và với các chất độchại, từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và các công trình xử lý thực tế rút rađược các thông số ảnh hưởng đến quá trình là:

1. Nồng độ của NH+4 và -

2NO

73

Hîp chÊt h÷u c¬ chøa nit¬, Protein, Urª

Amonia NH+4

Nit¬ h÷u c¬ trong TÕ bµo chÕt chøa

tÕ bµo vi khuÈnnit¬ h÷u c¬ x¶theo bïn ra ngoµi

NO-

2

NO-

3 KhÝ N tho¸t ra2

CÊp O2

CÊp O2

Thñ

y ph

©n v

µ bÞ

ph©

n hñ

y

do v

i khu

Èn th

µnh

NH

+ 4

§ång hãa

Tù oxy hãa vµ tù tan

Khö nit¬

Hîp chÊt h÷u c¬ chøa cacbon

Qóa

tr×n

h ni

trat

hãa

vµ

khö

nit¬

Qu¸ tr×nh ®ång hãa

Hình 5-6. Sơ đồ mô tả quá trình sinh hóa khử nitơ trong nước thải

2. Tỷ số BOD5 và tổng hàm lượng Nitơ (N)

3. Nồng độ oxy hòa tan DO.

4. Nhiệt độ.

5. pH và rất nhiều tác nhân vô cơ và hữu cơ có tác dụng kìm hãm quá trình.Có thể tổng quát hóa các ảnh hưởng trên bằng phương trình biểu diễn tốcđộ tăng trưởng riêng m của các vi khuẩn Nitrat hóa như sau:

2

0,098(T-15)N Nmax

N O

N DOμ = μ e 1 - 0,833(7,2 - pH)K + N K + DO

74

Khi thiết kế các bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh để thực hiện quá trìnhNitrat hóa (chuyển NH+

4 thành -3NO ) trong lớp bùn lơ lửng, áp dụng các công thức

đã nêu trong các mục (V-II), (V-III) chỉ cần thay thế các hệ số động học cua quátrình chọn theo bảng (5-3), (5-4) vào các công thức tính.

Quá trình Nitrat hóa có thể thực hiện theo một trong các sơ đồ hình (5-7).

a)

L¾ng ®ît 2BÓ Aerotank khö BOD

L¾ng ®ît 2BÓ Aerotank nitrat hãa

Xö lý bïn

X¶ bïnTuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh TuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh

Ra

b)

L¾ng ®ît 1 L¾ng bïn ho¹t tÝnh nitratBÓ Aerotank ®ång thêi khö BOD vµ nitrat

Xö lý bïn

X¶ bïn cÆnTuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh

Ra

X¶ cÆn

c)

L¾ng ®ît 1

Läc sinh häc nitrat hãaLäc sinh häc khö BOD

Xö lý bïn

Ra

VËt liÖu h¹t næi VËt liÖu h¹t næi

Hình 5-7. Sơ đồ công trình thường áp dụng để nitrat hóa

a) Sơ đồ tách biệt b) Sơ đồ phối hợp

75

c) Sơ đồ lọc sinh học 2 đợt

Bảng 5-3: Ảnh hưởng của các thông số môi trường trong quá trình vần hànhđến hoạt động của vi khuẩn Nitrat hóa trong bùn lơ lửng

Thông số môi trường Mô tả ảnh hưởng

Nồng độ +4NH và -

2NO

Tỷ số BOD5/TKNTKN: tổng các hợp chấtchứa Nitơ theo N

Nồng độ oxy hòa tan DO

Nhiệt độ ToC

pH

Nồng độ +4NH và -

2NO ảnh hưởng đến tốc độ tăngtrưởng riêng max của vi khuẩn Nitrit hóa và vi khuẩnNitrat hóa. Tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn Nitrat hóalớn hơn rất nhiều so với vi khuẩn Ntrit hóa. Và tốc độtăng trưởng chung của vi khuẩn trong quá trình là:

N NmaxN

Nμ = μK + N

. Lấy Nmax = 0,45 ngày -1 ở 15o C

Số phần trăm của các hợp chất hữu cơ bị Nitrat hóatrong quá trình khử BOD chịu ảnh hưởng của tỷ sốBOD5/TKN. Biểu thị bằng:

3N

5 3

0,16(NH bÞ khö)f =

0,6(BOD bÞ khö) + 0,16(NH bÞ khö)

N NmaxO

DOμ = μK + DO

2

OK2

= 1,3 mg/l

Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình Nitrat hóa0,098(T-15)

N Nmax0,051T-1,158

N

μ = μ e

K = 10

Giá trị pH để có tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩnNitrat hóa chấp nhận được là từ 7,2 đến 9 đối với côngtrình xử lý phối hợp khử BOD và Nitrat hóa, và từ 7,5-8,6 đối với công trình xử lý tách biệt.

N Nmaxμ = μ 1- 0,833(7,2 - pH)

Bảng 5-4: Các hệ số động học của quá trình Nitrat hóa trong môi trườngbùn hoạt tính lơ lửng ở nhiệt độ 20oC

Hệ số Đơn vị đo Giá trị

Khoảng giao động Giá trị đặc trưng

Nmaxμ

KN

Ngày -1

+4NH , N, mg/l

0,4 – 20,2 – 3

0,90,5

76

YN

KdN

Mg bùn hoạttính/mg +

4NH

Ngày -1

0,1 – 0,3

0,03 – 0,06

0,16

0,04

Ví dụ 2: Tính toán bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh để khử BOD5 và oxyhóa +

4NH (Amoniac NH3) thành -3NO với các điều kiện:

1. Công suất cần xử lý : 380 m3/ngày

2. Hàm lượng BOD5 : 150 mg/l

3. Hàm lượng Amoniac tính theo +4NH : 30 mg/l

4. Nồng độ bùn hoạt tính : X = 2 000 mg/l

5. Nhiệt độ thấp nhất về mùa động : 12oC

6. Hàm lượng oxy hòa tan DO trong bể : 2mg/l

7. Độ kiềm - -3 3HCO , CO đủ làm dung dịch đệm để duy trì pH = 7,2

8. Hàm lượng BOD5 đầu ra : 15 mg/l

9. Hàm lượng +4NH đầu ra : 0,4 mg/l

Xác định : a. Thời gian lưu nước cần thiết để khử BOD

b. Thời gian lưu lước cần thiết N để khử +4NH

giải:

A: Tính toán thời gian theo điều kiện Nitrat hóa.

1. Xác định tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn Nitrat hóa trong điều kiệnvận hành bể ổn định:

2

0,098(T - 15)N Nmax

N O

N DOμ = μ e 1 - 0,833(7,2 - pH)K + N K + DO

T = 12 oC; Nmaxμ = 0,45 ngày -1 ở 15 oC (bảng 5-3)

N = 30 mg/l ; KN = 100,051T-1,158 = 100,051.12-1,158 = 0,28 (bảng 5-3).

DO = 2,0 mg/l ;2OK = 1,3 mg/l ; pH = 7,2

0,098(12-15)N

30 2,0μ = 0,45 e 1- 0,833(7,2 - 7,2)0,28 + 30 1,3+ 2,0

= 0,2 ngày -1

77

2. Xác định tốc độ sử dụng +4NH của vi khuẩn Nitrat hóa N theo yêu cầu đầu

vào 30 mg/l, đầu ra 0,4 mg/l. Áp dụng công thức (5-13):

s

KSρ =(K + S)

thay S bằng N đầu raN

KNρ =(K + N)

N

N

μ 0,2K = = = 1,25Y 0,16

ngày -1

KN = 0,28 mg/l (chọn theo bảng 5-4)

N = 0,4 mg/l

N1,25×0,4ρ = = 0,740,28 + 0,4

mg NH4/ mg bùn N ngày.

3. Xác định thời gian lưu bùn CN theo công thức (5-16):

dc

1 = Y - Kθ

KdN = 0,04 ngày -1

CN

1 = 0,16×0,74 - 0,04 = 0,0784θ

CNθ = 12,785 ngày. Tuổi của bùn 12,785 ngày.

4. Xác định thành phần hoạt tính của vi khuẩn Nitrat hóa trong bùn hoạt tính :

N NX = f ×X

4N

5 4

N

N

0,16(NH sÏ khö)f =

0,6( BOD sÏ khö)+0,16(NH sÏ khö)

0,16(30 - 0,4)f = = 0,055

0,6( 150 - 15) + 0,16(30 - 0,4)

X =0,055 × 2 000 = 110 (mg/l)

5. Thời gian cần thiết để Nitrat hóa tính theo công thức (5-19):

0N

N N

N - NV 30 - 0, 4θ = = = = 0,36Q

ρ X 0,74×110

ngày = 8,6 giờ.

Thể tích bể Aerotank : V = Q. N = 380 m3/ ngày 0,36 = 136,8 m3

B. Tính toán theo điều kiện khử BOD5

1. Xác định tốc độ oxy hóa (giảm) BOD5 mg/l cho 1 mg/l bùn hoạt tính trong 1ngày.

Từ công thức (5-16):

78

dc

1 = Y - Kθ

ta có d KY

θ

C

1 1

Lấy c = 12,785 ngày theo tuổi của bùn Nitrat hóa đã tính ở trên:

Y = 0,6 (bảng 5-1) ; Kd = 0,055 (bảng 5-1)

1 10, 055 0,23

0,6 12,785

mg BOD/mg bùn ngày.

2. Thời gian cần thiết để khử BOD5 :

0N

S - SV 150 - 15θ = = = = 0,23Q

ρX 0,23×2000

ngày = 7 giờ.

3. Chọn dung tích bể theo thời gian lưu nước để nitrat hóa:

Nθ = 8,6 giờ; V = 137 m3. Như vậy hàm lượng BOD5 đầu ra S < 15 mg/l

S = So - X = 150 – 0,36 0,23 (2000 – 110) 0

BOD5 dạng hòa tan đầu ra S 0 chỉ còn lại BOD trong cặn lơ lửng chưa oxyhóa hết.

V.4.3. Khử -3NO bằng phương pháp sinh học

Quá trình sinh học khử -3NO thành khí N2 diễn ra trong môi trường yếm khí,

-3NO đóng vai trò chấp nhận electron. Trong thực tế xử lý nước thải, -

3NO thườngđược khử trong điều kiện thiếu oxy ( Anocix process ) tức không cấp oxy từ ngoàivào. Vi khuẩn thu năng lượng để tăng trưởng từ quá trình chuyển hóa -

3NO thành

khí N2 và cần có nguồn cacbon để tổng hợp thành tế bào. Do đó khi khử -3NO bằng

công đoạn riêng sau các công đoạn khử BOD và Nitrat hóa, hoặc khi xử lý nước thảicông nghiệp thực phẩm có hàm lượng NH3, -NO2 , -

3NO lớn mà lại thiếu các hợp chấthữu cơ cacbon thì phải thêm các hợp chất chứa cacbon vào nước ( ví dụ metanolCH3OH ) để vi khuẩn thu nhận làm nguồn tổng hợp thành tế bào.

Quá trình khử -3NO có thể mô tả bằng các phản ứng sau:

- -3 3 2 3 5 7 2 2 2 3NO + 1,183CH OH + 0,273H CO 0,091C H O N + 0,454N + 1,82H O + HCO

- -2 3 2 3 5 7 2 2 2 3NO + 0,681CH OH + 0,555H CO 0,047C H O N + 0,476N + 1,251H O + HCO

- - -2 3 3 5 7 2 2 2 3 3O + 0,952CH OH + 0,061NO 0,061C H O N + 1,0751H O + 0,585H CO + 0,061HCO

Từ các phương trình trên rút ra:

79

Khi cần khử 1 mg -3NO thành khí Nitơ cần 2,70 mg CH3OH để tạo ra 0,74 mg

tế bào mới và 3,57 mg kiềm tính theo CaCO3.

Lượng metanol CH3OH cần cho cả quá trình:- -

3 cÇn 3 2CH OH = 2,79 (NO ) + 1,56(NO ) + 0,95DO

Bởi vì 1,5 mg COD tương đương với 1 mg metanol CH3OH lượng COD cần:- -3 2COD = 4,05(NO ) + 2,34(NO ) + 1.43DOcÇn

Cứ 1 mg/l -3NO chuyển thành khí N2 cần lấy đi 2,86 mg/l oxy lượng oxy này

có thể tận dụng 50% cấp cho quá trình Nitrat hóa.

- Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến quá trình khử -3NO được nghiên

cứu bằng thực nghiệm cho các kết luận sau :

Ảnh hưởng của nồng độ -3NO : nồng độ -

3NO trong dung dịch ảnh hưởng đến hệsố tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn theo biểu thức :

2 2-3

-3

N N max -3NO

NOμ = μK + NO

Ảnh hưởng của nồng độ cacbon đến hệ số tốc độ tăng trưởng được biểu diễnbằng công thức:

2 2N N maxC

Cμ = μK + C

Trong đó:

C là nồng độ metanol CH3OH (mg/l)

Và KC hằng số bão hòa các nguồn cacbon (mg/l)

- Ảnh hưởng của pH : Trị số pH tốt nhất cho quá trình khử -3NO bằng sinh

học nằm trong khoảng 6,5 đến 7,5 , tốt nhất là 7.

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ nước ảnh hưởng rất lớn đến quá trìnhkhử -

3NO và được biểu thị bằng phương trình:

P = 0,25T2

Trong đó:

P : Là phần trăm của tốc độ tăng trưởng vi khuẩn khử -3NO .

T : Tính bằng 0C

Trong thực tế xử lý nước thải, các kỹ sư công nghệ rất ít áp dụng quy trình khử-3NO riêng biệt mà thiết kế các công trình để xử lý tổng hợp khử BOD, Nitrat hóa

80

khử +4NH và khử -

3NO trong một bể. Làm như vậy sẽ tận dụng được lượng cacbon

khi khử BOD không phải cấp từ ngoài vào khi cần khử -3NO , tiết kiệm được 50%

lượng oxy khi Nitrat hóa khử +4NH do lợi dụng được lượng oxy phải lấy bớt đi khi

khử -3NO và về công nghệ không phải làm các bể lắn trung gian xem sơ đồ hình (5-

8).

Khi tính toán dung tích các vùng Anoxic của bể để khử -3NO , áp dụng công

thức (5-19):

v r3 3

2

NO NO0N

N

N - NS -SVθ = = =Q

ρX ρ X

(5-26)

a)

BÓ l¾ng

N­íc th¶i vµo

Vïng hiÕu khÝ Aerobic

ThiÕt bÞ lµm tho¸ng

Vïng anoxic khö NO thµnh N

Bïn tuÇn hoµn

X¶ cÆn vµ bïn d­

N­íc rakhö BOD vµ NH

cÊp oxy vµ khuÊy trén

+

4

-

3 2

b)

BÓ l¾ng

X¶ cÆn vµ bïn d­

TuÇn hoµn cÆn

N­íc ra

BÓ Aerotank hçn hîp

N­íc th¶i®i vµo Vïng anoxic Vïng aerobic Vïng anoxic Vïng aerobic

31 2 4

Hình 5-8. Sơ đồ công trình xử lý kết hợp khử BOD, NH4+, NO-

3

a) Mương oxy hóa

b) Bể Aerotank dòng chảy đều kết hợp 4 giai đoạn

81

Trong đó:

X : Nồng độ bùn hoạt tính của giai đoạn khử BOD

2Nρ : Tốc độ khử -3NO ở nhiệt độ 20 oC = 0,10 mg -

3NO / mg bùn hoạt tính ngày

T : Nhiệt độ nước thải oC

DO : hàm lượng oxy hòa tan trong bể (mg/l)

Ví dụ 3: Tính dung tích vùng Anoxic trong bể Aerotank hỗn hợp để khử -3NO

- Đầu vào -3NO = 30 mg – 0,4 = 29,6 mg/l (ví dụ 2)

- Đầu ra -3NO = 2 mg/l

- Nồng độ bùn hoạt tính X = 2000 mg/l

- Nhiệt độ thấp nhất T = 12 oC

- Oxy hòa tan trong bể DO = 0,15 mg/l

-o

2

20 CNρ = 0,10 mg/mg ngày.

Giải: Tốc độ khử -3NO ở 12 oC áp dụng công thức (5-17)

o

2

12 C (12-20)N =0,10×1,09 ×(1-0,15)=0,043 ngày -1

v r33

2

NO NON

N

N - NV 29,6 - 2θ = = = = 0,32Q

ρ X 0,043×2000

ngày = 7,7 giờ.

V.4.4 Khử Photpho bằng phương pháp sinh học

Vi khuẩn sử dụng Photpho để tổng hợp thành tế bào và vận chuyển nănglượng, kết quả là từ 10 – 30% lượng Photpho được khử trong quá trình khử BOD.Khử Photpho được thực hiện bằng cách lắng thành cặn để loại bỏ các tế bào chứalượng Photpho trong quá trình sinh sản và hoạt động. Cơ sở của quá trình khửPhotpho bằng vi sinh như sau:

1. Một số vi khuẩn có khả năng chứa một lượng dư Photpho như làpolyphotphat trong tế bào của chúng.

2. Một số sản phẩm lên men đơn giản được sinh ra trong điều kiện yếm khínhư là axit béo bay hơi ... được các vi khuẩn động hóa thành các sản phẩmchứa bên trong tế bào đồng thời với việc giải phóng Photpho.

3. Trong điều kiện hiếu khí năng lượng sinh ra do oxy hóa polyphotphat vàcác sản phẩm khác chứa trong tế bào tăng lên.

82

Trong thực tế khi xử lý Photpho bằng phương pháp sinh học áp dụng quy trìnhyếm khí nối với quy trình hiếu khí.

- Đầu tiên trong điều kiện yếm khí (anoxic) vi khuẩn tác động đến các axit béobay hơi có sẵn trong nước thải để giải phóng Photpho.

- Tiếp đến môi trường hiếu khí (oxic) vi khuẩn hấp thụ Photpho cao hơn mứcbình thường, Photpho lúc này không những chỉ cần cho việc tổng hợp, duy trì tế bàovà vận chuyển năng lượng mà còn được vi khuẩn chứa thêm 1 lượng dư vào trong tếbào để sử dụng ở những giai đoạn hoạt động tiếp sau.

Khi biến các tế bào này liên kết với nhau thành bông cặn lắng xuống đáy bểlắng, Photpho chứa trong cặn được tháo ra ngoài đưa đi xử lý riêng, hoặc được dùnglại như là chất lên men để tác động với axit béo bay hơi làm tăng hiệu quả quá trìnhkhử Photpho (xem hình 5-9)

a)

N­íc vµo QBÓ l¾ng

BÓ ph¶n øng cã dßng ch¶y ®Òu

X¶ cÆn chøa photpho

TuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh 0,5Q

N­íc raGiai ®o¹n yÕm khÝ

AnaerobicGiai ®o¹n hiÕu khÝ

Aerobic (Oxic)

b)

83

N­íc vµo QBÓ l¾ng

BÓ ph¶n øng dßng ch¶y ®Òu

TuÇn hoµn cÆn 0,3 - 0,4Q

N­íc raA

A = AnaerobicO

O = Oxic

BÓ c« ®Æc lÇn 2

X¶ cÆn ®· khö photpho b»ng v«i

0,5Q

TuÇn hoµn 0,1 - 0,2Q

N­íc thõa do Ðp cÆn

V«icã pha hãa chÊt v«i

BÓ c« ®Æc lÇn 1

0,1 - 0,2Q

Hình 5-9. Sơ đồ các giải pháp khử photpho

a) Xử lý cặn riêng

b) Xử lý cặn tại trạm xử lý kết hợp tăng cường quá trình lên men

Trong thực tế xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp thực phẩm, côngnghiệp nhẹ khi cần khử Photpho thì cũng phải khử cả các hợp chất chưa Nitơ và hợp

chất hữu cơ chứa cacbon, do đó các nhà nghiêm cứa và các kĩ sư công nghệ đã đềxuất ra nhiều mẫu thiết kế cho các bể phản ứng hỗn hợp khử BOD, Nitơ, Photpho.

Hình 5 – 10 giới thiệu sơ đồ công nghệ của quá trình nêu trên

84

Q

Q tuÇn hoµn l¹i n­íc ®· nitrat hãa (khö NH )

X¶ cÆn chøa photpho

TuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh

N­íc raVïng yÕm khÝ A

gi¶i phãng PVïng anoxic khö Vïng hiÕu khÝ oxic

khö BOD, NHhÊp phô photpho

NO-

3

+

4

2Q Q

Q

®Ó khö NO thµnh N-

3

+

4

2

Q

X¶ cÆn chøa photpho

TuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh

N­íc raQ

Q

Q - Q X¶

AnaerobicA

AnoxicAerobic(oxic)

A OO

Hình 5 – 10. Sơ đồ công nghệ trạm xử lý NH4+, PO4

-, BOD

Trong quản lý: theo dõi hàm lượng +4NH , -

4PO , P để có thể điều chỉnh lưu lượngtuần hoàn thích hợp cho việc khử hết các chất dinh dưỡng.

85

CHƯƠNG VI

CÁC QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BỂ PHẢN ỨNGHIẾU KHÍ (AEROTANK) VỚI BÙN HOẠT TÍNH LƠ LỬNG

VI.1. MÔ TẢ QUY TRÌNH

Quy trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính được thực hiện ở nước Anh từ năm1914, và đã được duy trì và phát triển đến ngày nay với phạm vi áp dụng rộng rãi đểxử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp.

Nước thải sau khi qua bể lắng đợt 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chấtlơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí (Aerotank). Khi ở trong bể, các chất lơ lửngđóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lênthành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâusẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vôsố vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền(BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chấttrơ không hòa tan và thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hóa thực hiện theotừng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chấthữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hóa thải ra các hợp chất hữu cơ có cấutrúc đơn giản hơn, một vài loại vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lạithải ra các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khichất thải cuối cùng không thể dùng làm thức ăn cho bất cứ loại vi sinh vật nào nữa.

Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank củalượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phảisử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùnngược trở lại đầu bể Aerotank để duy trì nồng độ của vi khuẩn trong bể. Bùn dư ởđáy bể lắng được xả ra khu xử lý bùn.

Quy trình xử lý nước thải bằng bund hoạt tính lơ lửng trong các bể phản ứnghiếu khí gồm các công đoạn sau :

1.Khuấy trộn đều nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bểphản ứng.

2.Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùnhoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quátrình sinh hóa xảy ra trong bể.

3.Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt 2.

4. Tuần hoàn lại một lượng bùn hoạt tính cần thiết từ đáy bể lắng đợt 2 vào bểAerotank để hòa trộn với nước thải đi vào.

86

5. Xả bùn dư và xử lý bùn.

VI.2. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

VI.2.1. Khuấy trộn bùn hoạt tính tuần hoàn với nước thải cần xử lý

Bước thứ nhất của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là cho các chấthữu cơ có trong nước thải tiếp xúc với vi sinh vật có trong bùn hoạt tính bằng cáchkhuấy trộn nhanh bùn hoạt tính tuần hoàn lại với nước thải ngay ở cửa vào bểAerotank để tạo thành hỗn hợp bùn hoạt tính.

VI.2.2. Tiếp tục khuấy trộn hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải bằng khôngkhí hoặc bằng máy khuấy trộn làm thoáng bề mặt

Bước thứ 2 thực hiện 3 chức năng cơ bản sau:

a. Khuấy trộn đều bùn hoạt tính với nước thải trong toàn bộ thể tích V của bể.

b. Giữ cho bùn hoạt tính luôn trong trạng thái lơ lửng.

c. Cấp đủ oxy cần thiết cho các phản ứng sinh hóa diễn ra trong bể để đáp ứngmức độ xử lý yêu cầu.

Tính toán xác định dung tích bể theo một trong các công thức sau:

1. Xác định dung tích bể theo tỷ số khối lượng chất nền và khối lượng bùn hoạttính F

M .

O 3QSV = (m )FX M(6-1)

2. Xác định dung tích bể theo tốc độ sử dụng chất nền của 1 gam bùn hoạt tínhtrong một đơn vị thời gian (đo bằng ngày hoặc giờ):

3oQ(S- S)V = (m)ρ(a - Z) (6-2)

3. Xác định dung tích bể theo tuổi của cặn cθ (thời gian lưu giữ bùn hoạt tínhtrong bể):

3c o

d c

θ Q(S - S)YV = (m )X(1 + K

θ )

(6-3)

4. Xác định dung tích bể theo tải trọng chất nền trên một đơn vị thể tích của bể(kg 3

5BOD /m ):

o

a

QSV=L (6-4)

87

Trong các công thức trên :

Q : Lưu lượng nước cần xử lý ( 3m / ngày)

oS : Hàm lượng 5BOD trong nước thải (mg/l)

X : Nồng độ bùn hoạt tính (cặn hữu xơ bay hơi) (mg/l)

FM : Tỷ lệ 5BOD có trong nước thải và bùn hoạt tính (mg 5BOD /mg

bùn)

ρ : Tốc độ sử dụng chất nền của 1 gram bùn hoạt tính trong 1 ngày

(g 5BOD /1 g bùn ngày).

M(F )Eρ =100 ;

o

o

S - SE = ×100S

a : Nồng độ bùn thực tế trong bể Aerotank (mg/l).

Z : Độ tro của cặn, thường là 0,3 mg/mg.

cθ : Tuổi của bùn (ngày)

dK : Hệ số phân hủy nội bào ( -1ngày )

Y : Hệ số sinh trưởng cực đại (mg bùn hoạt tính/mg 5BOD tiêu thụ)

aL : Tải trọng các chất hữu cơ sẽ được làm sạch trên một đợn vị thể

tích của bể xử lý ( kg 5BOD /1 3m ngày )

Khi thiết kế, nếu không có sẵn các chỉ tiêu rút ra từ mô hình chạy thử, có thểchọn theo bàng 6-1.

Loại và chức năng bểAerotank

cθ :ngày

F/Mg 5BOD /g

bùn hoạt tính

Tải trọng 5BODtrên một đơn vị

thể tích

a 5L kgBOD3/m ngày

Nồng độ bùnhoạt tính lơ

lửng trong bểX(mg/l)

Vθ=Q

(giờ)

rQα=Q Tỷ lệ

tuần hoàn

88

Bể có dòng chảyđều (Plug Aerotank)

Trộn hoàn chỉnh

Nạp nước thải vào bểtheo cấp

Khử BOD kết hợpNitrat hóa

Nitrat hóa bằng bểriêng biệt

Cho nước thải tiếp súcvới bùn hoạt tính đãđược làm thoáng đến

ổn định

Làm thoáng kéo dài

Mương oxy hóa

Xử lý theo mẻ kế tiếpnhau

Làm thoáng kéo dàitheo mẻ kế tiếp nhau

3 - 15

0,75 -15

3 - 15

8 - 20

15 - 100

5 - 15

20 - 40

15 - 30

10 - 30

12 - 25

0,2 - 0,6

0,2 – 1,0

0,2 – 0,5

0,1 – 0,2(0,02-0,15)

0,05 – 0,2(0,04-0,15)

0,2 – 0,6

0,32 - 0,64

0,80 – 1,90

0,64 – 0,96

0,08 – 0,32

0,048 – 0,140

0,95 – 1,20

1000 - 3000

800 - 4000

1500 - 3500

1500 - 3000

1500 - 3000

1000 – 3000

4000 - 9000

2000 - 4000

2000 - 4000

2000 - 5000

2000 - 5000

4 - 8

3 - 5

3 - 5

6 - 15

3 - 6

0,5 - 1

3 - 6

18 - 36

8 - 36

12 - 50

20 - 40

0,25 – 0,75

0,25 – 1,0

0,25 – 0,75

0,50 – 1,50

0,50 – 2,0

0,5 – 1,5

0,15 – 1,5

0,15 – 1,5

Làm thoáng

0,04– 0,1

0,0 – 0,1

0,04– 0,1

0,04– 0,08

0,08 – 0,24

0,08 – 0,24

0,08 – 0,24

0,08 – 0,24

VI.2.3. Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắngđợt 2

Chức năng của bể lắng đợt 2 là tách bùn hoạt tính chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng rakhỏi hỗn hợp nước làm cho nước đủ độ trong để xả ra nguồn tiếp nhận, đồng thời côđặc bùn ở đáy bể đến nồng độ mong muốn để tuần hoàn một phần lại bể Aerotank.Bùn dư hàng ngày được xả ra ngoài theo đường trích ra từ dòng tuần hoàn. Đây làbước rất quan trọng trong dây truyền xử lý, việc tính toán, cấu tạo và vận hành bểlắng đợt 2 sẽ được làm rõ ở một chương riêng.

VI.2.4. Tuần hoàn lại bùn hoạt tính

Mục đích của việc tuần hoàn lại bùn hoạt tính là để duy trì đủ nồng độ bùn hoạttính lơ lửng trong bể Aerptank đáp ứng với yêu cầu xử lý đã đặt ra.

89

Máy bơm bùn hoạt tính thường thiết với khoảng dao động lưu lượng đủ lớn từ30% đến 100% lưu lượng nước xử lý để khắc phục các trường hợp khi bể lắng làmviệc không tốt nồng độ bùn ở đáy bể thấp hơn tính toán hoặc khi lưu lượng nước đivào trạm xử lý dao động cao hơn bình thường.

Xác định lưu lượng tuần hoàn theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạttính đi vào và ra khỏi bể.

v o t t v tQ X + Q X = (Q + Q )X

Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đi vào bể oX là không đángkể, ta có :

t

v t

Q X(mg/l)α = »Q X mg/l - Xmg/l (6-5)

Trong đó :

α : Tỷ lệ tuần hoàn

vQ : Lưu lượng nước thải đi vào công trình xử lý ( 3m /h)

tQ : Lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại ( 3m /h)

X : Nồng độ bùn hoạt tính muốn duy trì trong bể Aerotank (mg/l)

tX : Nồng độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp tuần hoàn hay nồng độ bùn hoạttính sau khi lắng ở bể lắng đợt 2 (mg/l)

Số bơm tuần hoàn cặn bố trí đủ để có thể vận hành với lưu lượng tuầnhoàn từ 0,70t đến 2,00t

VI.2.5. Xả bùn dư hàng ngày vào các công trình xử lý bùn

Lượng bùn dư phải xả liên tục để duy trì nồng độ bùn hoạt tính X trong bểAerotank theo tính toán.

Lượng bùn dư có thể xả trực tiếp từ bể Aerotank hoặc từ đường tuần hoàn lạivào thiết bị cô đặc bùn.

Lưu lượng bùn xả vào các công trình xử lý bùn có thể rút ra từ phương trình cânbằng khối lượng bùn để đảm bảo thời gian lưu bùn trong bể c (tuổi của bùn):

cxa t ra ra

V.Xθ =Q X + Q X

Rút ra :

90

ra ra cxa

t c

V.X - Q Xθ

Q =X

θ

(6-6)

Trong đó :

xaQ : Dung dịch bùn xả ra ( 3m /ngày)

V : Thể tích bể Aerotank ( 3m )

tX : Nồng độ bùn hoạt tính trong dung dịch tuần hoàn ( cũng là nồng độ bùnhoạt tính trong dung dịch bùn xả ra ngoài ) (mg/l)

X : Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank (mg/l)

raX : Nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng (mg/l)

raQ : Lưu lượng nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng ( 3m /ngày)

cθ : Thời gian lưu bùn trong công trình (ngày).

VI.2.6. Lượng bùn tạo ra hàng ngày

Khi thiết kế và trong quá trình quản lý phải xác định được lượng bùn sản sinh rađể tính toán, vận hành các công trình xử lý bùn. Lượng bùn sản ra phụ thuộc vào đặctính của nước thải, vào tuổi của bùn cθ và vào các hệ số phân hủy nội bào dK .

Hệ số tính lượng bùn sản ra từ việc khử BOD :

bd c

Yy =1+K

θ

Ngoài ra còn phải tính đến các chất lơ lửng vô cơ và các chất lơ lửng hữu cơkhông bị oxy hóa cho nên các nhà khoa học Mỹ Graw (1992), Artan (1994) vàBurton (1991) đã căn cứ vào các công trình hoạt động thực tế để tổng kết và đưa rahệ số tính lượng bùn sản ra theo nồng độ COD của nước thải sinh hoạt lấy theo bảng6-2.

bùnG = K.(COD) ; COD (kg/ngày)

Quy trình xử lý Thờigian lưu

bùn

c ngày

Hệ số

Đã qua bể lắng đợt 1 Không có bể lắngđợt 1

91

Bể Aerotank tải trọng caoBể Aerotank bình thườngBể Aerotank tải trọng thấp

0,7 – 23 – 8>15

0,5 – 0,80,4 – 0,60,3 – 0,5

0,6 – 0,90,5 – 0,80,5 – 0,7

Theo tiêu chuẩn thiết kế của Nga và tiêu chuẩn ngành của Việt Nam, tổng lượng bùnsản ra tính theo công thức :

bùn 5G = 0,8(SS) + 0,3(BOD ) (6-7)

Khi làm thoáng kéo dài bùn 5G = 0,7(SS) + 0,3(BOD )

Trong đó :

SS : Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải (Kg/ngày)

5BOD : Hàm lượng 5BOD tính theo ( Kg/ngày)

Tương ứng với độ tro của cặn Z = 0,3.

Khi tính toán thiết kế, nên so sánh giá trị tính theo công thức (6-7) và các giá trịtrong bảng 6-2 để chọn cho thích hợp.

VI.2.7. Chỉ số thể tích và chỉ số mật độ của bùn

Là chỉ tiêu để đánh giá khả năng lắng của bùn hoạt tính trong bể lắng đợt 2 vàlà chỉ tiêu phản ánh đặc tính và chất lượng của bùn. Chỉ số thể tích bùn (Ký hiệubằng chữ SVI) là thể tích do 1 gram bùn khô choán chỗ tính bằng ml sau khi đểdung dịch bùn lắng tĩnh 30 phút trong ống lắng hình trụ khắc độ dung tích 1000ml.Để xác định chỉ số thể tích của bùn, lấy 1 lít dung dịch bùn ở đầu ra của bể Aerotankđể lắng 30 phút trong ống lắng thủy tinh hình trụ có khắc độ. Quan sát và đánh dấumặt phân chia giữa lớp bùn và lớp nước ở trên để tính ra thể tích bùn choán chỗbằng ml, đòng thời với lấy mẫu lắng, lấy luôn mẫu để xác định nồng độ bùn hoạttính trong dung dịch tính theo mg/l rồi xác định chỉ số thể tích bùn theo công thứcsau:

VI.3. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỬ DỤNG THỂ TÍCH CỦA CÁC LOẠI BỂAEROTANK THEO QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊLÀM THOÁNG

Hiệu quả làm sạch của bể Aerotank phụ thuộc vào đặc tính thủy lực của bể haycòn gọi là hệ số sử dụng thể tích của bể, phương pháp nạp chất nền vào bể và thuhỗn hợp bùn hoạt tính ra khỏi bể, kiểu dáng và đặc trưng của các thiết bị làm thoáng,thời gian làm thoáng, nên khi thiết kế phải kể đến các ảnh hưởng trên để chọn kiểudáng và kích thước bể cho phù hợp với yêu cầu xử lý đặt ra.

ĐẶC TÍNH THỦY LỰC CỦA BỂ:

92

Trong thực tế xử lý nước thải, khi

thiết kế bể Aerotank thường chọn kiểu

bể để có chế độ dòng chảy sau:

VI.3.1. Bể Aerotank làm việc theo từng mẻ

Cho nước vào đầy bể trong thời gian 1t

Thì ngừng lại. khuấy trộn trong thời gian 2t .

Ngừng khuấy để lắng trong thời gian 3t sau đó tháo nước ra 4t .

Với thời gian 2t , nếu cường độ khuấy đủ lớn(khuấy trộn hoàn chỉnh) dung tíchbể được sử dụng hoàn toàn, tức sử dụng cả 100% thể tích của bể. Đối với giai đoạnlắng 3t : vì nồng độ bùn được phân bố đều trong toàn bộ thể tích khi khuấy trộn vàlắng là lắng tĩnh, lực trọng trường và lực cản tác động lên hạt cặn ở mọi điểm trongbể là như nhau, nên hệ số sử dụng dung tích khi lắng là 100%.

VI.3.2. Bể Aerotank làm việc liên tục

Được khuấy trộn hoàn chỉnh bằng thiết bị làm thoáng bề mặt hay bằng dàn ốngsục gió.

- Bể có thể tích V

- Lưu lượng nước vào = lượng nước ra = Q ( 3m /h)

- Thời gian lưu nước trong bể theo lý thuyết oVt =Q

Hình 6-2

93

Để đánh giá mức độ sử dụng thể tích của bể phải tiến hành thí nghiệm đo nồng độcác phần tử chất chỉ thị đi ra khỏi bể theo thời gian.

C

C

(a)

(b)

t t0

=V

0

Hình 6-3. Nồng độ chất chỉ thị tại cửa ra của bể

a) Diện tích biểu diễn tổng khối lượng các phần tử đi ra khỏi bể sớm hơn thời gianlưu nước lý thuyết to

b) Diện tích biểu diễn tổng khối lượng các phần tử ở lại trong bể lâu hơn to

Thí nghiệm tiến hành như sau : Đổ nước đầy vào bể, và cho x gram chất chỉ thịvào bể ( Chất chỉ thị thường là chất trơ không gây phản ứng hóa học, là chất có màu

hoặc bùn trơ ). Khuấy trộn đều, lúc này nồng độ chất chỉ thị trong bể là oXC =V

(mg/l). Mở van cho nước chảy liên tục vào bể với lưu lượng Q ( 3m /phút ) và rútnước ra liên tục khỏi bể với lưu lượng Q ( 3m /phút ), sau một khoảng thời gian

5 10t phút lấy mẫu ở đầu ra để đo nồng độ chất chỉ thị. Ứng với thời điểm0t ta có .oC C

1t t có iC C ; .it i t ; iC C

Từ phương trình cân bằng khối lượng trong bể khuấy trộn hoàn chỉnh rút rađược :

iio

t-t Q -tV

i o oC = C .e = C e (6-8)

Đường cong biểu diễn nồng độ iC theo thời gian it trên trục tọa độ vuông gócC và t có dạng như hình 6-3.

VI.3.3. Bể Aerotank có các ngăn trộn hoàn chỉnh đặt nối tiếp thành dãy n bể

94

QCo

Vn

Vn

Vn

Vn

Vnc1 c2 c i cn - 1 cn

QCn

Hình 6 - 4

Thí nghiệm tiến hành như sau :

Cho nước liên tục vào bể với lưu lượng Q ( 3m /phút) , trong nước đi vào đãpha sẵn chất chỉ thị với nồng độ oC . Bể chứa đầy nước với thể tích V. Thời gian lưu

nước lý thuyết oVt =Q

. Đo nồng độ chất chỉ thị đầu ra nC theo thời gian it .

Viết phương trình cân bằng khối lượng cho hệ n bể trộn hoàn chỉnh nối tiếpnhau rút ra :

i-1 -(n

θ)

oi

CC = (nθ) e

(i - 1)! (6-9)

Trong đó :

oC : Nồng độ chất chỉ thị ở đầu vào

iC : Nồng độ chất chỉ thị ở đầu ra tại thời điểm it

i

o

tθ = t

với oVt =Q

; it = i.Δt

n : Số bể trọn nối tiếp trong bể.

95

t0

C imax

C

C0

t 10 t 90t mode t mean

Hình 6-5. Nồng độ chất chỉ thị ở đầu ra của dãy bể trộn nối tiếp

t10, t90: Thời gian để cho 10%, 90% khối lượng chất chỉ thị đi qua bể

tmode: Thời gian chỉ thời điểm đo được nồng độ chất chỉ thị Cimax

tmean: Thời gian chỉ thời điểm đi qua trọng tâm của biểu đồ

Năm 1932 Morill khi nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng thể tích của các bểlắng đã đưa ra công thức tính hiệu quả sử dụng thể tích MDI ( Morill DispersionIndex – chỉ số Morill ).

Hiệu quả sử dụng thể tích MDI % = 10

90

P ×100P

10P và 90P : Giá trị thời gian ứng với 90% va 10% khối lượng chất chỉ thị đã

đi qua bể lấy từ biểu đồ biểu diễn quan hệ it và tổng khối lượng tích lũy theo thoài

gian của chất chỉ thị i iP =Δt.C trên tọa độ Logarit.

Ví dụ : Tiến hành thí nghiệm để đánh giá hiệu quả sử dụng thể tích của bểlắng ngang, cho chất chỉ thị vào máng phân phối ở đầu bể, với nồng độ oC trong

thời gianVT =Q

đo nồng độ chất chỉ thị vào máng thu đầu ra của bể, thí nghiệm

được lặp lại nhiều lần để có số đo ổn định.

Số liệu thu được như sau :

Thời gian lấy mẫuit =i×

Δt(phút)

Nồng độ chất chỉ thị ởđầu ra (%)

Khối lượng tích lũy theo thờigian ở đầu ra i iP =

Δt.C (%)

96

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0,00

0,00

0,10

2,30

14,50

25,50

24,00

16,20

9,50

4,20

2,00

1,00

0,30

0,20

0,10

0,10

0,00

0,00

0,10

2,40

16,90

42,40

66,40

82,60

92,10

96,30

98,30

99,30

99,60

99,80

99,90

100,00

Vïng n­íc chÕt

Hình 6 - 6

97

.1 5 20.01 1 10 30 80 99.99950 95 99.9970 90

Thê

i gia

n (p

hót)

0

30

1000

100

Nång ®é tÝch lòy P = t x Ci

Hình 6 – 7

1. Đưa số liệu từ bảng lên tọa độ Logarit.

2.Từ biểu đồ tra được 10 36t P ; 90 80t P

3. Hệ số sử dụng thể tích :36MDI = ×100 = 45%80

Hệ số sử dụng thể tích thấp vì cấu tạo máng phân phối nước vào và thu nước rachưa hợp lý, trong bể tạo ra vùng nước chết.

VI.3.4. Bể Aerotank hay bể lắng ngang có dòng chảy đều

Trong thực tế các công trình cấp thoát nước không thể tạo ra được bể có dòngchảy đều lý tưởng i o i oC = C ;t = t . Vì vận tóc nước chảy ở 2 bên thành bể nhỏ hơn ởgiữa bể, phân bố vận tốc theo chiều sâu của bể không đều, các phần tử nước luôn bịxáo trộn. Hiệu quả sử dụng thể tích của bể có dòng chảy đều tương tự hiệu quả củabể khuấy trộn hoàn chỉnh ghép nối tiếp với nhau thành dãy 5n . Qua phân tíchthủy lực thấy rõ : bể làm việc gián đoạn theo từng mẻ có hệ số sử dụng thể tích caonhất rồi đến bể có dòng chảy đều và bể có các ngăn trộn nối tiếp nhau.

98

QC ; t = 0

QC ; t

t

C

t t0=

VQ

0

i

t10

t90

0

0 i i

Hình 6-8. Nồng độ chất chỉ thị ở đầu ra của bể có dòng chảy đều

VI.4. PHÂN LOẠI BỂ AEROTANK THEO SƠ ĐỒ VẬN HÀNH

VI.4.1. Bể Aerotank truyền thống

Sơ đồ vận hành bể Aerotank truyền thống xem hình 6-9.

N­íc th¶i

vµoBÓ l¾ng ®ît 1 BÓ Aerotank

TuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh

§ång hå ®o l­u l­îngX¶ bïn t­¬i

X¶ bïn ho¹t tÝnh thõa

BÓ l¾ng ®ît 2X¶ ra

nguån tiÕp nhËn

§ång hå

Hình 6-9. Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống

Nước thải sau bể lắng đợt 1 được trộn đều với bùn hoạt tính tuần hoàn ở ngayđầu bể Aerotank. Đối với nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm bẩn trung bình, lưulượng tuần hoàn thường từ 20%-30% lưu lựợng nước thải đi vào. Dung tích bể đượcthiết kế với thời gian lưư nước để làm thoáng trong bể từ 6 đến 8 giờ khi dùng hệthống sục gió và từ 9 đến 12 giờ khi dùng thiết bị khuấy cơ khí làm thoáng bề mặt.

Lượng gió cấp vào từ 55 3m /1 kg 5BOD đến 65 3m /1 kg 5BOD cần khử. Chỉ sốthể tích bùn SVI thường dao động từ 50 – 150 ml/g, tuổi của bùn thường từ 3 đến 15

99

ngày. Nồng độ BOD đầu vào thường <400 mg/l, hiệu quả làm sạch từ 80 – 95%.Hiệu quả xử lý của bể phụ thuộc mạnh vào sự dao động lưu lượng và nồng độ cácchất độc ( kim loại nặng ) do nước thải công nghiệp chưa xử lý xả vào.

VI.4.2. Bể Aerotank với sơ đồ nạp nước thải vào theo bậc

N­íc th¶iBÓ l¾ng ®ît 1

BÓ Aerotank

Bïn ho¹t tÝnh

X¶ bïn t­¬iX¶ bïn ho¹t tÝnh

BÓ l¾ng ®ît 2X¶ ra

nguån tiÕp nhËn

N­íc th¶iBÓ l¾ng ®ît 1

BÓ Aerotank

TuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh

X¶ bïn t­¬iX¶ bïn ho¹t tÝnh

BÓ l¾ng ®ît 2X¶ ra

nguån tiÕp nhËn

Hình 6-10. Sơ đồ làm việc của bể Aerotank nạp theo bậc

Nước từ bể lắng đợt 1 đi vào bể Aerotank ở một số điểm dọc theo 50 – 60%chiều dài tính từ đầu bể còn bùn tuần hoàn thì đi vào đầu bể. Nạp theo bậc có tácdụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể tích bể và làm giảm độ thiếu hụt oxy ởđầu bể và lượng oxy cần thiết được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụngoxy tăng lên, hiệu quả xử lý đạt cao hơn.

VI.4.3. Bể Aerotank có hệ thống cấp khí giảm dần theo chiều dòng chảy

Sơ đồ này áp dụng khi thấy rằng ở đầu vào của bể cần lưu lựợng oxy lớn hơndo đó phải cấp không khí nhiều hơn ở đầu vào và giảm dần ở các ô tiếp sau để đápứng cường độ tiêu thụ không đều oxy trong toàn bể. Ưu điểm của sơ đồ này là :

- Giảm được lượng không khí cấp vào tức giảm công suất của máy nén khí.

- Không có hiện tượng làm thoáng quá mức làm ngăn cản sự sinh trưởng củavi khuẩn khử các hợp chất chứa nitơ ( khử Nitrat ).

VI.4.4. Bể Aerotank tải trọng cao

100

Áp dụng khi yêu cầu xử lý để nước đầu ra có chất lượng loại C hoặc dưới B.Nước đã qua bể lắng đợt 1 hoặc chỉ qua lưới chắn rác, sau đó trộn đều với 10% đến20% bùn tuần hoàn, đi vào bể Aerotank để làm thoáng trong khoảng thời gian từ 1đến 3 giờ. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể X 1000 mg/l. Bằng cách điều chỉnhlượng khí cấp vào và lượng bùn hoạt tính tuàn hoàn, có thể thu được hiệu quả xử lýđạt loại C và gần loại B. Lượng BOD khử được từ 60 đến 65%.

VI.4.5. Bể Aerotank có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định (Contact Stabilitation)

N­íc th¶iBÓ l¾ng ®ît 1

BÓ Aerotank

X¶ bïn t­¬i X¶ bïn ho¹t tÝnh thõa

BÓ l¾ng ®ît 2X¶ ra

nguån tiÕp nhËn

Ng¨n t¸i sinh

bïn ho¹t tÝnh

Ng¨n tiÕp xóc

TuÇn hoµn bïn

Hình 6-11. Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có ngăn tiếp xúc

Nước từ bể lắng đợt 1 được trộn đều với bùn hoạt tính đã được tái sinh ( Bùnđã được xử lý đến ổn định trong ngăn tái sinh) đi vào ngăn tiếp xúc của bể, ở ngăntiếp xúc bùn hấp phụ và hấp thụ phần lớn các chất keo lơ lửng và chất bẩn hòa tancó trong nước thải với thời gian rất ngắn khoảng 0,5 – 1 giờ rồi chảy sang bể lắngđợt 2. Bùn lắng ở đáy bể lắng đợt 2 được bơm tuần hoàn lại bể tái sinh. Ở bể táisinh, bùn được làm thoáng trong thời gian từ 3 đến 6 giờ để oxy hóa hết các chấthữu cơ đã hấp thụ, bùn sau khi tái sinh trở thành ổn định. Bùn dư được xả ra ngoàitrước ngăn tái sinh. Ưu điểm của sơ đồ này là bể Aerotank có dung tích nhỏ, chịuđược sự dao động của lưu lượng và chất lượng nước thải.

Thời gian làm thoáng ở ngăn tiếp xúc :o

1 0,5t

S2,5t = lg a S

(6-10)

Thời gian làm thoáng ở ngăn tái sinh bùn : 2 o 1t = t - t(6-11)

oo

h

S - St =αa (1 - Z)ρ

(6-12)

101

t

h t

aα =a -a

( 6-13)

Ký hiệu trong các công thức từ (6-10) đến (6-13) như sau :

S và oS : Nồng độ 5BOD trong nước thải đầu vào và đầu ra của bể.

ta : Tổng nồng độ bùn trong ngăn làm thoáng tiếp xúc.

ha : Tổng nồng độ bùn tỏng ngăn tái sinh.

: Hệ số tuần hoàn bùn bằng q/Q.

q : Lưu lượng tuần hoàn.

Q : Lưu lượng nước thải đi vào bể.

Z : Độ tro của cặn thường lấy bằng 0,3

: Tốc độ oxy hóa của 1 gram bùn hoạt tính ( mg 5BOD /gr bùn giờ )

Chọn theo bảng ứng với nồng độ 5BOD đầu vào hoặc ứng với tỷ số F/M.

Thường chọn nồng độ bùn tuần hoàn ha = 4 – 6 g/l, nồng độ bùn trong bể tiếp xúc

ta =1,5 đến 2 gr/l.

Thể tích ngăn làm thoáng tiếp xúc : 1 1W = t (Q + q) (6-14)

Thể tích ngăn tái sinh bùn : 2 2W = t q

-Tải trọng trên đơn vị thể tích theo 5BOD cho cả 2 ngăn aL = 450

gram/1 3m ngày

-Lượng không khí cấp vào :

+ Bể sâu 3,7 m là 170 3m / 1 kg BOD

+ Bể sâu 4,6 m là 140 3m / 1 kg BOD

VI.4.6. Bể làm thoáng kéo dài

102

TuÇn hoµn bïn ho¹t tÝnh

L­íi ch¾n r¸c

§Þnh kú x¶ bïn ho¹t tÝnh thõa

BÓ l¾ng ®ît 2X¶ ra

nguån tiÕp nhËn

BÓ Aerotanklµm tho¸ng kÐo dµi

20 - 30 giêl­u n­íc trong bÓ

Hình 6-12. Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thoáng kéo dài

Bể làm thoáng kéo dài được thiết kế với tải trọng thấp, tỷ số F/M thấp, thờigian làm thoáng lớn từ 20 – 30 giờ để hệ vi sinh trong bể làm việc ở giai đoạn hôhấp nội bào. Bể chỉ áp dụng cho các nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ hơn3500 3m / ngày. Trong sơ đồ xử lý không xây bể lắng đợt 1, nước chỉ cần qua lướichắn đi thẳng vào bể. Toàn bộ cặn lắng ở bể lắng đợt 2 được tuần hoàn lại bểAerotank, bùn dư định kỳ xả ra ngoài, bùn dư là bùn đã ổn định không cần côngđoạn xử lý ổn định bùn mà xả thẳng vào sân phơi bùn hoặc thiết bị làm khô bùn.

-Tải trọng tính theo 5BOD trên 1 đơn vị thể tích bể aL =240 gram/ 3m ngày.

- Lượng không khí cấp vào :

+ Bể sâu 1,8 m cần 280 3m /1 kg 5BOD

+ Bể sâu 2,7 m cần 187 3m /1 kg 5BOD

-Khi làm thoáng bằng thiết bị khuấy cơ khí bề mặt cần không ít hơn 2 kg 2O /1

kg 5BOD

VI.4.7. Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh

N­íc th¶iBÓ l¾ng ®ît 1

M¸y khuÊy bÒ mÆt

TuÇn hoµn bïn

X¶ bïn t­¬iX¶ bïn ho¹t tÝnh thõa

BÓ l¾ng ®ît 2X¶ ra

nguån tiÕp nhËn

Hình 6-13. Sơ đồ làm việc của bể aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh

103

Trong bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxy hòa tanđược khuấy trộn đều tức thời sao cho nồng độ các chất được phân bố đều ở mọiphần tử trong bể.

Ưu điểm chính của sơ đồ làm việc theo nguyên tắc khuấy trộn hoàn chỉnh là :pha loãng ngay tức khắc nồng độ của các chất độc hại ( kim loại nặng ) trong toànthể tích của bể, không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, ápdụng thích hợp cho loại nước thải có chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng.

VI.5. LƯỢNG OXY CẦN THIẾT

Theo lý thuyết, lượng Oxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh họcgồm lượng Oxy cần để làm sạch BOD, oxy hóa amoni 4NH thành 3NO , khử 3 .NO

o oo x 2

Q(S - S) 4,57Q(N - N)OC = - 1,42P + (kgO /ngày)1000f 1000 (6-15)

Trong đó :

oOC : Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20oC

Q : Lưu lượng nước thải cần được xử lý khử ( 3m /ngày )

oS : Nồng độ 5BOD đầu vào (g/ 3m )

S : Nồng độ 5BOD đầu ra (g/ 3m )

f : Hệ số chuyển đổi từ 5BOD sang COD hay 20BOD ; 5BODf =COD

thường f= 0,45 – 0,68.

P: Phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư = -3b oYQ(S - S).10 ( kg/ngày )

1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD

oN : Tổng hàm lượng Nitơ đầu vào (TKN) (g/ 3m )

N : Tổng hàm lượng Nitơ đầu ra (g/ 3m )

4,57: Hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa 4NH thành 3 .NO

Lượng Oxy cần thiết trong điều kiện thực tế :

S20t o (T-20)

Sh d

C 1 1OC= OC .βC - C 1,024 α

(6-16)

Trong đó :

104

: Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước

thải thường lấy 1

ShC : Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ ( oT C ) và độ

cao so với mặt nước biển tại nhà máy xử lý (mg/l)

20SC : Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 20oC (mg/l)

dC : Nồng độ oxy cấn duy trì trong công trình ( mg/l ). Khi xử lý nước

thải thường lấy dC =1,5 – 2 mg/l.

: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng củahàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dạng và kíchthước bể (sẽ được xét ở mục chọn thiết bị làm thoáng ) có giá trị từ 0,6 – 0,94.

VI.6. TÍNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ CẦN THIẾT

Để cấp đủ lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý, thường dùng máy khuấy trộncơ khí bề mặt để tạo ra màng nước, tia nước, giọt nước tiếp xúc với không khí đểlấy oxy hoặc dùng hệ thống máy thổi khí, ống dẫn và thiết bị phân phối khí vào bểAerotank để lấy oxy.

Lượng không khí cần thiết :

tK

OCQ = .fOU : ( 3m /ngày ) (6-17)

Trong đó :

tOC : Lượng oxy cần thiết tính theo ( 6-15 ) và ( 6-16 )

f : Hệ số an toàn, thường lấy từ 1,5 đến 2.

OU = Ou.hlimx

: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối

tính theo gram oxy cho 1 3m không khí.

Ou : Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theogram oxy cho 1 3m không khí, ở độ sâu ngập nước h=1 m có thể chọn theo bảng (7-1) đến (7-4).

h: Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí.

- Ống dẫn không khí : Để dẫn không khí, có thể chọn ống thép không rỉ,ống nhựa gia cường bằng sợi thủy tinh, ống PE hoặc ống nhựa chịu được sự thay đổicủa nhiệt độ.

105

Nếu dùng ống thép và ống gang dẻo phải bọc lớp bảo vệ bên ngoài bằng nhựathan đá epoxit và láng xi măng bên trong hoặc phủ lớp nhựa than đá epoxit chống rỉ.

Tốc độ chuyển động của không khí trong ống dẫn và qua hệ thống phânphối từ 10 – 15 m/s. Tốc độ qua lỗ phân phối 15 – 20 m/s.

Có nhiều cách tính toán để xác định đường kính ống dẫn khí và tổn thất áplực trên hệ thống ống dẫn. Ở đây giới thiệu cách tính đơn giảnvà thông dụng nhất đểtính tổn thất thủy lực của ống dẫn khí gồm tổn thất theo chiều dài và tổn thất cục bộtính theo mét cột nước :

2

d cλl vh = h + h = +

ξ .γ

D 2g (m) ( 6-18 )

,l D: Chiều dài và đường kính ống dẫn (m)

g: Gia tốc trọng trường 9,8 m/ 2s

v: Vận tốc chuyển động của không khí trong ống ( m/s )

: Tỷ trọng của không khí 3»1,3kg/m.

: Hệ số sức cản thủy lực cục bộ tra theo sách thủy lực.

: Hệ số nhám, đối với các ống dẫn kể trên có thể tính theo công thức :

0,011λ = 0,0125 +D

Áp lực cần thiết của máy thổi khí (Air – blower ) tính theo mét cột nước :

m 1H = h + h + H (6-19).

h : Tổng tổn thất do ma sát theo (6-18).

1h : Tổn thất qua vòi phun (m)

H: Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun (m)

Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe mHmP =

10,12atm

- Công suất máy nén khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt :

0,283

1 2m

1

G.R.T pP = -129,7n.e p

( 6-20 )

mP : Công suất yêu cầu của máy nén khí (kW)

G: Trọng lượng của dòng không khí ( kg/s)

106

R: Hằng số khí, đối với không khí oR = 8,314KJ/K.mol K

1T : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầuvào o oK = 273 + T C

1P: Áp lực tuyệt đối của không khí đầu vào ( atm )

2P : Áp lực tuyệt đối của không khí đầu ra m= P + 1 (atm )

K - 1n = = 0,283K

vì đối với không khí K= 1,395

29,7: Hệ số chuyển đổi

e: Hiệu suất của máy từ 0,7 – 0,8

107

CHƯƠNG VII

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ LÀM THOÁNG

Khi thiết kế bể Aerotank và bố trí các thiết bị làm thoáng trong bể, ngườithiết kế phải biết trước công suất hòa tan oxy vào nước thải của từng thiết bị, do đócác nhà sản xuất phải thí nghiệm để có được đặc tính của từng loại thiết bị trước khiđưa ra thị trường.

VII.1. THÍ NGHIỆM ĐO CÔNG SUẤT THIẾT BỊ

Thí nghiệm tiến hành dựa vào phương trình hòa tan khí vào nước :

( )La S odc K C C Rdt (7-1)

Trong đó:

dcdt

: Biến thiên nồng độ khí hòa tan trong nước theo thời gian

KLa : Hệ số tổng hợp quá trình truyền khí vào nước

CS : Nồng độ khí bão hòa trong nước

C : Nồng độ khí có trong nước tại thời điểm t

Ro : Lượng oxy cần thiết để xử lý nước

Để tìm năng suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị OU, thí nghiệmthường tiến hành ở chế độ ổn định, nghĩa là:

- Duy trì lượng oxy có dư nước thải C, ở mọi thời điểm – Lượng oxy hòa tanvào nước thải được tiêu thụ ngay lập tức để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải.Từ phương trình (7-1) ta có :

0dcdt ;

Ro : KLa(CS-C) (7-2)

- Cho vào bể thử 1 lượng Na2SO3 hòa tan đều để SO3 có nồng độ từ500mg/l đến 750mg/l. Cho vào dung dịch ion Co5+ với nồng độ từ 0,05 –0,1 mg/l làm chất xúc tác. Các thiết bị sục khí, hoặc các thiết bị làmthoáng bề mặt hoạt động để cấp oxy vào, oxy hóa SO3

2- thành SO42-. Ở

điều kiện thí nghiệm, tra bảng được CS, đo C, biết được Ro tính ra KLa vàOU.

- Trong thí nghiệm có thể dùng nước thải thay cho dung dịch Na2CO3. Bởivì công suất hòa tan oxy của thiết bị làm thoáng OU (gram oxy/ 1 m3

không khí) hoặc OE (kgO2/kW) không những phụ thuộc vào loại thiết bịmà còn phụ thuộc vào kích thước bể và cách bố trí thiết bị trong bể chonên phải bố trí đủ các điểm lấy mẫu đều trong thể tích bể.

108

VII.2. THIẾT BỊ LÀM THOÁNG BẰNG KHÍ NÉN

Năng suất hòa tan oxy vào nước thải phụ thuộc vào:

- Kích thước bọt khí, tức kích thước lỗ phân phối.

- Cường độ khí trên một đơn vị diện tích bề mặt của thiết bị phân phối (Vậntốc khí qua lỗ, qua khe, qua màng…).

- Độ sâu ngập nước của các lỗ phân phối khí.

- Vận tốc đi lên của các bọt khí và thời gian bọt khí ở trong nước.

- Kích thước và hình dạng của bể Aerotank.

- Cách bố trí các thiết bị làm thoáng trong bể.

- Diện tích tiếp xúc giữa bọt khí và nước A/V.

Theo kích thước của lỗ phân phối khí chia ra 3 loại thiết bị phân phối:

1. Thiết bị làm thoáng bằng các bọt khí nhỏ, mịn có kích thước các lỗ phânphối 0,1 mm.

2. Thiết bị làm thoáng bằng các bọt khí kích thước trung bình, khí đượcphân phối qua các lỗ đường kính từ 2 mm đến 5 mm.

3. Thiết bị làm thoáng bọt khí lớn có lỗ phân phối 5 25mm d mm .

VII.2.1 Thiết bị làm thoáng tạo ra các bọt khí nhỏ mịn

a. Cấu tạo.

Không khí nén được phân phối qua các lỗ rỗng của ống, tấm hoặc đĩa làmbằng sành xốp, bọt nhựa xốp, cao su xốp.

Bọt khí đi ra khỏi thiết bị có đường kính khoảng 1 – 6 mm cường độ khí từ0,01 m3/s đến 0,02 m3/s trên 1 mét vuông bề mặt rỗng của thiết bị. Ví dụ đĩaxốp có đường kính 0,3 m, diện tích bề mặt f = 0,07 m2, cường độ khí từ 0,7l/s đến 1,4 l/s cho 1 đĩa. Cặp ống dài 1 m đường kính D100, diện tích bề mặt0,15 – 0,30 m2 lưu lượng khí 1,5 l/s đến 6 l/s cho 1 ống v.v….

Cường độ khí phải đảm bảo lớn hơn giá trị tối thiểu bởi vì dưới giá trị này khíphân phối không đều trên bề mặt thiết bị, cặn bẩn có thể chui vào các lỗ rỗnglàm tắc trít, và phải nhỏ hơn giá trị tối đa vì trên giá trị này bọt khí thoát ra cókích thước lớn, nối với nhau thành dây làm giảm diện tích tiếp xúc khí nước,vận tốc nổi lên làm giảm thời gian lưu khí trong nước, dẫn đến hiệu quảtruyền oxy vào nước kém.

109

1 4 2

3 3

§Üa sµnh xèp

Lç

èng dÉn khÝ èng dÉn khÝ

§Üa bät nhùa xèp

a)

b)

100

1100

R1

Hình 7-1. Thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn

a) Dạng ống b) Dạng đĩa

1. Ống xốp 3. Bu lông neo mặt bích

2. Bích đặc bịt 2 đầu 4. Ống đứng cấp gió đến

èng

dÉ

n g

iã

a a = 0,3 - 1 m

4.00

6.00 6.00

a = 0,3 - 1 ma = 0,3 - 1 m a = 0,3 - 1 m

Hình 7-2. a) Bố trí dàn ống theo chiều dọc bể

b) Bố trí dàn ống theo chiều ngang

c) Kết cấu dàn ống

Loại ống phân phối ghép lại thành hình xương cá, đặt càng sát đáy bể càng tốt đểcho bọt khí lưu trong nước lâu hơn. Dàn ống xương cá có thể đặt dọc theo 1

110

phía của thành bể để tạo ra dòng chuyển động xoắn ốc theo tiết diện ngangcủa bể. Tỷ số chiều rộng và chiều sâu 1,5 : 1 và cũng có thể đặt theo 2 thànhdọc của bể, khi đó tỷ số chiều rộng bể trên chiều sâu là 3 : 1.

- Dàn ống xương cá cũng có thể bố trí theo chiều vuông góc với thành

dọc của bể, tỉ số chiều rộng và chiều sâu không hạn chế, khoảng cách giữa các dànxương cá lấy bằng 2 đến 3 lần chiều sâu bể.

- Đĩa có màng xốp bố trí cách đều nhau trên toàn diện tích đáy bể.

c. Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, mịn.

1. Chiều sâu ngập nước: Thí nghiệm cho thấy năng suất hòa tan của oxy vàonước tỷ lệ thuận với chiều sâu ngập nước:

OU = Ou.h (7-3)

2. Các chất không hòa tan, váng bề mặt, hàm lượng cặn lơ lửng làm giảmcông suất hòa tan oxy, đối với bọt nhỏ và mịn khí nổi lên mặt nước, bọt khí vỡ rakhông đủ mạnh để làm khuấy trộn lớp bề mặt, và nồng độ bùn 2 / 6 /SSg l C g l hệsố giảm năng suất hòa tan oxy α từ 0,75 – 0,51 . Khi xử lý nước thải, nồng độ bùnhoạt tính C < 4 g/l, hệ số α thường là 0,7.

3. Để giảm tối thiểu việc tắc trít của đĩa và ống phân phối, không khí phảiđược lọc sạch bụi trước khi vào máy nén, dầu mỡ của máy không được lẫn vàokhông khí.

4. Phải đặt các ống đĩa trên cùng mặt phẳng (cùng độ sâu) để đảm bảo phânphối đều khí. Khi thay thế một vài ống, đĩa cũ bằng ống mới, hệ có tổn thất khôngđều dẫn đến việc phân phối khí không đều.

d. Công suất hòa tan oxy của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn Ou

Tính theo lượng oxy hòa tan (gram O2 cho 1 m3 không khí), độ ngập h= 1 m,kết quả thực nghiệm cho trong bảng 7-1.

Bảng 7-1 : Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị bọt khí mịn

Điều kiện thínghiệm

Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bìnhOu = grO2/m3.m

OE = KgO2/KW

Ou = gr O2/m3.m

OE =KgO2/KW

Nước sạch ởđiều kiện T =

20 oC12 2,2 10 1,7

Nước thải α =0,7 8,5 1,5 7 1,2

Ví dụ tính toán 3: Áp dụng sơ đồ làm thoáng kéo dài để xử lý nước thải bằngbùn hoạt tính Qmax = 150 m3/h; Qmin = 80 m3/h ; Qngày = 2400 ; BOD5 = 150 mg/l ;Tổng N = 60 mg/l.

Tính toán thiết kế hệ thống phân phối khí dạng bọt nhỏ, mịn.

111

Giải

1.Tính thể tích bể, áp dụng công thức 6-1

oQSV FXM

tra bảng 6-1 chọn các thông số

Q = 2400 m3/ngày; So = 150 mg/l;

X = 2000 mg/l; F/M = 0,075;

2400 150 24002000 0,075

V

m3. Thời gian lưu nước trung bình 24 giờ.

2. Tính lượng oxy cần thiết theo công thức (6-15)

( ) 4,57( )1,421000 1000

o oo x

Q S S N NOC Pf

kg/ngày

Trong đó:

Q = 2400; So = 150 ; S = 20 ; N = 60 ; N = 30;3 3( ).10 0,3 2400 130 10 86, 4x b oP Y Q S S kg/ngày

5 0,6BODfCOD

2400 (150 20) 4,57(60 30)1,42 86,5 3981000 0,6 1000oOC

kg/ngày

Nhiệt độ nước thải T = 20 oC. Độ muối < 5000 mg/l

CS = 9,08 mg/l. Lượng oxy cần duy trì trong bể C = 2 m/l

Lượng Oxy thực tế cần theo công thức (6-16)

1 ( 20)

1. .1024

So T

S

COC OCC C

19,08 1398 510,5

0,08 2 1,024oOC

kg/ngày.

OCtrung bình 2510,5 21,2 /

24kgO h ;

ax 231,8 /mOC kgO h ;

min 217 /OC O h

3. Tính lượng không khí cần

Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, tra bảng 7-1:

Ou = 7 gr O2/m3.m;

112

Bể sâu 4,2 m, độ sâu ngập nước h = 4m.

Công suất hòa tan của thiết bị: 327 4 28OU Ou h grO m .

Lượng không khí cần thiết tính theo công thức (6-17):

510,5 1,5 273480,028

tK

OCQ fOU m3/ngày

QKTb = 1139 m3/h ; Qkmax = 1710 m3/h ; Qmin = 911 m3/h.

4. Số ống phân phối D100 dài 1m tính theo cường độ cho phép q của mỗi ống8

axax 3

ax

1710 / 8021,6 /

mqm

m

Q m hNq m h ống.

3min

min 3min

911 / 8510,8 /q

Q m hNq m h ống.

5. Kích thước bể Aerotank và khoảng cách giữa các ống

Bể sâu 4,5 m : 0,3 m dự trữ, nước sâu 4,2 m; h =4m.

Diện tích bề mặt bể: 2.400 : 4,2 = 571 m2.

Ống phân khối khí bố trídọc theo thành bể.

Chiều rộng một hành lang:

b = 1,5 h = 1,5×4 =6m.

Chiều dài hành lang : 571 :6 = 96 m.

Trong bể bố trí 4hành lang, kích thước bể24 × 24 m.

Dòng chảy trong bể là dòng chảy đều, chiều dài dàn ống xương cá:

L = 4 × 18 = 72 m.

Khoảng cách giữa các ống trong hệ phân phối :

min

72 0,8585q

Lln m

- Cường độ thổi gió :3

3 33

27348 / 11,4 /2400

m ngayq m mm

- Chỉ tiêu gió :3 3

33

5

27348 27348 / 71,2( ).10 384 /o

m m ngaya mQ S S kgBOD ngay

khí/1kgBOD5

24

6

6Tõ bÓ l¾ng 1

Sang bÓ l¾ng 2

èng cÊp giã

113

VII.2.2. Thiết bị làm thoáng tạo ra các bọt khí các bọt khí kích thước trungbình

a. Cấu tạo:

- Thiết bị gồm các ống khoan D2 mm đến < 5 mm phía trước dưới đáy ống,lỗ có thể khoan thành 1 hàng hoặc 2 hàng. Khoảng cách tâm lỗ 4 đường kính lỗ.Mỗi ống dài 0,8 m đến 1,0 m các ống gắn với nhau thành dàn ống xương cá. Khilàm việc vận tốc khí đi trong ống V = 10 – 15 m/s.

Vận tốc khí ra khỏi lỗ Vmin = 5 m/s; Vmax = 20 m/s. Ống có thể dùng nhựaPVC, PE hay ống thép không rỉ.

b. Cách đặt ống trong bể tương tự như trường hợp ống bọt khí bé.

c. Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ thống.

- Chiều sâu ngập nước của lỗ: năng suất hòa tan oxy vào nước tỷ lệ thuậnvới chiều sâu ngập nước của lỗ phân phối:

OU Ou h . (7-3)

- Hệ thống có tổn thất thủy lực rất nhỏ nên đòi hỏi phải đặt các lỗ trên cùngmột phẳng ngang để đảm bảo phân phối đều.

- Hệ thống không bị tắc trít, không đòi hỏi trình độ quản lý cao, do đó đượcáp dụng tốt cho nhà máy nhỏ, lẻ công suất và nhỏ.

- Hệ số giảm năng suất hòa tan oxy α do ảnh hưởng của cặn và các chấthoạt động bề mặt nhỏ hơn trường hợp dùng bọt khí nhỏ và có thể lấy α =0,8.

d. Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị bọt khí trung bình tính theogram oxy hòa tan cho 1 m3 không khí ở độ ngập h = 1 m chọn theo bảng7-2.

Bảng 7-2: Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khíkích thước trung bình

Điều kiện thí nghiệmĐiều kiện tối ưu Điều kiện trung bình

grO2/m3.m KgO2/m3.m grO2/m3.m KgO2/KW

Nước sạch T = 20 oC 7 1,4 6 1,1

Nước thải T = 20 oC ; α =0,8 5,5 1,1 4,5 0,8

VII.2.3. Thiết bị làm thoáng khí bọt trung bình áp lực thấp (độ ngập củalỗ phân phối h = 0,8 m)

Thiết kế này do Viện Thiết kế thoát nước INDUSTRIKEMISKA A.BThụy Điển thiết kế có tên gọi là hệ thống phân phối INKA. Hệ thống làmthoáng INKA dùng để hòa tan oxy của không khí vào nước thải gồm dàn ống

114

xương cá làm bằng ống nhựa hay ống thép không rỉ, đáy ống khoan lỗ đườngkính từ 2,5 mm đến 4,5 mm đặt ngập sâu trong nước 0,8 m. Dàn ống choán1/2 chiều rộng bể, nửa còn lại được ngăn cách bằng vách chạy dọc, mép dướicách đáy bể 0,8 m, mép trên cách mặt nước 0,8 m, nước chuyển động xoayquanh tấm ngăn, kéo các bọt khí xuống đáy sâu bể, tăng thời gian lưu khítrong bể và tăng diện tích tiếp xúc giữa khí và nước nên công suất hòa tanoxy cao.

1.50 1.50

30 3.00 30 3.00 30

801.

6580

3.25 4.

25

M­¬ng dÉn giã M­¬ng n­íc

HÖ èng INKA

V¸ch ng¨n

Hình 7-3. Đặt hệ thống phân phối khí INKA trong bể

Bảng 7-3: Công suất hòa tan Oxy vào nước của thiết bị INKA

Điều kiệnĐiều kiện tối ưu Điều kiện trung bình

Ou=grO2/m3.m

OE = KgO2/KW

Ou = grO2/m3.m

OE=KgO2/KW

Nước sạch 20 oCNước thải 20 oC α = 0,8

97,5

1,81,5

86,5

1,51,2

II.2.4. Thiết bị làm thoáng bọt khí lớn

Trong hệ thống phân phối bọt khí lớn, lỗ phân phối có đường kính lớn hơn, từ 5 mmđến 20 mm.

a. Câu tạo : có 3 loại thiết bị phân phối bọt khí lớn.

1. Khí thoát ra khỏi lỗ đi trực tiếp vào nước

2. Khí ra khỏi lỗ dẫn theo ống đứng kéo theo lượng nước tuần hoàn, các ống đứngbố trí cách đều trên diện tích đáy bể

115

3. Khí thoát ra từ dàn ống khoan lỗ đặt trong 1 ống đứng, ống làm việc như một bơmAirlift tuần hoàn bọt và nước.

4. Ejector thu khí trộn vào nước (Jet Aerator)

Trên hình 7-4-3 giới thiệu thiết bị làm thoáng kiểu Airlift do Viện VNHI –VODGHEO Cộng hòa Liêng Bang Nga chế tạo. Không khí nén được phân phối quadàn ống khoan lỗ D20 đặt trong côn loe 30o phía dưới ống đứng , vận tốc khí qua lỗ10 – 15 m/s lỗ khoan trên đỉnh ống. Cuối mỗi ống nhánh có 1 lỗ D20 ở đáy ống đểthoát cặn lắng. Lượng nước bơm lên tính theo thiết bị Airlift sơ bộ có thể lấy 1 m3

khi nâng được 1,1 m3 nước

Đường kính ống đứng (m) tính theo công thức

D = 0,00066 Q (m)

Q : lưu lượng không khí (m3/h).

Chiều rộng bể chọn theo tỷ số giữa đường kính ống và chiều rộng bể từ 0,07– 0,1.

Chiều cao mép tràn đỉnh ống cao hơn mực nước trong bể 0,3 – 0,4 m.

Để dẫn bọt khí đi trở lại vào nước. Trên đỉnh ống đứng lắp nón hướng dòng tạo vớithành đứng của ống 1 góc 60o viền mép ngoài của nón kết thúc ở độ sâu 0,05 – 0,1m dưới thành mực nước.

Để tạo ra chuyển động xoay quanh ống làm tăng khả năng hòa tan khí. Trênbề mặt của côn hướng dòng gắn các tấm hướng dòng chiều cao 0,15 – 0,2 m mặtcong 30 - 60o so với đường bán kính đi qua tâm nón.

b. Cách bố trí:

- Các thiết bị hình 7-4-1 ; 7-4-2 bố trí theo khoảng cách đều nhau trên toàn diện tíchbể.

- Thiết bị Airlift có thể đặt dọc theo đường tâm chia đôi chiều rộng bể. Số thiết bịtrong bể bằng bội số của chiều dài chia cho chiều rộng.

- Thiết bị Ejector đặt theo chiều dọc bể, chiều rộng bể và số thiết bị trong bể chọntheo lưu lượng của thiết bị sao cho tốc độ nước phun ra tới thành bể đối diện

30 mm/s.

c. Các nhân tố ảnh hưởng.

- Hệ ống không bị tắc nghẽn do cặn lắng đọng, phù hợp với trình độ quản lý thấp.Hệ số giảm công suất do bùn lơ lửng và các chất hoạt tính bề mặt α = 0,8.

d. Công suất hòa tan oxy của thiết bị tạo bọt khí lớn (xem bảng 7-4)

116

èng dÉn khoan lç 25

Lç

Gi¸ ®ì

KhÝ

èng ®øng

èng dÉn

Lç 20

1

56

4

3

2

3

4

5

6

2

1

3

1. Ph©n phèi khÝ trùc tiÕp vµo n­íc 2. Ph©n phèi khÝ theo èng ®øng

MÆt ®øng

MÆt b»ng

3. Lµm tho¸ng kiÓu b¬m airlift

4. B¬m ch×m l¾p ejector

cã tuÇn hoµn n­íc

thu khÝ trén vµo n­íc

1. BÓ4. èng ®øng

6. TÊm h­íng dßng g¾n trªn nãn

2. C«n loe 3. Dµn èng khoan lç 20

5. Nãn h­íng dßng

1. B¬m ch×m2. Ejector

3. èng thu khÝ

Bảng 7-4: Công suất hòa tan của oxy vào nước của thiết bị tạo bọt khílớn

Điều kiện

Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình

Ou=grO2/m3.m

OE= kgO2/kW

Ou=grO2/m3.m

OE= kgO2/kW

Phân phối khí trực tiếp vào nước

117

Nước sạch 20 oC

Nước thải 20 oC α = 0,8

Nước sạch 20 oC

Nước thải 20 oC α = 0,8

6

4,5

1,2

0,9

5

4

0,9

0,7

Phân phối khí qua ống đứng, Airlift và Ejector

7,5

6,5

1,6

1,3

7

5,5

1,5

1

VII.3. THIẾT BỊ CƠ KHÍ LÀM THOÁNG BỀ MẶT

VII.3.1. Nguyên lý hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả.

1. Nguyên lý hoạt động

Các thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt khi chuyển động quay quanh trục đưa nước từchiều sâu của bể lên bề mặt, tạo thành các màng mỏng và giọt nhỏ tiếp xúc vớikhông khí rồi rơi xuống mặt nước trong bể, các bọt khí được hút xuống phía dưới bểdo chuyển động xoay tuần hoàn của nước làm tăng thời gian và diện tích tiếp xúcgiữa khí và nước. Ngoài chuyển động tuần hoàn theo chiều đứng, nước trong bể cònchuyển động xoay quanh trục của thiết bị theo chiều ngang. Tổng hợp các chuyểnđộng làm cho bề mặt tiếp xúc giữa khí và nước. Ngoài chuyển động tuần hoàn theochiều đứng, nước trong bể còn chuyển động xoay quanh trục của thiết bị theo chiềungang. Tổng hợp các chuyển động làm cho bề mặt tiếp xúc giữa khí và nước luônđược thay đổi với cường độ mạnh làm tăng hiệu quả hòa tan oxy vào nước.

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hòa tan oxy OC (Kg O2/h) là

a. Công suất “bơm nước” của thiết bị hay cường độ tuần hoàn nước trong bểaerotank.

b. Kích thước hình học của bể aerotank.

c. Đường kính của thiết bị : OC tỷ lệ D2.

d. Chiều sâu ngập nước của thiết bị hi : OC ~ h1.

e. Vận tốc tiếp tuyến của thiết bị : OC ~ Vtn với 2,5 < Vt < 3.

f. Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt và hàm lượng cặn tương đối ít, thựctế α dao động từ 0,95 ÷ 1.

VII.3.2. Các loại thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt

Các thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt có thể phân ra như sau:

1. Ru-lô gồm ống trục chuyển động quay đặt theo phương nằm ngang, trên ốngtrục gắn các tấm lá bằng thép như răng lược tạo thành hình như bàn chải trònđặt ngập trong nước từ 0,05 ÷ 0,3 m.

2. Tuabin dạng hình côn chuyển động quay quanh trục đứng

Tuabin hình côn cánh phẳng

118

Tuabin dạng đĩa cánh phẳng.

Tuabin dạng cánh quạt của bơm ly tâm.

Khi áp dụng các thiết bị làm thoáng bề mặt không phải trang bị máy nén khí,ống dẫn khí, van khóa và các thiết bị phân phối, không có hiện tượng tắc tríthệ thống phân phối, quản lý đơn giản, chỉ có khó khăn là định kì phải tra dầumỡ vào các ổ bi, các khớp chuyển động.

VII.3.3. Thiết bị làm thoáng kiểu rulô

1. Cấu tạo

Có 2 loại, kiểu rulô kiểu lồng chim và loại rulô kiểu tấm.

chiÒu dµi h÷u dông

Hình 7-5. Thiết bị làm thoáng bề mặt rulo kiểu lồng

a. Rulô kiểu lồng chim:

119

Gồm 2 đĩa bằng thép hàn vào 2 đầu của trục chuyển động nằm ngang ở trungtâm đĩa. Vành ngoài của đĩa hàn 12 thanh chữ T song song với trục chuyển độngở tâm đĩa. Trên 12 thanh chữ T gắn các tấm thép phẳng dài 15cm, rộng 5 cmcách nhau 5 cm, đường kính ngoài 0,7 m chiều dài rulô từ 3 đến 5 m (xem hình7-5).

3.60

4.90

TÊm h­íng dßng

1.75

TÊm h­íng dßng

A = 4.0 m

3m 3m

3m

6m

3m

Rulo tÊm ph¼ng

a)

c)

b)

d)

0.52m Rulo tÊm ph¼ng 1.0m

2

Hình 7-6. Đặt thiết bị làm thoáng dọc theo chiều nước chảy trong bể

b. Rulô kiểu tấm phẳng:

Gồm trục chuyển động, trên chu vi trục hàn các tấm thép phẳng rộng 5 cm cáchnhau 5 cm tạo thành hình bàn chải tròn đường kính 0,5 ÷ 1 m dài từ 2,5 đến 9 m.

2. Lắp đặt

Thiết bị làm thoáng kiểu rulô được lắp đặt trong các bể aerotank có dòng chảy đều:chiều dài gấp nhiều lần chiều rộng.

a. Đặt sát tường dọc ở một phía của bể:

Mặt cắt ngang của bể là hình chữ nhật hoặc hình bán nguyệt. Thiết bị quay tạo rachuyển động xoáy ốc của nước vuông góc với hướng dòng chảy của nước trong bểtạo ra cường độ khuấy trộn mạnh. Để ép các bọt khí đi xuống đáy bể, trong bể đặtcác tấm hướng dòng (xem hình 7-6). Khi dùng rulô kiểu tấm phẳng có thể tăngchiều rộng của bể lên gấp đôi chiều sâu. Chiều sâu hạn chế ở mức h ≤ 3,5 m.

b. Đặt vuông góc với dòng chảy:

Ở các bể aerotank có cấu tạo các hành lang mặt cắt hình chữ nhật, và các mươngoxy hóa có mặt cắt ngang hình thang, các thiết bị làm thoáng rulô kiểu tấm phẳng

120

được đặt vuông góc với chiều nước chảy trong bể (xem hình 7-7). Để đảm bảo trộnđều nước trên toàn bộ tiết diện ngang và tạo ra dòng chảy dọc bể đủ lớn 0,3 ≤ Vdọc ≤0,5m để tuần hoàn nước trong bể, chiều sâu bể thường bị hạn chế ở mức h ≤ 3,5 mđối với bể kiểu hành lang tiết diện chữ nhật và h ≤ 1,8 m đối với mương oxy hóa tiếtdiện hình thang.

X¶

BÓ l¾ng

TuÇn hoµn bïn

N­íc th¶i

a) BÓ aerotank kiÓu hµnh lang tiÕt diÖn ch÷ nhËt

b) M­¬ng oxy hãa

Hình 7-7. Đặt thiết bị làm thoáng vuông góc chiều nước chảy trong bể

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất hòa tan oxy của thiết bị

a. Vận tốc tiếp tuyến của rulô Vt : giá trị tối ưu 1,8 < Vt < 3 m/s.

b. Độ sâu ngập nước của tấm cánh 0,04 < hi < 0,3 m.

c. Hình dạng và kích thước bể.

Năng suất hòa tan oxy vào nước có thể tính theo công thức

OC = Kr.Vtβ.hi (7-4)

Kr: Hằng số phụ thuộc vào kết cấu của thiết bị và kích thước bể

β: Hệ số mũ.

Đối với bể kiểu hành lang mặt cắt ngang hình vuông 3 x 3 m có lắp tấm hướngdòng, thiết bị kiểu rulô tấm phẳng đường kính 0,52 m.

Kr = 1,33; β = 2,6: 0,04 ≤ hi ≤ 0,14 m

4. Công suất hòa tan oxy của thiết bị

Qua công tác thực nghiệm với nhiều kiểu thiết bị làm thoáng trong bể có hình dángvà kích thước khác nhau Giáo sư H.S Popel Trường Đại học Delf Hà Lan đã đưa racông thức thực nghiệm để tính công suất hòa tan oxy vào nước cho 1 m chiều dàicủa thiết bị.

121

a. Rulô kiểu tấm phẳng đặt trong bể (hình 7-6b) diện tích mặt cắt ngang 6,5 m2.Rulô dài 0,8 m trên 1 m chiều dài của bể, đường kính 0,5 m, n = 120 vòng/phút,0,05 m ≤ hi ≤ 0,2m.

OC = - 0,070 + 3,8 hi gr O2/m.s

OC = - 0,25 + 13,6 hi kg O2/m.h

c. Rulô kiểu lồng chim, đường kính 0,7 m, n = 75 vòng/phút

OC = - 0,61 + 9,1 hi gr O2/m.s

OC = - 0,4 + 42,0 hi kg O2/m.h

0,2 m ≤ hi ≤ 0,3 m

Công suất tiêu thụ điện trung bình 0,55 mg O2/J hay 2 kg O2/kWh.

Ví dụ: Công suất hòa tan oxy vào nước cần thiết để xử lý nước thải tính theo côngthức (6-16) là 50 gr O2/s. Dung tích 1000 m3.

Nếu chọn thiết bị làm thoáng rulô tấm phẳng đường kính 1 m độ sâu ngập nước 0,2m, n = 72 vòng/phút. Hỏi cần bao nhiêu cái và cách bố trí thiết bị làm thoáng trongbể ?

Giải

Áp dụng công thức (7-7) để tính tổng chiều dài rulô.

OC = [- 0,11 + 11,7 hi] Lr gr O2/s . Ta có:

50 gr O2/s = [- 0,11 + 11,7 x 0,2] Lr = (2,23 gr O2/m dài.s) Lr

50 22,52,23rL

Chọn 6 rulô tấm phẳng, chiều dài hữu dụng 1 cái 3,8 m.

Đặt trong hành lang chiều rộng : 1 3,8 1 4,8 .rb l m

Bể cấu tạo 2 hành lang chiều rộng bể:

B = 2b + 0,2 = 9,8 m

Chiều rộng bể: H = 3,5 m,

Chiều dài bể: L = 1000 : 9,8 = 29,1 m lấy tròn 30 m.

- Cách bố trí thiết bị làm thoáng trong bể (xem hình 7-7a)

VII.3.4. Thiết bị làm thoáng bề mặt kiểu tuabin

Thiết bị lắp đặt trên bề mặt bể và chuyển động quay quanh trục đứng. Khi làm việcthiết bị tạo ra dòng tuần hoàn theo chiều đứng do tuabin bơm nước từ chiều sâu củabể lên bề mặt và tạo ra chuyển động xoay ngang của nước trong bể theo chiều quaycủa tuabin. Thiết bị làm thoáng bề mặt kiểu tuabin lắp đặt ở tâm của bể có mặt bằnghình vuông hay hình tròn hoặc trong các bể có mặt bằng hình chữ nhật chiều dài là

122

bội số nguyên của chiều rộng thì ở tâm mỗi hình vuông có cạnh bằng chiều rộng bểđặt 1 tuabin.

Lợi dụng chuyển động xoay ngang của nước do tuabin tạo ra, thiết bị làm thoángtuabin còn được đặt trong các bể có cấu tạo hành lang theo kiểu mương oxy hóa(xem hình 7-8).

Hình 7-7. Mương oxy hóa công suất lớn với thiết bị làm thoáng tuabin

Công suất hòa tan oxy của thiết bị phụ thuộc vào :

- Kích thước tuabin, thường có đường kính từ 0,4 ÷ 4,5 m.

- Kiểu tuabin .

- Hình dáng và kích thước bể.

1. Tuabin dạng đĩa cánh phẳng

Tuabin dạng đĩa cánh phẳng gồm 1 đĩa kim loại, phía dưới hàn các cánh quạt tấmphẳng theo chiều bán kính của đĩa (hình 7-9). Khi chuyển động quay quanh trụcđứng, cánh quạt đưa nước từ tâm ra chu vi, ở giữa đĩa tạo thành chân không hútnước từ dưới lên.

Cách lắp đặt (xem hình 7- 9b).

123

1. Trôc quay2. C«n loe3. èng æn ®Þnh dßng4. C¸nh qu¹t tÊm ph¼ng

1. Tuabin ®Üa2. BÓ l¾ng3. èng dÉn bïn tuÇn hoµn4. èng dÉn æn ®Þnh dßng

b)

a)

14

2

3

4

1 2

3

4

I

h

0.5-

1.0c

m

Hình 7-9. Sơ đồ cấu tạo và lắp đặt tuabin làm thoáng dạng đĩa

Dưới sự chỉ đạo của Viện sĩ La Kovlev Khoa cấp thoát nước Trường Đại họcMixi Moscow đã chế tạo và đưa ra thị trường tuabin loại đĩa có đặc tính kỹ thuậtsau:

Bảng 7-5 : Đặc tính kỹ thuật của đĩa cánh phẳng

Đườngkính

tuabinđĩa (m)

Vòng quay

Sốcánhquạt

Kích thước cánhquạt (cm) Công

suấthữu ích(KW)

Công suất hòatan oxy (kg

O2/ngày.đêm)Vòng/phút

Vậntốc tiếptuyến(m/s)

Chiềucao h(cm)

Chiềudài l(cm)

0,5

0,7

1,0

133

95

67

3,50

3,50

3,50

6

8

12

14

14

13

17

20

21

1,2

2,4

3,4

80

170

230

124

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

48

38

22

27

24

22

21

3,75

3,95

4,25

4,50

4,60

4,76

4,95

16

18

18

24

24

24

24

14

15

18

17

18

20

22

25

30

37

35

40

47

52

7,5

11,8

18,1

26,5

38,5

52,5

75,0

550

800

1250

1860

2600

3500

4900

2.Tuabin gồm lõi hình nón ngược , bên ngoài hàn cánh phẳng hình chữ nhật từ tâmchóp nón đến đáy nón, phần ngoài chu vi đáy nón, cánh có tiết diện chữ nhật nằmngang (hình 7-10).

KÝch th­íc ®o b»ng cm

Nh×n tõ ®¸y lªn

228.8

13.3 51

.614

.7

MÆt bªn

Hình 7-10. Tuabin hình nón ngược cánh phẳng

Độ ngập nước tính từ mặt phẳng trên của đáy nón so với mực nước trong bể daođộng trong khoảng + 50 mm đến - 100 mm.

Đường kính tuabin chế tạo từ 0,4 ÷ 3,6 m, công suất hòa tan oxy từ 1 ÷ 180kg O2/h. Thiết bị đặt trong bể hình vuông chiều rộng gấp 2 đến 4 lần chiều sâu,chiều sâu bể lớn nhất 5m.

3. Tuabin hình nón ngược cánh cong

125

§iÒu chØnh ®é cao

§é ngËp

Mùc n­íc

a) C¸nh hëb) C¸nh kÝn

M« t¬ vµ hép sè

Xµ ®ì

M« t¬ vµ hép sè

Xµ ®ì

§iÒu chØnh ®é ngËp

§é ngËp

Mùc n­íc

Hình 7-11. Tuabin hình nón ngược cánh cong

Tuabin gồm lõi hình nón ngược bên ngoài hàn cánh cong hướng từ tâm nón đến đáy(hình 7-11 a) là tua bin cánh hở. Tua bin cánh kín (hình 7-11 b) phần dưới của cánhđược lồng vào côn thép hình nón cụt để tăng cường lưu lượng tuần hoàn từ đáy bể.Đặc tính kĩ thuật và công suất của thiết bị chọn theo Catalo của nhà sản xuất.

4. Tuabin dạng ống phun

Tua bin dạng ống phun gồm ống dẫn đường kính (d), chiều cao (h) gắn với trụcquay thẳng đứng. Trên ống dẫn hàn các ống phun nước có độ dốc nghiêng 15o

hướng từ tâm ra

Chu vi. Dưới đáy các ống phun nước hàn các tấm thép phẳng hình tam giác(hình 7-12). Tuabin đặt ngập trong nước đến mép dưới của ống phun.

Tuabin dạng ống thường có đường kính Dc từ 1m đến 3,6m công suất hòa tanoxy vào nước từ 6 đến 250 kg O2/h.

Kích thước bể tối ưu theo tỷ lệ Chiều rộng: Chiều sâu : Đường kính ngoài: Dc

từ 3:1:0,6 đến 4:1:0,67.

Vận tốc tiếp tuyến của đầu ống phun vt từ 3,5 đến 5 m/s.

126

Dc

a

d

h

Hình 7-12. Tuabin dạng ống phun

Bảng 7-6: Công suất hòa tan oxy và kích thước bể khi áp dụng thiêt bị làmthoáng bề mặt tuabin ống phun

Kích thước tuabin (mm) Côngsuất

hòa tanoxyOC

(gr/O2/s)

Kích thước bể

Dc D h Ống phun Rộng (m) Sâu (m) Thể tích (m)

Sốlượng

Đườngkính (a)

1000

1150

1350

1600

1900

2250

2650

3100

3600

350

400

470

500

620

770

900

1000

1200

500

550

650

800

950

1100

1300

1500

1800

6

6

6

8

8

8

8

10

10

133,0

139,7

159,0

139,7

159,0

193,7

216,0

216,0

219,1

1,9

2,6

4,9

7,2

12,0

19,4

35,0

49,0

70,0

5-6,2

5,8-7,1

6,8-8,4

8,0-10,0

9,5-11,8

11,3-14

13,3-16,4

15,5-19,2

18-22,5

1,5-2,0

1,5-2,2

1,6-2,6

1,9-3,0

2,2-3,6

2,5-4,2

3,0-4,8

3,5-5,0

4,0-5,2

37,5-76,5

50,0-110,0

73,0-185,0

122,0-300,0

198,0-500,0

320,0-825,0

530,0-1290,0

840,0-1930,0

1295,0-2600,0

5. Tuabin vận tốc lớn đặt trên phao nổi

Tuabin gồm cánh bơm có tốc độ quay lớn gắn với trục quay thẳng đứng củađộng cơ, phía dưới có 1 đoạn ống hút. Toàn bộ thiết bị đặt trên phao nổi hình trònlàm bằng thép không rỉ hoặc bằng composit có sợi thủy tinh tăng cường. Khi làmviệc bơm hút nước từ dưới bể, đẩy dọc theo trục có tấm hướng dòng hình xoắn ốc

127

làm tung nước ra xung quanh (hình 7-13). Đường kính phao từ 1-1,3m. Công suấthào tan oxy từ 7-9 kg O2/h. Thiết bị đặt trong bể có chiều sâu từ 3,5-4,5m phụ thuộcvào kích thước tuabin (xem bảng 7-7)

Hình 7-13: Công suất hòa tan oxy của tuabin phao

Bảng 7-7: Công suất hòa tan oxy của tuabin phao

Đường kính

phao (m)

Công suất

(KW)

Số vòng quay

(vòng/phút)

Công suất hòa

tan oxy OC=gr

O2/s

Hiệu suất điện

OE=mg O2/W

1,68

1,98

3,32

4,5

17,0

40,0

1200

1200

900

1,9

7,2

17,2

0,44

0,42

0,43

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất hòa tan oxy của thiết bị làm thoáng bềmặt

Các thiết bị làm thoáng bề mặt khi hoạt động tạo ra hai quá trình để hòa tanoxy vào nước.

Quá trình thứ nhất: bơm nước từ chiều sâu của bể lên bề mặt, tạo ta màngmòng và giọt nhỏ tiếp xúc với không khí.

Quá trình thứ hai: hút các bọt khí trên bề mặt xuống sâu và tuần hoàn lại nước.

Thiết bị đặt ở các bể có kích thước hạn định sẽ xảy ra cả hai quá trình này; khithiết bị đặt trong hồ quá lớn, quá trình thứ 2 là rất nhỏ không đáng kể.

Công suất hòa tan oxy của các thiết bị làm thoáng bề mặt kiểu tuabin trục đứngnhư đã nêu có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

128

2 3(1 )c i iOC K K h D v (gr O2/s) (7-8)

Trong đó:

Kc: Hệ số phụ thuộc vào kích thước bể và cấu tạo của tuabin, thường dao độngtừ 0,014-0,028 đối với các bể có kích thước hạn định.

ki: Hằng số tính đến chiều sâu ngập nước của tuabin thường thì từ 1,9 đến 3,3.

D: Đường kính của tuabin (m).

v: Vận tốc tiếp tuyến của mép ngoài cánh tuabin (m/s)

hi: Độ ngập nước của tuabin (m)

VII.3.5. Năng lượng cần thiết để khuấy trộn

Các thiết bị làm thoáng đặt trong bể aeroten không những phải đảm bảo tuầnhoàn nước để hòa tan đều đủ lượng oxy cần thiết cho quá trình làm sạch nước thảimà còn phải cấp năng lượng đủ để khuấy trộn nước cho bùn hoạt tính phân tán đềutrong nước và không bị lắng xuống đáy.

- Trong các bể làm thoáng bằng sục khí phải thực hiện đúng 2 điều kiệnđể đảm bảo khuấy trộn đủ:

+ Điều kiện thứ nhất: Chọn kích thước bể và bố trí thiết bị trong bể phải hợp lýđể tạo ra dòng chuyển động xoay tuần hoàn trong toàn bộ thể tích bể.

+ Điều kiện thứ 2: Cường độ thổi khí đối với dàn ống xương cá bố trí dọc hoặcngang bể phải lớn hơn hoặc bằng 1800 m3/h khí cho 1000 m3 nước hay 1,8m3/h khí/ 1 m3 nước. Đối với đĩa phân phối hoặc ống đứng đặt đều theo diệntích bể cường độ tối thiểu 1 m3/h không khí /1 m3 thể tích bể.

- Khi làm thoáng bằng thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt (tuabin) đặt ởtrung tâm một ô vuông của bể.

Năng lượng cần thiết để khuấy trộn kiểm tra theo bảng 7-8.

- Khi làm thoáng bằng thiết bị quay trục ngang kiểu rulo đặt trong cácmương oxy hóa, vận tốc nước chảy tuần hoàn trong mương phải từ 0,25m/s đến 0,3 m/s

- Việc truyền năng lượng đều vào nước để đảm bảo khuấy trộn đều phảiđược đặc biệt chú ý khi thiết kế các hồ làm sạch hiếu khí.

Bảng 7-8: Năng lượng cần thiết để khuấy trộn nước khi đặt thiết bị làm thoángbề mặt kiểu tuabin

Công suất tuabin (KW)Kích thước bể

Chiều cao (m) Chiều rộng (m)

7,5

15

3-3,7

3,7-4,2

9,0-12,0

10,5-15,2

129

22,5

30

37,5

55

75

4-4,6

4-5,2

4,2-5,5

5-6,0

5-6,2

12,0-18,0

13,7-20,0

14,0-22,0

17,5-28,0

18,0-27,0

VII.3.6. Lựa chọ kích thước hình học của bể aerotank

Bể aerotank thường làm bằng BTCT, mặt bằng là hình chữ nhật, bên trong có

thể xây tường ngăn kểu hành lang cho nước chuyển động đều.

- Khi nhà máy xử lý nước thải có công suất lớn hơn 1000 m3/ ngày nên xây

dựng 2 bể để dễ dàng cho quản lý.

- Khi dùng hệ thống thổi khí, chiều sâu bể lấy từ 4-7 để tăng cường khả năng

hòa tan của khí. Chiều cao dữ trữ trên mặt nước của thành bể từ 0,3- 0,5m.

- Khi dùng hệ thống phân phối khí kiểu xương cá đặt dọc thành bể, để đảm

bảo tạo ra dòng xoay tuần hoàn dọc bể tỷ số giữa chiều rộng : chiều sâu là 1,5:1.

Nếu bể có kích thước lớn thì xây tường ngăn trong bể tạo ra các hành lang có dòng

chảy đều theo đường zíc-zắc. Tỷ số chiều dài trên chiều rộng của hành lang chọn

không nhỏ hơn 5:1.

- Khi dùng hệ thống phân phối khí đặt ngang vuông góc với chiều dài bể hay

hệ thông phân phối đều theo diện tích bể thì không cần hành lang nhưng phải đặc

biệt chú ý đến cường độ khuấy trộn tại các góc bể tránh bùn lắng.

- Khi dùng thiết bị có khí làm thoáng bề mặt, tốt nhất là 1 bể 1 thiết bị đặt tại

tâm bể (aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh).

- Khi đặt nhiều thiết bị trong một bể, chọn tỷ số chiều dài trên chiều rộng

bằng số thiết bị đặt trong bể và đặt tại tâm mỗi ô vuông. Kích thước bể chọn theo

bảng (7-8). Chiều cao dự trữ của thành bể trên mặt nước lấy từ 0,8-1,2 m.

- Trong bể phải có van tháo khô và hố xả bùn. Khi nhà máy có nhiều bể hoạt

động, phải có thiết bị chia đều nước vào các bể và phải có van cách ly từng bể.

- Trong quá trình hoạt động, trên bề mặt bể aerotank thường có váng bọt,

những váng bọt này ngăn cản nước tiếp xúc với không khí, do đó cần thiết kế hệ

130

thống vòi phun nước trên mặt bể để làm tan bọt nổi trong bể. Dàn ống phun nước

đặt ở phía thành bể có gió thổi dồn bọt lại.

- Trong quản lý nếu phát hiện ở bể lắng đợt 2 có hiện tượng từng đám cặn

nổi lên, phải kiểm tra các chỉ tiêu làm việc của bể aerotank, bởi vì cặn nổi lên là do

vi khuẩn dạng sợi lông filamentous, có tỷ trọng bằng tỷ trọng của nước, phát triển

mạnh, kết thành dám filamentous có thể áp dụng các biện pháp sau:

1. Kiểm tra cường độ làm thoáng để thay đổi lượng oxy hào tan trong bể.

2. Cho clo vào dọng tuần hoàn với liều lượng thích hợp.

3. Thay đổi điểm đưa nước thải vào bể aerotank để thay đổi tỷ số F/M.

4. Bổ sung chất dinh dưỡng N, P và viết các kim loại cần thiết cho vi khuẩn

chính phát triển.

131

CHƯƠNG VIII

BỂ AEROTANK LÀM VIỆC THEO MẺ KẾ TIẾP VÀ MƯƠNG OXY HÓAVIII.1. Bể aerotank làm việc theo từng mẻ kế tiếp

Bể aerotank làm việc theo từng mẻ kế tiếp để xử lý nước thải được thực hiệntheo 5 giai đoạn kế tiếp nhau (hình 8-1)

N­íc th¶i

Bïn ho¹t tÝnh

Bïn

N­íc trong

Bïn

3

2

1 4

5

Hình 8-1 Sơ đồ làm việc của bể aerotank theo mẻ kế tiếp

Giai đoạn 1: Đưa nước thải vào bể. Nước thải đã qua song chắn rác va bể lắngcát, tách dầu mỡ, tự chảy hoặc bơm vào bể đến mực định nước bằng rơlephao. Rơle phao phát iens hiệu tự động van hoặc bơm cấp nước vào

Giai đoạn 2: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sụckhí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước để khuấy trộn đều hỗn hợp.Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, yêu cầu về mức độxử lý.

Giai đoạn 3: Lắng trong nước: quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh,hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thườngkết thúc sớm hơn 2 giờ.

132

Giai đoạn 4: Tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn tiếpnhận. Ở các nhà máy công suất nhỏ, có thể dùng ống khoan lỗ, đặt dọc 2thành bể để lấy nước ra sao cho cặn không bị kéo ra ngoài.

Ở các nhà máy nước lớn nên đặt hệ thống máng thu nước trêncác phao nổi, để xả nhanh nước ra nguồn tiếp nhận.

Giai đoạn 5: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thờigian vận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vàobể do người thiết kế quyết định. Ở những nhà máy có dòng chảy đều có thể bốtrí lịch hoạt động để rút thời gian xuống gần bằng 0.

Khi thiết kế bể aerotank hoạt động theo từng mẻ kế tiếp, không cần xây dựngbể lắng đợt 1 và bể lắng đợt 2. Nước thải chỉ cần qua song chắn, bể lắng cátvà tách dầu nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể. Số lượng bể, thời gian nạp vào từngbể phụ thuộc vào công suất và sự dao động theo giờ của lưu lượng nước thảido người thiết kế tính toán để quyết định. Bể aerotank làm việc theo mẻ liêntục có ưu điểm là khử được các hợp chất chứa nito, phôtpho khi vận hànhđúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí.

Thí dụ 1: Thiết kế bể aerotank hoạt động theo mẻ kế tiếp để xử lý nước thảicủa thị xã, công suất 4000 m3/ngày. Nước thải chảy về trạm xử lý trong suốt 24 giờ.

1. Chỉ tiêu chất lượng nước thải:

a. Hàm lượng cặn lơ lửng 200mg/l

b. Hàm lượng chất hữu cơ bay hơi trong cặn lơ lửng 150 mg/l

c. Nhiệt độ nước thải trung bình về mùa đông 200C

d. Hàm lượng BOD5 dao động theo ngày trong tuần:

Ngày BOD5 trung bình ngày (mg/l)

1

2

3

4

5

6

7

250

400

400

400

400

250

250

2. Các chỉ tiêu thiết kế

a. Thời gian tích nước vào bể 12 giờ, thời gian làm thoáng 18 giờ, thời gianlắng tĩnh 3 giờ, thời gian xả nước trong 2 giờ (xả cặn dư trong thời gianchờ, hoặc thời gian lắng hoặc tháo nước).

133

b. Tỷ lệ F/M= 0,1 gr BOD5/1gr bùn hoạt tính lơ lửng MLVSS.

c. Độ tro của cặn Z= 0,2 hay cặn bay hơi bằng 0,8 cặn lơ lửng.

d. Hệ số động học Y= 0,65 gr/gr và Kd= 0,05 ngày-1

e. Nồng độ cặn được cô đặc trong phần chứa bùn phía dưới bể = 8000 mg/l(trong đó 0,8x8000=6400 mg/l là bùn hoạt tính).

f. Tỷ trọng của cặn : 1,02.

g. Chọn 60% thể tích bể chứa nước trong tháo đi mỗi ngày.

h. Bể sâu 6,8 m tường dự trữ 0,5m lỗ ống phân phối gió đặt trên đáy 0,3m. Độngập của ống gió 6 m (có thể dùng thiết bị làm thoáng tuabin đặt trên phaonổi).

i. Xả cặn thực hiện tuần (7 ngày) 1lần.

j. Hàm lượng BOD5 đầu ra 20 mg/l xả ra nguồn (loại A), cặn lơ lửng 20 mg/l,trong đó 65% là cặn hữu cơ BOD21.

k. BOD5 = 0,68 BOD21.

l. BOD21 trong tế bào bằng 1,42 nồng độ tế bào đã chết.

m. Trong nước thải có đủ N, P và vết các kim loại cần thiết cho tế bào pháttriển

Yêu cầu xác định:

1. Số lượng bể trong nhà máy.

2. Lưu lượng gió và số thiết bị làm thoáng.

3. Lượng cặn tích lũy sau 7 ngày (cặn cần xả).

4. Xác định chiều cao lớp nước đã lắng trong bể.

Giải:

1. Trong nhà máy thiết kế 2 bể làm việc kế tiếp nhau chu kỳ phân đoạn thờigian làm việc của từng bể như sau.

2. Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước đã xử lý:

BOD5 đầu ra = BOD5 hòa tan + BOD5 chứa cặn lơ lửng.

BOD5 chứa trong 20 mg/l cặn lơ lửng đầu ra:

- Cặn hữu cơ : 0,65 x 20 mg/l = 13,0 mg/l = BOD21

- BOD21 bị oxy hóa thành cặn : 1,42 x 13,0 = 18,5 mg/l.

- Lượng BOD5 bằng 68% BOD21 =0,68 x 18,5 = 12,6 mg/l.

- Lượng BOD5 hòa tan khi ra khỏi bể = 20 – 12,6 = 7,4 mg/l.

3. Tính thể tích cần thiết của 2 bể aerotank:

134

334000m /ngàyV = = 6666m

0,6

Dung tích 1 bể : 6666 : 2 = 3333 m3

Chiều cao chứa nước và chứa cặn của bể theo đầu bài H= 6,3 m.

Diện tích bể V = 2 23333 529 5306,3

m m

Bể hình vuông có cạnh : a x a = 23 x 23 m, 2 bể 46 x 23 m.

4. Xác định nồng độ bùn hoạt tính cần thiết duy trì trong bể:

Áp dụng công thức:

0 0QS QSv = hay X =F FX( ) vM M

Q = 4000 m3/ ngày (2 bể).

S0 = 250 mg/l.

V = 6666 m3.

F/M = 0,1 gr BOD5/1 gr bùn hoạt tính.

a. 4000 250 1500 / .6666 0,1

xX mg lx

b. Nồng độ bùn cặn thực trong bể:

c. Khống lượng bùn hoạt tính cần có trong bể (không xả đi)

Gbùn = 6666 x 1500.10-3 = 9999 kg.

e. Khối lượng bùn cặn trong bể:

Gcặn = 6666 x 1925 = 12 832 kg.

5. Tính thể tích bùn choán chỗ sau 7 ngày làm việc (trước khi xả):7

7 01

/ 0,8n nn

G G Px SS

G0: Lượng bùn cần duy trì trong bể sau mỗi lần xả.

Pxn: Lượng bùn sinh ra trong ngày thứ n của 7 ngày.

SSn: Lượng cặn hữu cơ đi vào bể mỗi ngày.

G0 = 12 832 kg

Pxn = Y(S0 – S)Q – Kd x Gn-1

Ngày thứ nhất:3

1 0,65 (250 7, 4) 4000 10 0,05 9999 130,67Px x x x x kg

135

31 (250 150) 4000 10 200SS x x kg (không thay đổi)

Tổng bùn cặn sau ngày thứ nhất:

1 0 1 1/ 0,8G G Px SS

G1 = 13 832 + 130,76 : 0,8 +200 =13 195 kg

Ngày thứ hai:3

2 0,65 (400 7, 4) 4000 10 0,05 (9999 130,7) 513Px x x x x kg

2 1 2 2/ 0,8G G Px SS

G2 = 13 195 + 513 : 0,8 +200 =14 036 kg

Bằng các tính cộng dồn như đã làm cho ngày thứ hai. Ta có tổng lượng bùntrong bể đến ngày thứ 7: G7 = 15 936 kg

6. Thể tích bùn choán chỗ khi cô đặc đến 8000 mg/l hay 8 kg/m3 và tỷ trọngbùn là 1,02

3ùn

15936 19521,02 8b

kgv mx

Chiều cao bùn trong bể:3

2

1952 1,842 530

bb

v mh mF x m

7. Chiều cao phần nước trong đã lắng trên lớp bùn

hn = 6,3 – 1,84 = 4,46 m

Chiều cao phân nước trong phía trên bùn theo tính toán hay là độ sau của ốngrút nước ra: h = 0,6 x 6,3 = 3,78 m.

Như vậy nếu sau 7 ngày xả bùn 1 lần:

Chiều cao lớp nước đã lắng trên mặt bùn ở ngày thứ 7 là 4,46 m.

Chiều cao lớp nước trong xả đi hàng ngày: 3,78 m.

Phần nước trong dự trữ dưới ống khoan lỗ thu nước để khỏi kéo cặn ra:

Hdự trữ = 4,46 – 3,78 = 0,68 m

8. Tính lượng oxy cần thiết để khử BOD5.3

0( ).10 1,42oQ S SOC P

f

a. Ngày có S0 = 400 mg/l.-3

o4000(400 - 7,4).10OC = - 1,42x513 = 1,581 kg/ngày

0,68

b. Ngày có S0 = 250 mg/l.

136

34000(250 7,4).10 1,42 130,7 1,241 / ày0,68oOC x kg ng

Nhiệt độ nước 200C

Nồng độ oxy bão hòa Cs = 9,02 mg/l

Nồng độ oxy duy trì trong bể khi làm thoáng C = 2 mg/l.

Lượng oxy thực tế cần:

ax 0 ax9,02. 1,581 2,031 / ày

9,02 2s

tm ms

COC OC x kg ngC C

min 0min9,02. 1,241 1,594 / ày

9,02 2s

ts

COC OC x kg ngC C

9. Tính lượng không khí cần thiết

Dùng hệ thống phân phối khí có bọt khí kích thước trung bình với 0,7 ,năng suất hòa tan oxy của thiết bị OU = 7 grO2/m3 không khí cấp vào ở độ ngập 1 m(bảng 7-2)

3tmaxkhimax

OC 2031x1000Q = = = 48357m /ngàyOU.h 7x6

3tminkhimin

OC 1594x1000Q = = = 37952 m /ngàyOU.h 7x6

10. Cấu tạo dàn ống

Trong mỗi bể đặt 2 dàn ống xương cá, cách nhau 11,5 m và cách thành bể:11,5/2= 5,75 m. Dàn ống xương cá gồm ống chính và các ống nhánh dài 1m đặtvuông góc với ống chính cách nhau 0,3 m. Đáy ống khoan lỗ D5, cách nhau 10cmthành 1 hàng dọc. Số lỗ trên 1 ống nhánh n1 = 10 lỗ. Số ống nhánh trong 1 dàn ốngnô = 23/3 =76 ống.

Số lỗ trên 1 dàn ống 10 76 760tn x lỗ

Diện tích lỗ D5, flỗ = 19,625 x 10-6 m2

Tổng diện tích lỗ trên 1 dàn ống 6 3 2ô 760 19,625 10 147,915 10lf x x x m

Lưu lượng không khí QR min trên 4 dàn ống

3min

37952 0,4393 /24 3600KQ m s

x

Vận tốc khí qua lỗ:3

min 3 2

0,4393 / 7,4 /14,915 10 4 ànk

m sv m sx m x d

Chấp nhận được vK max = 7,4 x 1,2 =10 m/s

VIII.2. MƯƠNG OXY HÓA

137

VIII.2.1. Giới thiệu

Mương oxy hóa là dạng cải tiến bể aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh làm việctrong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng trong nước thảichuyển động tuần hoàn liên tục trong mương (hình 8-2)

Mương oxy hóa lần đầu tiên được áp dụng ở Hà Lan vào năm 1950 do Việnnghiên cứu Public Engineering dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Pasveer thực hiện.Đến nay, do tính hiệu quả của công trình, mương oxy háo dược cải tiến thành nhiềudạng và áp dụng rất rộng rãi, nhất là đối với các trạm công suất nhỏ.

VIII.2.2. Chỉ tiêu thiết kế va phạm vi áp dụng

Khi thiết kế mương oxy hóa, áp dụng các công thức tính toán bể Aerotank đểxác định thể tích của mương theo các thông số sau:

- Tỷ số FM

(kg BOD5 /kg bùn hoạt tính ngày): 0,04- 0,1

- Nồng độ bùn hoạt tính X (mg/l): 2000- 5000.

- Hệ số tuần hoàn bùn: tQQ

: 1- 2

- Thời gian nước trong mương: VQ

(giờ): 24- 36

- Thời gian lưu bùn c (ngày): 15- 50

138

20006000 6000

14000

3000

Phßng ®iÒu khiÓn

Hè ga cuèi

N­íc vµo

L­íi ch¾n vµ tr¹m b¬m

Tuabin lµm tho¸ng bÒ mÆt

Bïn tuÇn hoµn X¶ bïn

BÓ c« ®Æc bïn

S©n ph¬i

MÆt ®Êt

Mùc n­íc

M¸y b¬m

BÓ l¾ng ®ît 2

Phßng b¬mPhßng m¸yPhßng ®iÖn

L¸t ®¸ hoÆc tÊm BT

L¸ng v÷a xi m¨ng hoÆc nhùa

BÓ l¾ng ®ît 2

M­¬ng oxy hãa

Hình 8 - 2. Sơ đồ mương oxy hóaa) Kết cấu bằng BTCT

b) Mương đào trong đất

- Tốc độ Nitrat hóa N (mg TKN/mg bùn ngày): 0,2- 0,8

- Tốc độ khử Nitrat DN (mg NO3/mg bùn ngày ở 200C): 0,1- 0,4

- Vận tốc của hỗn hợp chảy tuần hoàn trong mương: 0, 25 0,3 /v m s

Thể tích mương oxy hóa là tổng thể tích của vùng (oxic) hiếu khí để khử BOD5

và oxy hóa NH+4 thành NO-

3 V1. Và thể tích của vùng thiếu khí (Anoxic) đểkhử NO-

3 thành khí N2, V2

- Thể tích vùng hiếu khí V1 chọn trị số lớn nhất trong 2 trị số sau:

139

5

0BOD

QSV =F XM

3NON N

m(N)QV =ρ X

+ Q: Lưu lượng cần xử lý (m3/ngày).

+ FM

: Tỷ số gr BOD5/gr bùn ngày.

+ N : Tốc độ oxy hóa NH+4 thành NO-

3 xem bảng 5-3 hoặc ví dụ 2.

+ XN : Nồng độ bùn hoạt tính đối với vi khuẩn oxy hóa NH+4

.N NX X f mg/l (bảng 3)

+ X : Nồng độ bùn hoạt tính (mg/l).

+ DN : Tốc độ khử NO-3 thành N2 (mg NO-

3/mg bùn hoạt tính).

+ (N): Tổng hàm lượng nito trong nước thải (mg/l).

+ (NO3) : Hàm lượng NO3 mg/l = m(N)

+ m: tỉ lệ khử NH+4 thành NO-

3

+ n: Tỉ lệ khử NO3 thành khí N2

- Công suất nước cần xử lý để tính thể tích mương oxy hóa và bể lắng đợt 2là công suất ngày lớn nhất Qmax ngày.

- Công suất tính thiết bị xử lý bùn, bơm tuần hoàn bùn, bể cô đặc bùn, sânphơi bùn hoặc máy ép bùn là công suất ngày trung bình Qtb ngày.

- Lượng bùn sản ra hàng ngày G = Q(0,6SS + 0,3 BOD5) do thời gian làmthoáng kéo dài, bùn lưu trữ lâu trong mương oxy hóa nên bùn tháo ra từbể lắng đợt 2 tương đối ổn định, không cần xử lý ổn định tiếp, có thể đưathẳng ra sân phơi bùn hoặc vào máy làm khô bùn.

- Bể lắng đợt 2 được thiết kế với các chỉ tiêu:

+ Tải trọng bề mặt : 8- 12 tính theo m3 nước xử lý /m2 bể lắng ngày.

+ Chiều sâu bể lắng: 3- 4 (m).

+ Thời gian lắng : 6- 12 giờ.

+ Tải trọng lắng thu: 25- 30 m3/m dài của máng.ngày.

Do mương oxy hóa có hiệu quả xử lý BOD5. Nito, photpho cao, quản lý đơngiản, thể tích lớn, ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượngcủa nước xử lý. Nên đã được áp dụng để xử lý nước thải ở những nơi ngoài việc xửlý BOD còn cần phải xử lý nito và photpho và có biên độ dao động lớn về lưu lượngvà chất lượng giữa các giờ trong ngày.

140

Mặt khác mương oxy hóa còn đòi hỏi diện tích lớn nên chỉ thích hợp ở nhưngnơi đất rộng.

VIII.2.3. Cấu tạo và hình dáng mương oxy hóa

- Ở các nhà máy xử lý nước thải công suất 32000 / àym ng nên đặt 2mương oxy hóa 2 bể lắng.

- Mương oxy hóa có thể bằng bê tông cốt thép, hoặc bằng mương thànhđất, mặt trong ốp đá, láng xi măng hoặc nhựa đường. Nếu mương đượclàm bằng vật liệu không phải là bê tông cốt thép thì tại chỗ đặt các thiếtbị làm thoáng cũng phải xây bằng bê tông cốt thép để đảm bảo độ bềnvà độ ổn định.

H­íng dßng Dßng ch¶y

Hình 8-3. Sơ đồ lắp đặt đường hướng dòng

- Mặt cắt ngang của mương có thể là hình chữ nhật (mương bê tông cốt thép), hìnhthang (mương đất ốp đá), độ dốc mái taluy (m) 2 thành bên tùy thuộc vào độ bền

của đất, thường 12

m .

- Chiều sâu H của mương tùy thuộc vào công suất bơm của thiết bị làm thoáng đểđảm bảo trộn đều bọt khí và tạo vận tốc tuần hoàn chảy dọc mương 0, 25 0,3V

m/s có thể chọn 1 4H m.

- Chiều rộng trung bình của mương thường tử 2 đến 6m.

- Ở những nơi không có đủ chiều dài, bố trí mương theo hình zíc zắc, tại khu vựchai đầu mương khi dòng nước đổi chiều, tốc độ nước chảy nhanh ở phía ngoài, chậmở phía trong làm cho bùn lắng lại, giảm hiệu quả xử lý, do đó phải xây các tườnghướng dòng tại 2 đầu mương để tăng tốc độ ở phía trong (Hình 8-3).

VIII.2.4. Thiết bị làm thoáng.

Trong một mương oxy hóa phải đặt ít nhất 2 thiết bị làm thoáng. Thôngthường, lượng oxy cần cấp cho mương oxy hóa nằm trong khoảng:

141

+ Để khử BOD cần: 1,2- 1,4 kg O2/l kg BOD5

+ Để khử nito cần : 4,75 O2/l kg nito.

Tổng hợp hai yêu cầu trên: Trong xử lý nước sinh hoạt lượng oxy cần thiết daođộng trong khoảng 1,8- 2,2 Kg O2 tính theo 1 kg BOD5. Trước khi thiết kế nên cósố liệu phân tích chất lượng nước va tính theo công thức để xác định nhu cầu oxyOC.

- Thiết bị làm thoáng đặt trong mương oxy hóa có thể la một trong 5 kiểu sauđây (xem hình 8-4).

Ví dụ:

Tính toán dung tích mương oxy hóa để xử lý nước thải:

Công suất Qmax ngày = 400 m3/ ngày.

pH = 7,2; T = 200C.

ax5BODm

= 450 mg/l;

min5BOD = 200 mg/l;

Tổng hàm lượng nitơ TKN = 72mg/l

Photpho P = 10 mg/l

Hàm lượng chất lơ lửng SS = 150 mg/l

Yêu cầu xử lý BOD5 = 20 mg/l

SS = 20mg/l

NH+4 = 0,5 mg/l

NO3 = 14 mg/l

142

Rul« trôc ngang

Tuabin trôc ®øng

Tuabin ch©n vÞt ®Æt xiªn 30 - 45

B¬m air-lift hoÆc b¬m n­íc

vµ b¬m khÝ nÐn ®ång thêi

Dµn khÝ nÐn vµ ch©n vÞt

b¬m n­íc ®Æt ngËp, vu«ng

gãc víi trôc ngang

0 0

Hình 8-4: Sơ đồ lắp đặt thiết bị làm thoáng trong mương oxy hóa

Giải:

1. Xác định dung tích mương hóa cần thiết khử BOD5

0

1QSV

F XM

143

0450 200 325 /

2S mg l

X = 3500 mg/l

0,1FM

1325 0,928

0,1 3500QV Q

x

2. Xác định dung tích mương oxy hóa cần thiết để Nitrat hóa

02 .N N

Q N NV

X

- N0 = 72 mg/l

- N = 0,5 mg/l

- ( )N

N

K NK N

- N = 0,5 mg/l

- N

N

KY

- NY = 0,16

-2

0ax

71,5 1,00,45 0,190,28 72 1,3 1,0N m

N O

N DOK N K DO

- 0,19 1,180,16

K

- 1,18 0,5 0,7560,28 0,5N

x

- N NX f X

- X = 3 500 mg/l

- 0

0 0

0,16( ) 0,16 (72 0,5) 0,090,6( ) 0,16( ) 0,6 (325 7,4) 0,16 (72 0,5)N

N N xfS S N N x x

- XN = 0,09 x 3 500 = 315 mg/l

- 3 32 .

ra

DN

NO NO QV

X

- 2(72 0,5) 0,3

0,756 315QV Q

x

144

Chọn dung tích vùng làm thoáng V1 để xây dựng mương vì khi khử hết BOD5

theo yêu cầu (V1 = 0,928Q) thì toàn bộ NH+4 sẽ được oxy thành NO3 (V2 = 0,3Q).

3. Xác định vùng thể tích Anoxic của mương để khử NO+3 thành N2.

NO3 = 71,5 mg/l

3raNO = 14 mg/l

0,1ND

X = 3 500 mg/l

3

71,5 140,165

0,1 3500Q

V Qx

Tổng dung tích mương oxy hóa:

V = V1 + V3 = 0,928Q + 0,165Q = 1,093Q m3

Thời gian lưu nước trong mương:

1,093 1,093QTQ

ngày = 26,23 giờ nằm trong khoảng 24- 36 giờ.

145

CHƯƠNG IX

BỂ LẮNG ĐỢT 2

Bể lắng đợt II có nhiệm vụ lắng trong nước ở phần trên để xa ra nguồn tiếpnhận và cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể để bơm tuầnhoàn lại bể aerotank. Như đã biết, nồng độ cặn C0 (g/m3) trong nước đi từ bểaerotank sang bể lắng đợt 2 thường lớn hơn 1000 mg/l. Ở nồng độ này các bông cặntiếp xúc nhau tạo thành các đám mây cặn, khi đám mây cặn lắng xuống, nước từdưới đi lên qua các khe rỗng giữa các bông cặn tiếp xúc với nhau làm hạn chế tốc độlắng nên gọi là lắng hạn chế.

Tốc độ lắng của đám mây các bông cặn phụ thuộc vào nồng độ và tính chấtcủa cặn.

Để xác định kích thước của bể lắng phải dựa vào số liệu thực nghiệm của vậntốc lắng theo nồng độ bùn và tính theo phương trình cân bằng dòng bùn trong bể.

IX.1. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN

Để rút ra công thức tính toán bể lắng đợt 2, xét sơ đồ làm việc của bể hình 9-1.

Q: Lưu lượng xử lý (m3/h).

Qt : Lưu lượng tuần hoàn (m3/h).

Phần trên của bể là vùng lắng trong,nồng độ cặn còn lại rất nhỏ có thể coiC0.

- Tại mặt cắt L là mặt phân chiaranh giới giữa 2 vùng, vùng lắng trong vavùng nén cặn, vận tốc đi xuống của cặn:

( / )L tv v v m h (9-1)

vL : Vận tốc lắng của cặn theo tronglực.

vt : Vận tốc đi xuống do dòng tuần

hoàn tt

QvS

(9-2)

S : Diện tích mặt cắt ngang của bể (m2).

Hình 9-1. Sơ đồ làm việc của bể lắng đợt 2

(Q + Q )C

C 0

Q

L

V = V + V

V = V

Q C

~ ~

P L t

d t

t t

L

t 0

C

T

146

Nồng độ cặn tại mặt cắt L là CL (g/m3).

- Tại mặt cắt T (sát đáy bể) : Vận tốc đi xuống của hạt cặn tại đáy: vd = 0 + vt.Ở đây giả thiết là hặt cặn không rơi tự do nữa mà chỉ chuyển động bằng vần tốcdòng nước rút ra.

- Nồng độ cặn là Ct

Không xét lượng cặn xả đi hàng ngày, phương trình cân bằng dòng cặn tronghệ thống được viết như sau:

0 . . . .t t p t tG Q Q C S C v S C v (9-3)

Từ (9-3) rút ra tiết diện của bể lắng:

0

.t

t t

Q Q CS

C v

Trong đó:

G : Khối lượng cặn (g/h)

Q : Lưu lượng nước thải xử lý (m3/h).

Qt : Lưu lượng tuần hoàn: tQ Q (m3/h).

: Hệ số tuần hoàn.

Ct : Nồng độ bùn ở đáy bể lắng hay nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn (g/m3).

vt : Vận tốc đi xuống do dòng tuần hoàn tạo ra (m/h).

Trong công thức chưa biết giá trị vt vì S chưa biết, cho nên phải tiến hành lắngthực nghiệm để tìm ra dòng cặn trên 1 đơn vị diện tích bể theo phương trình cânbằng (9-3)

.( ) .L L t t tC v v C v (9-5)

Thí nghiệm tiến hành như sau (xem hình 9-2):

147

h (m)

v

t (h)

L=

ht

Chi

Òu c

ao l¾

ng

N­íc trong

CÆn nhÑ ph©n t¸n

Vïng keo tô

Vïng c« ®Æc cÆn

MÆt ph©n chia L

Thêi gian l¾ng

Hình 9-2. Thí nghiệm tìm vận tốc lắng của mặt phân chia L

Cho hỗn hợp nước cặn vào ống lắng thủy tinh hình trụ có khắc độ, chiều caomực nước là h.

1. Đo chiều cao đã lắng hi của mặt phân chia L theo thời gian ti.

2. Đo nồng độ cặn tại mặt phân chia CLi ứng với mỗi thời điểm ti.

3. Lập bảng tính dòng cặn đã lắng

ti t1 t2 t3 t4 t5

CL.i CL.1 CL.2 CL.3 CL.4 CL.5

ii

i

h hvt

v L.1 v L.2 v L.3 v L.4 v L.5

.i Li LiG C v G1 G2 G3 G4 G5

Đem kết quả thực nghiệm vẽ lên biểu đồ tọa độ: Gi, Ci (hình 9-3)

148

G 3

2

1tg = - V

0 CL

GL

Ltg = Vt

Ci

G = V Ct

tt

G = V CL L L

C

T

Hình 9-3. Biểu đồ biểu diễn các dòng cặn trong quá trình lắng

1. Đường cong: .Li Li LiG v C

2. Đường biểu diễn: .ti ti tiG v C

3. Đường tổng: Li tiG G G

Đường cong (2) biểu diễn lượng cặn đi xuống do dòng tuần hòa kéo đi là

đường thẳng bởi vì vt là không đổi = tQS

Đường cong (3) biểu diễn tổng dòng cặn G có giá trị cực tiểu tại CL. Diện tíchbể lắng nhỏ nhất phải đáp ứng thu được dòng cặn cực tiểu GL này.

Để xác định GL trên đường biểu diễn (3) vẽ đường tiếp tuyến song song vớitrục hoành OCi đi qua điểm cực tiểu.

Điểm cắt của tiếp tuyến với trục tung Gi cho giá trị của dòng cặn cực tiều GL.Điểm cắt của tiếp tuyến với đường (2) tại T cho giá trị Ct. Đường nối Ct và GL tiếpxúc với đường cong (1) tại L, cho giá trị CL và vL.

Đường tiếp tuyến đi qua điểm cực tiểu song song với trục hoành OCi ta có:

0Li ti

i

G GdGdC dC

LiLi

dG vdC ; ti

tidG vdC không đổi.

0Li tiV v rút ra : Li tiV v (9-6)

149

Tại điểm cực tiểu hay tại mặt phân chia vùng lắng và vùng cô đặc cặn.

Thay giá trị tuyệt đối của Li tiV V ở công thức (9-6) vào công thức (9-5), rút ra:

12L tC C (9-7)

Từ công thức (9-4) và (9-6) ta có:

01.t L

Q CS

C v

(9-8)

Trong đó:

S: Diện tích mặt bằng của bể lắng (m2)

Q: Lưu lượng nước thải đưa vào xử lý (m3/h).

: Hệ số tuần hoàn (đã biết do tính bể aerotank).

C0: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank (g/m3) (đã biết).

C0: Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn (g/m3) (đã chọn trước).

vL: Vận tốc lắng của mặt phân chia (m/h) phụ thuộc vào nồng độ cặn CL vàtính chất của cặn, thường phải tiến hành thí nghiệm để xác định.

Trong trường hợp bể xây mới không có điều kiện thí nghiệm, có thể tính vậntốc vL theo công thức thực nghiệm của Lee- 1982 và Wilson- 1996:

6.10ax . LiKC

Li mv v e (9-9)

Trong đó:

axmv = 7m/s

K = 600 đối với cặn có chỉ số thể tích 50<SVI<150 là cặn thường gặp trong xửlý nước thải sinh hoạt.

IX.2. CẤU TẠO VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

IX.2.1. Kiểu bể lắng

- Bể lắng đợt 2 thường thiết kế dạng tròn (bể lắng đứng, bể radial) và dạng hình

chữ nhật (bể lắng ngang).

- Bể lắng ngang- chữ nhật thường có hiệu quả lắng thấp hơn bể lắng tròn bởi vì

cặn lắng tích lũy ở các góc bể thường bị máy gạt cặn khuấy động trôi theo dòng

nước đi vào máng thu nước ra của bể.

- Bể lắng tròn thường thiết kế đường kính từ 3-60 m, phổ biến nhất từ 6-40m, và

bán kính của bể không lấy vượt quá 5 lần chiều sâu phần hình trụ của bể.

150

- Bể lắng tròn có thể phân phối nước vào theo ống đứng đặt ở tâm bể và thu nước

ra bằng máng thu đặt vòng quanh chu vi bể, hoặc có thể phân phối nước vào bằng

máng xung quanh chu vi bể và thu nước ra bằng máng xung quanh ống đứng đặt ở

tâm bể.

- Trong bể phải có thiết bị gạt cặn quay quanh trục đặt ở tâm bể để gặt cặn lắng ở

đáy bể về hố thu cặn. Từ hố thu, cặn được xả bằng áp lực thủy tĩnh hoặc bằng bơm

hút bùn đưa ra ngoài (hình 9-4).

2.50

36.00

Hình 9-4: Sơ đồ bể lắng đợt 2 hình tròn xả cặn bằng phương pháp thủy tĩnh

- Bể lắng ngang đợt 2 hình chữ nhật thường có chiều dài lớn hơn hoặc bằng 5 lầnchiều rộng và chiều dài lớn hơn hoặc bằng 15 lần chiều cao lắng. Hố thu cặn thườngđặt ở đầu nước vào của bể. Thiết bị cào cặn có thể dùng các tấm gạt chuyển độngquanh rulo dạng xích tròn hoặc dùng cầu gạt chạy trên thành bể (hình 9-5)

Bể lắng đợt hai có thể dùng bể lắng lớp mỏng, lắng trong ống tròn, ống hình lụclăng, ống tiết diện vuông đặt nghiêngBể lắng đợt hai có thể dùng bể lắng lớp mỏng,lắng trong ống tròn, ống hình lục lăng, ống tiết diện vuông đặt nghiêng 600 so vớiphương năm ngang, kết hợp lắp đặt ngay trong mương oxy hóa

CIAQ360

1

151

Rßng räc quay

Mùc n­íc

M¸ng thu bät

V¸ch ng¨n M¸ng thu n­íc bÒ mÆt

Ra

M¸ng thu n­ícThu bät

Hè chøa cÆn

N­íc vµo

X¶ cÆnG¹t cÆn

CÇu trôc

a)

b)

X¶ cÆn TÊm g¹t

Vµo

Hình 9-5. Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang đợt 2

a) Gom cặn bằng tấm gạt

b) Gom cặn bằng cần gạt

IX.2.2. Các chỉ tiêu thiết kế

Khi thiết kế bể lắng đợt 2 nếu không có số liệu thí nghiệm chắc chắn tính theo côngthức (9-8) trước khi quyết định. Trong bảng (9-1) cho hai chỉ tiêu:

2.1 Tải trọng bề mặt QS

hay vận tốc đi lên của nước trong quá trình lắng hạn chế.

Chỉ tiêu này rất quan trọng bởi vì nước đi lên với vận tốc lớn hơn vận tốc lắng củacác bông bùn nhẹ, nước sẽ kéo chúng ra ngoài làm giảm hiệu quả lắng.

Lưu lượng để tính tải trọng bề mặt QS

(m/h) là lưu lượng nước đưa vào xử lý, vì lưu

lượng này quyết định vận tốc đi lên trong bể để vào máng thu, còn lưu lượng tuầnhoàn tQ đi xuống không làm ảnh hưởng đến kéo cặn lên trên.

2.2. Tải trọng cặn trên đơn vị điện tích bể 0( ).tQ Q CGS

g/m2h như đã dự tính để

bơm tuần hoàn lại bể Aerotank. Số liệu ở bảng 1 được công bố ở Mỹ và được lấy từbảng 10-12 của Wastewater Engineering của Metcalf & Eddy (1991)

152

Bảng 9-1: Chi tiêu thiết kế bể lắng đợt 2

Quy trình xử lý

Tải trọng bề mặt m3/m2

ngàyTải trọng bùn kg/m2,

ngày Chiềucao bể

(m)Ngày trungbình

Ngày caoĐiểm

Giờ trungbình

Giờ caođiểm

Sau bể Aerotank 16,4-32,8 41,0-49,2 3,9-5,85 9,75 3,7-6,1

Sau làm thoáng kéo dài 3,2-16,4 24,6-32,8 0,98-4,85 6,8 3,7-6,1

Sau bể lọc sinh học 16,4-24,6 41,0-49,9 2,95-4,85 7,8 3,0-4,5

Sau bể khử Nito 16,4-24,6 32,8-41,0 2,95-4,85 7,8 3,0-4,5

IX.2.3. Chiều cao bẻ lắng: chiều cao bể lắng gồm 2 phần:

- Phần nước trong nằm phía trên tính từ mép máng thu xuống đến mặt phầnchia thường lấy lớn hơn 1,5 m để đảm bảo có chiều cao lắng an toàn.

- Phần cô đặc cặn nằm dưới phải có đủ chiều cao để chứa đủ lượng cặn dôi ratrong các giờ cao điểm, chứa lượng cặn tích lại do hệ thống xử lý cặn ngừnglàm việc để sửa chữa trong vài ngày và có đủ thời gian để cô đặc và nén cặnđến nồng độ C1 mong muốn. Trong thực tế xây dựng ở Mỹ chiều cao bể lắngđợt 2 chọn theo số liệu cho trong bảng 9-1.

IX.2.4. Phân phối nước vào và rút nước ra

Thiết bị phân phối nước vào phải đảm bảo phân phối đều nước trên toàn bộ tiết điệnngang vùng lắng, giảm đến tối đa hiện tượng ngắn dòng tức chảy xuyên cục bộ.

- Ở bể lắng tròn phân phối nước ở tâm bể, phải thiết kế buồng phần phối. Buồngphân phối có đường kính từ 0,25-0,3 đương kính bể. Mét dưới đường phân phối đặtcao hơn mặt phân chia 2 vùng nước trong và cô đặc 0,2-,0,3m (xem hình 9-6b)

- Ở bể lắng ngang cấu tạo máng phân phối trên toàn bộ chiều rộng bể, trên mángphân phối nước vào có các lỗ phân phối. Vận tốc nước qua lỗ phân phối từ 7,5 cm/sđến 15cm/s phía ngoài lỗ phân phối đặt vách ngăn để giảm năng lượng của dòngnước đi ra khỏi lỗ phân phối và chia đều nước theo mặt cắt ngang của bể (xem hình9-6b)

- Hệ thống máng thu nước trong:

Ở các bể lắng tròn đường kính lớn, máng vòng thu nước đặt ở vị trí cách tâm từ 3/4đến 4/5 bán kính. Ở các bể nhỏ, máng thu nước đặt theo chu vi bể sát thành đứng.

Ở bể lắng ngang, máng thu nước bề mặt đặt ở cuối bể, tổng chiều dài máng tính theolưu lượng cho phép thu trên một mét dài của máng từ 250 m3/m dài ngày đêm đến

153

375 m3/m dài ngày đêm. Đối với bể công suất nhỏ lấy 125m3/m dài ngày đêm. Vậntốc đi lên ngày cạnh máng nằm trong giới hạn 3.7 đến 7.3 m/h.

Lç ph©n phèi

Buång ph©n phèi

a)

b)

Hình 9-6. Sơ đồ thiết bị phân phối nước vào bể

a) Bể tròn

b) Bể lắng ngang

Mét máng thu nước có vách thu hình răng cưa (chữ V) ngoài máng có váchngăn bọt nổi xem cấu tạo (hình 9-7).

TÊm thu n­íc h×nh r¨ng c­a

TÊm ng¨n bät næi

Hình 9-7. Sơ đồ cấu tạo máng thu nước ở bể tròn

154

Ví dụ: tính toán thiết kế bể Aerotank và bể lắng đợt 2 cho nhà máy xử lý nước thảicông suất Q=900m3/h=216000m3/ngày. Nước đã qua bể lắng đợt 1 , BOD5 còn lại=250mg/l, nhiệt độ 200C, BOD5 đầu ra yêu cầu 20 mg/l với điều kiện:

1. Độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,2

2. Nồng cặn trong dòng tuần hoàn C1= 10 000 g/m3 hay 8.000 g/m3 là cặn bayhơi

3. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank X=3500 g/m3

4. Thời gian lưu nước trong bể của bùn hạt tính 10c ngày.

5. Cặn lơ lửng đầu ra SS=22 mg/l chứa 65% cặn hữu cơ phân hủy BOD20

6. Bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào ~0, trong nước thải có đủ N, P và nồngđộ các kim loại nặng không vượt quá mức cho phép.

Giải:

I. Tính bể aerotank

1. Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nước đầu ra

Lượng BOD21 chứa trong cặn lơ lửng ra khỏi bể lắng:

a. BOD21 = 0,6522mg/l = 14,3 mg/l cặn sẽ bị phân hủy tiếp tục

b. Lượng BOD21 khi bị oxy hóa hết chuyển thành cặn lắng tăng lên 1,42lần 1,42 lần (lmg BOD21 tiêu thụ 1,42 mgO2)

b=14,21,42=20,3 mg/l

c. Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra.

C=20,30,68=13,8mg/l

d. Lượng BOD5 hòa tan còn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng.

d= 20-13,8 =6,2 mg/l

2. Tính hiệu quả làm sạch

Hiệu quả làm sạch theo BOD5 hòa tan.

250 6, 2 100 97,5%250

So SESo

3. Tính thể tích bể Aerotank

Áp dụng công thức (6-3)

( )(1 )

o c

d c

QY S SVX K

155

c =10 ngày

X= 3500mg/l

Q= 21600 m3/ ngày

Y=0,50g/g (tra bảng)

S0=250mg/l

S=6,2 mg/l

Kd=0,06 ngày-1

321600 0,5(250 6,2) 10 46943500(1 10 0,06)

V m

4. Tính lưu lượng cặn dư phải xả hàng ngày sau khi nhà máy hoạt đông ổn định

a. Hệ số tạo cặn từ BOD5

0.5 0,31251 1 0,06 10d c

YYbK

b. Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD53( ).10x b oP Y Q S S kg/ngay

30,3125 21600(250 6, 2.10 )xP kg/ngay

c. Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn Z=0,2:

1343 20571 0,2xlP

kg/ngay

d. Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi:322 / .10xa xlP P Q mg l

32057 21600.22.10P kg/ngay đêm

5. Tính lượng bùn xả ra hàng ngày Qxa từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàncặn

. .cxa t xa ra

VXQ C Q C

3

3 3

4694( ) 2500( / )10( / ày) 800( / ) 21600( / ày).200( / )xa

m mg lngayQ m ng mg l m ng mg l

3146( / ày)xaQ m ng

6. Tính hệ số tuần hoàn bỏ qua lượng bùn hoạt tính tăng lên trong bể

156

( ). .t t tQ Q X Q C

3500 /X mg l

0,78tQQ

Lượng tuần hoàn qt=0,78 Q=0,78.900=702m3/giờ.

7. Tính thời gian lưu nước trong bể aerotan

4694 0,217 5,2121600

V ngay gioQ

8. Tính lượng oxy cần thiết

a) Tinh lượng oxy cần thiết trong điều kiên tiêu chuẩn

( ) 1, 42ox

Q S SCo Pf

(không cần khử N)

Q=21600 m3/ngày

So=250mg/l

S=6,2mg/l

f=0.68

Px=1646 kg/ngày.

OCo=

2

21600 250 6,21.42 1646 5408 / à

0,68kgO ng y

b) Lượng oxy trong điều kiện thực ở 20oC

OC1= 20o

20 1

OC oSC

C C

Cs: là nồng độ hòa tan oxy trong nước ở Cs = 9,08 mg/l

C1: Nồng độ oxy duy trì trong bể aerotank C1=2mg/l

OC1=9,085408 6936 / ày

9,08 2kg ng

9. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank

a. 250 // 0,33 / .0,271 3500 /

So mg lF M mg mg ngayX ngay kg l

b. 250 6.2 / . ày0,217 3500

So S gr gr ngX

c. Tải trọng thể tích.

157

I:3

35

250 21600 10 1,15 /4694

S oQ kgBOD m ngayV

10. Tính lượng khôn khí cần

a. Nếu áp dụng hệ thống phân phối gió bọt khí lớn kiểu bơm airlift của trườngMixi hệ số =0,8

Công suất hòa tan oxy : OC=5,5 gr O2/m3 khí 1 mét sâu.

Thiết kế bể aerotank sâu 4 mét cột nước.

Tổng điện tích mặt bằng bể 1173,5m2.Xây dựng 2 bể.

Diện tích một bể : 1173,5:2=586,75m2

Bể xây hình chữ nhật chiều dài bằng 5 lần chiều rộng

5B2=586,75; B= 117,35 10,8 11m m

L=5 . 11 = 55m

b. Lượng không khí cần thiết:

Qkhi = tOCOCt h

tOC =6936 kg/ngay

OC =5,5 gr O2/m3 khí 1m sâu.

Hh= 3,8 độ ngập của lỗ phun.

Qkhi= 36936 1000 332000 /3,8 5,5

m ngay

Trong 1 bể đặt 5 bơm airlift lưu lượng khí cho mỗi bơm

Đường kính ống bơm airlift

D=0,00066 Q=0,00066 1384=0,95m

Bơm airlift đặt ở tâm mỗi hình vuông cạnh 1111m

c. Kiểm tra chỉ tiêu cấp khí:

- Lưu lượng khí cấp cho 1 m3 nước xử lý:

- Lưu lượng khí cần để khử 1 kg BOD

5 2 230

693,6 / / 28,9 /( ).10

khikBOD

Qq kg O ngay kgO hQ S S

333200 1384 /24 5 2bQ m h

158

11. Giữ nguyên cấu tạo của bể chọn thiết bị làm thoáng bề mặt

Công suất hòa tan oxy cần thiết của một thiết bị

22 2

6936 / 693,6 / 28,9 /10tbi

kgO ngayOC kgO ngay kgO h

IX.3. TÍNH TOÁN BỂ LẮNG ĐỢT 2

IX.3.1. Diện tích mặt bằng của bể lắng áp dụng công thức

2(1 ).

o

t L

Q CS mC V

Q= 900 m2/h

=0,78

Co=4375 g/m3

Ct=10000g/m3.

VL : m/h vận tốc lắng của bể phân chia với tốc độ CL

Q=900m3/h

Α=0,78

Co=4375g/m3

Ct =10000g/m3

VL: m/h vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL

Theo công thức (9-7)

CL = 1/2.Ct= 1/2× 10000=5000 g/m3

- Xác định vận tốc lắng VL theo công thức thực nghiệm (9-9)

VL= Vmax6

1.10 /KCe m h

Vmax=7 m/h

CL=7 6600 5000 10 0,34 /e m h

Diện tích phần lắng của bể:

2 3900(1 0,78)4375 2061,39 206210000 0,34

S m m

Nếu kể cả diện tích buồng phân phối trung tâm:

Sbể =1,1×2062=2268m2

Trong nhà máy xây dựng 2 bể lắng tròn radian

Diện tích một bể S = 1134m2.

159

Đường kính bể D= 38m

Đường kính buồng phân phối trung tâm d = 0,25 D = 9,5m.

Diện tích buồng phân phối trung tâm f=70,8 m2.

Diện tích vùng lắng của một bể SL=1134-71=1063m2.

- Tải trọng thủy lực

3 221600 10,2 /2 1064

Qa m m ngayS

Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể V= 10,2 0,425 /24

m h

Với diện tích này có thể làm việc với lưu lượng giờ cao điểm

Q=abang×S=32,8×1063=34866 m3/ngày gấp n = 34866 1,621600

lần lượng giờ bình

thường.

Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính 0,8 đường kính bể.

Dmang = 0,8×38=30,4m

Chiều dài máng thu

L= mangD =3,14×30,4=95,45m

Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng

216002 94,45L

QaL

=113,2 m3/m dài.ngày<125

Tải trọng bùn:

B =3( ) 1,78 21600 4375.10

24 24 2 1063Q Qt Co

S

=3,29 kg/m2h

IX.3.2. Xác định chiều cao bể

Chọn chiều cao bể : H =4m, chiều cao dự trữ trên mặt thoáng: h1 = 0,3 m. chiều caocột nước trong bể: 3,7m, gồm:

- Chiều cao phần nước trong : h=1,5m.

- Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2% về tâm:

H3=0,02×19=0,38m

- Chiều cao chứa bùn phần hình trụ:

h4=h-h1-h2-h3 = 4-0.3-1,5-0,38 = 1,82 m

- Thể tích phần chứa bùn

160

vb= S×h4 = 1,134×1,85=2,064m3.

- Nồng độ bùn trung bình trong bể:

3 31 2 5000 10000 7500 / 7,5 /2 2tb

C CC g m kg m

- Lượng bùn chứa trong 1 bể lắng

Gbun=vb×Ctb=7,5×2,064=15,480kg

- Lượng bùn cần thiết trong 1 bể aerotank:

Gcần = v.X=1/2.4694(m3)×4,385(kg/m3)

Nếu phải tháo khô một bể aerotank để sửa, sau đó hoạt động lại thì bùn từ bể lắngđủ cấp để hoạt động ngay. Không phải có thời gian hoạt động để tích lũy cặn.

IX.3.3. Thời gian lưu nước trong bể lắng

Dung tích bể lắng:

V=H×S=3,7×2,268 = 8,391 m3

Nước đi vào bể lắng:

Qi=(1+α)Q=1,78×900=1,602

Thời gian lắng:

T= 8,391 5,231,602t

V gioQ Q

Trong đó

Thời gian lắng T1 == 1063 1,5 3,54450

LV gioQ

Thời gian cô đặc cặn :T2 = 1,82 1134 5,800,78 450 6

cd

t xa

V gioQ Q

3146 6 /24xaQ m h

161

CHƯƠNG XHỒ HIẾU KHÍ CÓ THIẾT BỊ LÀM THOÁNG

Quá trình xử lý nước thải trong hồ hiếu khí về cơ bản giống quá trình xử lý trong bểAeritank làm thoáng kéo dài, chỉ khác:

a. Không có quá trình tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng đợt 2 trở lại hồ nênnồng độ bùn hoạt tính trong hồ X mg/l chỉ là nồng độ do quá trình khử BOD tronghồ tạo ra có giá trị rất nhỏ, có thể coi phản ứng bậc một xảy ra trong điều kiện khuấytrộn hoàn chỉnh.

b. Thời gian lưu trữ của bùn hoạt tính trong công trình (tuổi của bùn) cũng là

thời gian lưu nước trong hồ t= VQ

. Khi thiết kế hồ hiếu khí để xử lý nước thải cần

xem xét các yếu tố sau:

1. Khả năng khử BOD

2. chât lượng nước sau xử lý.

3. lượng oxy cần thiết

4. ảnh hưởng của nhiệt độ

5. năng lượng cần thiết để khuấy trộn

6. lắng bông cặn ra khỏi nước tron bể lắng đợt 2

X.1. KHẢ NĂNG KHỬ BOD CỦA HỒ

Quá trình khử BOD5 trong hồ hiếu khí cũng như trong bể làm thoáng kéo dài, thôngsố quan trọng là thời gian lưu trữ của bùn trong hồ c t . Thường chọn thời gianlưu nước trong hồ từ 3 đến 10 ngày tùy thuộc hiệu quả yêu cầu. Từ phản ứng khửBOD5 là bậc 1 trong bể phản ứng khuấy trộn hoàn chỉnh rút ra được phương trìnhtính hiệu quả xử lý của hồ.

2020

1 ;1 .

TT

o T

S K KS K t

Trong đó :

S: Nông độ BOD ra khỏi hồ (mg/l)

So: nồng độ BOD5 trong nước thải cần xử lý (mg/l)

t: thời gian lưu nước và cũng là thời gian lưu bùn trong hồ (ngày)

t= VQ

V: Dung tích hồ (m3)

162

Q: lưu lượng nước thải càn xử lý (m3/ngày).

K20:hằng số xử lý BOD5 theo phản ứng bậc nhất (ngày-1) ở 20oC.Hằng số K daođộng từ 0,3-2,5 phụ thuộc vào chất nước thải, cường độ khuấy trộn và nhiệt độnước.

- Lượng bùn hoạt tính sinh ra tròng hồ trong quá trình khử BOD5 tính theocông thức:

o

d

Y(S -X)X= (mg/l)1+K t

Trong đó:

Kd: hệ số phân hủy nội bào (ngày-1)

Y: hệ số tạo bùn max tính theo bùn được tạo ra khi khử 1mg BOD5 (mg/mg)

Cacs thông số khác giống công thức trên.

X.2. CHẤT LƯỢNG NƯỚC SAU XỬ LÝ

Nước sau xử lý ra khỏi hồ có nồng độ BOD5 giảm từ So (mg/l) xuống S (mg/l),cặn lơ lửng được bổ sung thêm lượng bùn X (mg/l) ngoài ra còn có thêm lượngrong tảo sinh ra do quá trình quang hợp vì mặt hồ rộng, thể tích lớn.

X.3. LƯỢNG OXY CẦN THIẾT

Lượng oxy cần thiết tính theo công thức (6-16) trên cơ sở lượng BOD5 cần khửvà lượng NH+4 cần oxy hóa thành NO-3

Để cung cấp oxy vào nước trong hồ có thể dùng thiết bị làm thoáng bề mặt loạitubin tốc độ quay nhỏ đặt trên hệ phao nổi, thiết bị làm thoáng kiểu bơn Airlifthay dàn ống phân phối bọt khí lớn.

X.4. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Nhiệt độ của nước thải trong hồ chịu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí và mặthồ rộng và thời gian lưu nước dài. Theo Mancini và Barnhart nhiệt độ nước thảitrong hồ có thể tính theo công thức:

o a iAfT +QTT( C)=Af+Q

Ti : nhiệt độ nước thải trước khi chảy vào hồ (oC)

Ta : nhiệt độ không khí trên mặt hồ (oC)

A : diện tích mặt hồ (m2)

Q: lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngay).

f : Hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào cường độ khuấn trộn gió, độ ẩm của không khíthường lấy bằng 0,5.

163

Hằng số tốc độ phản ứng KT tính theo công thức:

KT=K20. 20T

Trong đó:

KT: hằng số tốc độ phản ứng trong công thức (10-1) ở ToC

K20: hằng số tốc độ phản ứng ở 200C (dao động từ 0,3-2,5)

: hệ số đối với phản ứng khử BOD5 và Nitrat hóa =1,06

T: nhiệt độ nước thải trong hồ tính theo (10-3)

X.5. CƯỜNG ĐỘ KHUẤY TRỘN

Lấy theo các chỉ tiêu khuấy trộn cần thiết như đối với bể Aerotank.

X.6. LẮNG CẶN TRONG HỒ LẮNG (BỂ LẮNG ĐỢT 2)

Để lắng cặn lơ lửng, bùn hoạt tính, dùng hồ lắng bằng đất. Hồ lắng phải đáp ứngcác yêu cầu sau:

1. thời gian lưu nước ≥12 giờ đủ lắng cặn nhe.

2. chiều cao lắng ≥1m

3. có đủ dung tích ở phần đáy hồ để chứa lượng bùn lắng trong thời gian nénvà phân hủy bùn trong điều kiện yến khí t≥1 năm.

4. không để cho rong rêu tảo mọc và phát triển.

5. không để mùi hôi ảnh hưởng đến sinh hoạt của cư dân sung quanh.

- để chống rong rêu, thời giang lưu nước trong hồ lắng không nên lấy quá 2ngày và phải thiết kế hồ sao cho nước lưu thông đều không có vung nướcchết.

- để giảm mùi do phân hủy yến khí bùn ở đáy hồ, chiều sâu hồ nên chọn ≤ 2m.

- nền lát đá hoặc tấm bê tông trong lòng hồ hiếu khí và hồ lắng nếu đất yếu, cóhiện tượng xói lở, và điều kiện địa phương cho phép.

Ví dụ:

Tính toán dung tích hồ hiếu khí và hồ lắng, xác định số lượng thiết bị làm thoángbề mặt để xử lý nước thải công suất 1200m3/ngày với chỉ tiêu chất lượng nhưsau:

- đầu vào:

+ chất lơ lửng: SS=150mg/l trong đó 65% là cặn hữu cơ sẽ bị phân hủy

+ BOD5 =200 mg/l; 5BODCOD

=0,68

164

+ hằng số động học chọn Y=0,65; Kd=0,07; K20=2.5 Độ tro của bùn hoạt tínhZ=0.2

- đầu ra:

+ hàm lượng cặn lơ lửng : 22mg/l

+ BOD5 = 50mg/l

- điều kiện tự nhiên:

+ nhiệt độ nước thải về mùa đông:18oC

+nhiệt độ không khí về mùa đông:10oC

+ nhiệt độ nước thải về mùa hè :25oC

+ nhiệt độ không khí về mùa hè :35oC

- điều kiện địa chất và địa hình cho phép hồ đào sâu 3,5m nước.

giải:

1. tính lượng BOD5 hòa tan ở đầu ra

a. lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng ở đầu ra:

a=22mg×0,65×1,42×0,68=13,8mg/l

b. lượng BOD5 hòa tan cho phép ở đầu ra:

b=50-13,8= 36,2 mg/l

2. nhiệt độ nước trong hồ

a. mùa đông : o a iAfT +QTT( C)=Af+Q

- chọn thời gian lưu nước 3VQ

ngày

thể tích hồ V=3 Q=3×1200 = 36000 m3

chiều sâu hồ 3,0m.

diện tích mặt hồ Q= 3600 12003,0

m

A=1200m2

Ta=10oC

Ti=18oC

Q=1200m3/ngay

1200 0,5 10 1200 18 15.331200 0.5 1200

oaT C

165

b. mùa hè

A=1200m2

Ta=35oC

Ti=25oC

Q=1200m3/ngay

1200 0,5 35 1200 25 351200 0.5 1200

oaT C

3. hằng số tốc độ phản ứng Kt

a. mùa đông KT = K2020T

K20=2.5

=106

T= 15.33

KT=2.5×1,0615.33-30=1.65

b. mùa hè

=1,06

T=35

KT=2.5×1,0635-30=3,1

4. hiệu quả xử lý

nước thải đi vào hồ đã qua song chắn, bể lắng cát, không cần bể lắng đợt 1 và hồđiều hòa lưu lượng:

s=S0= 11 TK t

=200mg/l

Ѳ=3 ngày

=1,65 mùa đông và =3,1 mùa hè.

Hàm lường BO hòa tan đầu ra về mùa đông.

=200x =33,6mg/l

b. hàm lượng BOD hòa tan ra về mùa hè.

=200x =19,41 mg/l

Tổng BOD đầu ra:

166

Mùa đông s=33,6+13,8=47,4 mg/l

Mùa hè s=19,41+13,8=33,21 mg/l

Tỷ số 47,4/33,21=1,43

5. lượng bùn hoạt tính sinh ra trong hồ hiếu khí.

=QX=Q. . kg/ngày

Q= 1200 /ngày.

Y=0,65

=0,07

=0= =3 ngày

= =116 kg/ngày

6.tính lương oxy cần thiết oc

o = . -1,42p

Q= 1200 /ngày.

=180 mg/l.

f = =0,68

=116 kg/ ngày

o = -1,42x116=187,28 kg oxy/ ngày

ở nhiệt độ nồng độ oxy bão hòa trong nước(xem phụ lục 1)

=6,93 mg/l.

Lượng oxy cần duy trì trong hồ C=DO=1,5 MD/L

Lượng oxy cần thực tế do các thiết bị cấp thoáng cung cấp vào:

= o x =187,28x

=239kg oxy/ngày=9,959 kg /h

7. bố trí thiết bị làm thoáng bề mặt

- diện tích mặt hồ 1200 . Mặt bằng hình vuông mỗi cạnh 36m.hồ sâu 3m.

-để đảm bảo yêu cầu khuấy trộn,chia mặt hồ thành 9 ô có diện tichs12x12m.

167

Tâm mỗi ô đặt 1 thiết bị tuabin làm thoáng bề mặt.công suất khuấy trộn ở mỗi ô cókích thước:

V=12x12x3 là 7kw(tra bảng 7-8).

+ công suất khuấy trộn cần thiết của hồ: 9x7=63 kw/h.

Công suất hòa tan oxy càn thiết của một thiết bị:

OU=

n :số thiết diện trong hồ,n=9

=9,959 kg /h

= hệ số giảm công suất hòa tan oxy do cặn và các chất hoạt tính bề mặt lấy bằng0,75.

OU= =1,42 kg /h

Với công suất hòa tan oxy: OU≥1,42 kg /h

Công suất điện =7 Kw/h.dễ dàng chọn được loại máy khuấy tuabin làm thoang bềmặt

8.hồ lắng:chọn các thong số thiết kế sau:

1.thời gian lắng:

T =18 giờ= 2/3 ngày.

2.chiều cao lắng =1,2m

3.diện tích mặt bằng của bể lắng:

= = = 666

Chọn kích thươc hồ lắng hình chữ nhật.chiều dài 35 m.rộng 19 m

4. tính chiều sâu phần chứa cặn.

Dự định cặn lắng và phân hủy ở đáy hồ 4nawm lấy đi 1 lần.do cặn ở đáy bể lắng bịphân hủy yếm khí,cặn hữu cơ bay hơi,sau 1 năm thương bị phan hủy từ 40-60%thành khí metan và các khí khác.lượng cặn còn lại có thể tính theo công thức cuaAdám và Eckenfelder:

W = .

Trong đó:

W: số lượg c ặn của các chất hữu cơ còn lai sau t năm

: khối lượng cặn hữu cơ ban đầu (kg)

168

: hệ số phân hủy( ),có thể lấy từ 0,3 đến0,5

t :thời gian(ngày)hoặc(năm).

a. lương cặn lơ lửng trong nước khi ra khỏi hồ hiếu khí trong 1 năm.

Độ tro của cặn 0,2

G=[0,08SS+ ]. .Q.365

Ss=150 mg/l

Y=0,65

=0,07

Q=1200 /ngày.

365=365ngày/ năm.

=3 ngày

=[120+96,6]. X1200X365=94870 kg/năm.

Cặn có độ tro Z=0,2 nên tổng lượng cặn hữu cơ bay hơi là:

=0,8 =0,8x94870=75896 kg/năm.

Cặn vô cơ:

=0,2 =18974 kg/năm.

b.tính lương cặn sau khi phan hủy còn sót lại trong bể sau 4 năm:

-lượng cặn vô cơ:

=4x18974=75896 kg.

-lượng cặn hữu cơ sau 1 năm phân hủy còn:

W= . =0,25

- Thời gian phân hủy 4 năm,trong đó 3 năm đầu được tính hoàn toàn,năm cuốihiệu quả phân phối thấp vì tất cả cặn không đủ thời gian lưu 1 năm.

- Như vậy lương cặn hữu cơ còn lại sau 4 năm phân hủy:- = +(T-1)X0,25- =75896X3X0,25X75896=132818 kg

Tổng lượng cặn trong hồ sau 4 năm:

G= + =75896+1 =200mg/l

Ѳ=3 ngày

=1,65 mùa đông và =3,1 mùa hè.

169

Hàm lường BO hòa tan đầu ra về mùa đông.

=200x =33,6mg/l

b. hàm lượng BOD hòa tan ra về mùa hè.

=200x =19,41 mg/l

Tổng BOD đầu ra:

Mùa đông s=33,6+13,8=47,4 mg/l

Mùa hè s=19,41+13,8=33,21 mg/l

Tỷ số 47,4/33,21=1,43

5. lượng bùn hoạt tính sinh ra trong hồ hiếu khí.

=QX=Q. . kg/ngày

Q= 1200 /ngày.

Y=0,65

=0,07

=0= =3 ngày

= =116 kg/ngày

6.tính lượng oxy cần thiết oc

o = . -1,42p

Q= 1200 /ngày.

=180 mg/l.

f = =0,68

=116 kg/ ngày

o = -1,42x116=187,28 kg oxy/ ngày

ở nhiệt độ nồng độ oxy bão hòa trong nước(xem phụ lục 1)

=6,93 mg/l.

Lượng oxy cần duy trì trong hồ C=DO=1,5 MD/L

Lượng oxy cần thực tế do các thiết bị cấp thoáng cung cấp vào:

= o x =187,28x

170

=239kg oxy/ngày=9,959 kg /h

7. bố trí thiết bị làm thoáng bề mặt

- diện tích mặt hồ 1200 . Mặt bằng hình vuông mỗi cạnh 36m.hồ sâu 3m.

-để đảm bảo yêu cầu khuấy trộn,chia mặt hồ thành 9 ô có diện tichs12x12m.

Tâm mỗi ô đặt 1 thiết bị tuabin làm thoáng bề mặt.công suất khuấy trộn ở mỗi ô cókích thước:

V=12x12x3 là 7kw(tra bảng 7-8).

+ công suất khuấy trộn cần thiết của hồ: 9x7=63 kw/h.

Công suất hòa tan oxy càn thiết của một thiết bị:

OU=

n :số thiết diện trong hồ,n=9

=9,959 kg /h

= hệ số giảm công suất hòa tan oxy do cặn và các chất hoạt tính bề mặt lấy bằng0,75.

OU= =1,42 kg /h

Với công suất hòa tan oxy: OU≥1,42 kg /h

Công suất điện =7 Kw/h.dễ dàng chọn được loại máy khuấy tuabin làm thoang bềmặt

8. Hồ lắng: chọn các thông số thiết kế sau:

1.thời gian lắng:

T =18 giờ= 2/3 ngày.

2.chiều cao lắng =1,2m

3.diện tích mặt bằng của bể lắng:

= = =666

Chọn kích thươc hồ lắng hình chữ nhật.chiều dài 35m.rộng19m

4. tính chiều sâu phần chứa cặn.

Dự định cặn lắng và phân hủy ở đáy hồ 4nawm lấy đi 1 lần.do cặn ở đáy bể lắng bịphân hủy yếm khí,cặn hữu cơ bay hơi,sau 1 năm thương bị phan hủy từ 40-60%thành khí metan và các khí khác.lượng cặn còn lại có thể tính theo công thức cuaAdám và Eckenfelder:

171

W= .

Trong đó:

W: số lượg c ặn của các chất hữu cơ còn lai sau t năm

: khối luowgj cặn hữu cơ ban đầu(kg)

: hệ số phân hủy( ),có thể lấy từ 0,3 đến0,5

t :thời gian(ngày)hoặc(năm).

b. lương cặn lơ lửng trong nước khi ra khỏi hồ hiếu khí trong 1 năm.

Độ tro của cặn 0,2

G=[0,08SS+ ]. .Q.365

Ss=150 mg/l

Y=0,65

=0,07

Q=1200 /ngày.

365=365ngày/ năm.

=3 ngày

=[120+96,6]. X1200X365=94870 kg/năm.

Cặn có độ tro Z=0,2 nên tổng lượng cặn hữu cơ bay hơi là:

=0,8 =0,8x94870=75896 kg/năm.

Cặn vô cơ:

=0,2 =18974 kg/năm.

b.tính lương cặn sau khi phan hủy còn sót lại trong bể sau 4 năm:

-lượng cặn vô cơ:

=4x18974=75896 kg.

-lượng cặn hữu cơ sau 1 năm phân hủy còn:

W= . =0,25

- Thời gian phân hủy 4 năm,trong đó 3 năm đầu được tính hoàn toàn,năm cuốihiệu quả phân phối thấp vì tất cả cặn không đủ thời gian lưu 1 năm.

- Như vậy lương cặn hữu cơ còn lại sau 4 năm phân hủy:- = +(T-1)X0,25- =75896X3X0,25X75896=132818 kg

172

Tổng lượng cặn trong hồ sau 4 nă 32818=208714.kg

C Tính thể tích phần chứa cặn.

Giả sử sau 4 năm ném,độ ẩm của căn là 85%(15% cặn,85%nước) tỷ khối cặn=1100 kg/ .

Thể tích cần thiết:= =1265

d. chiều sâu chứa cặn:

= = =1,9m.

Tổng chiều sâu hồ lắng: =1,2+1,9=3,1m.

Chiều sâu này trong điều kiện địa chất và tự nhiên cho phép (H=3,5m)

Hồ lắng cần phải có chỗ và đường xuống để lấy cặn sau 4 năm hoạt động.

173

CHƯƠNG XI

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH DÍNH BÁM

TRONG MÔI TRƯỜNG HIẾU KHÍ

XI.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

(attached growth treatmentprocess)

XI 1.1 mô tả quá trình hình thành sinh vật trên vật liệu hạt rắn

Phần lớn vi khuẩn có khả năng sinh sống va phát triển trên bề mặt vật rắn,khi cóđủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hưu cơ,muối khoáng và ooxxy.chúng dính bámvào bề mặt vât rắn bằng chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễdàng di chuyển trong lớp gelatin dính bám này.đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thànhtập trung ở 1 khu vực, sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển, phủ kín bề mặtvật rắn bằng một lớp đơn bào.chất dinh dưỡng (hợp chất hưu cơ, muối khoáng) vàoxy có trong nước thải cần xử lý khuyếch tán qua màng biofilm vào tận lớp xenlulôđã tích lũy ở sâu nhất mà ở lớp đó ảnh hưởng của oxy và chất dinh dưỡng không còntác dụng.

BÒ mÆt vËt cøng

Vi khuÈn yÕm khÝ

Hîp chÊt h÷u c¬

Vi khuÈn hiÕu khÝ

¤xy hßa tan

¤xy kh«ng khÝ

Lªn men ¸xÝt, r­îu ...

S¶n phÈm ph©n hñy H« hÊp

N­íc th¶i chøa chÊt dinh d­ìng

CO2

SƠ ĐỒ MÀNG VI SINH VẬT (BIOFILM)

Sau một thời gian,sự phân lớp hình thành: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được oxykhuyếch tán thâm nhập,lớp trong là lớp yếm khí không có oxy.bề dày của 2 lớp nàyphụ thuộc vào loại vật liệu đỡ(vật liệu lọc),cường độ gió và nước qua lớp lọc.bề dàylớp hoạt tính hiếu khí thường khoảng 300-400 .

XI.1.2. hiệu quả và phân loại: vi khuẩn trong màng vi sinh dính bám hoat đông cóhiệu quả cao hơn vi khuẩn trong môi trường thể tích(hạt căn lơ lửng).

Quá trình xử lý bằng vi sinh dính bám hiếu khí trong có thể lọc sinh học đang đượcdùng hiện nay có thể phân làm 2 loại:

- loại có vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước.- loại có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước.

174

XI.2. BỂ LỌC SINH HỌC CÓ VẬT LIỆU TIẾP XÚC KHÔNG NGẬP TRONGNƯỚC

XI.2.1.cấu tạo.

Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Trong bể lọc sinh học,chất các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúctrong một đơn vị thể tích lớn nhất trong điều kiện có thể.nước thải được hệ thốngphân phối phun thành giọt đều khắp trên bề mặt của lớp vật liệu.nước sau khi chạmlớp vật liệu chia thành các hạt nhỏ chảy thành màng mỏng qua khe lớp vật liệu đixuống dưới.trong thời gian chảy như vậy nước thải tiếp xúc với màng nhầy gelatinbám quanh vật liệu lọc.sau lột thời gian,chiều dày của lớp nhầy gelatin tăng lên ngăncản oxy của không khí không thấm vào trong lớp màng nhầy được.do không có oxytại lớp trong của màng nhầy sát với bề mặt cứng của vật liệu lọc,vi khuẩn yếm khíphát triển tạo ra sản phẩm hủy yếm khí cuối cùng là khí meetan và khí cacbonic làmtróc lớp màng ra khỏi vật cứng rồi bị nước cuốn xuống phía dưới.trên mặt hạt vậtliệu lại hình thành lớp màng mới,hiện tượng này được lặp đi lặp lại tuần hoàn vànước thải được làm sạch BOD và các chất dinh dưỡng.để tránh hiện tượng tắc nghẽntrong hệ thống phun, trong khe rỗng lớp vật liệu,trước bể sinh học nhỏ giọt phảithiết kế sonh chắn,lưới chắn,bể chắn đợt 1.nước sau bể lọc sinh học có nhiều bùn lơlửng do các màng sinh học tróc ra nên phải xử lý tiếp bằng bể lắng đợt 2

Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt: xem hình(11-1)

a. Vật liệu lọc:

vật liệu lọc tốt nhất là vật liệu có bề mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tíchlớn.độ bền cao theo thời gian,giá rẻ và không bị tắc nghẽn.tùy thuộc vào điều kiệnđịa phương có thể chọn: than đá cục,đá cục,cuội sỏi lớn,đá ong có kích thước trungbình 60-100 mm nếu kích thước vật liệu nhỏ hơn sẽ giảm độ rỗng,gây ra tắc nghẽncục bộ nếu kích thước lớn hơn thì diện tích mặt tiếp xúc bị giảm nhiều,làm giảmhiệu quả xử lý.chiều cao lớp vật liệu từ 1,5-2,5 m.

- những thập niên gần đây,do kỹ thuật sản xuất nhựa PVC phát triển,nhữngtấm nhựa đúc lượn sóng, gấp nếp và các dạng khác nhau của quả cầu nhựa đãđươc dung làm lớp vật liệu lọc(xem hinh 11-2) . do vật liệu lọc nhẹ,dễ lắp đătvà tháo dỡ nên chiều cao bể lọc sinh học đã được tăng lên từ 6-9 m gọi làtháp lọc sinh học(xem hình 11-3) tăng chiều cao làm giảm mặt bằng của bểlọc sinh học.

175

Lç thµnh dµy èng ph©n phèi

T¨ng ®¬

D©y c¨ng

VËt liÖu läc

Trô ®ì

§¸y dèc M¸ng thu

èng ®­a n­íc raèng cÊp vµo

Cöa lÊy giã

èng ®øng

H×nh 11-1. BÓ läc sinh häc nhá giät

H×nh 11-2. VËt liÖu läc

a) TÊm nhùa gÊp nÕp b) Qña cÇu cã khe rçng

176

VËt liÖu läc

DÇm bª t«ng

Lç th«ng giã

Trô ®ì§¸y dèc

M­¬ng thu

èng ®­a n­íc vµo

Hình 11 – 3. Tháp lọc sinh học

b. hệ thống phân phối nước.

hệ thống phân phối nước làm bằng dàn ống tự quay đã được đưa về tiêu chuẩn thiếtkế bể lọc sinh học vì co cấu tạo đơn giản,làm việc ổn định,dễ quản lý.hệ thống gồmống đứng dẫn nước vào đặt ở tâm bể,đỉnh ống lắp khớp quay hình cầu đưa nước ra 2hoặc 3 ống nhánh đặt nằm ngang song song với bán kính bể(xem hinh 11-1).trênống nhánh lắp vòi phun hoặc lỗ thành dày phun nước xuoong mặt bể lọc.các tianước phun ra cung trên 1 phía, vuông góc và ngược với chiều quay của ống nhánh.Động lực của các tia nước biến thành lực làm cho giàn ống nhánh quay quanh trục .áp lực trước vòi hoặc lỗ phun từ 0,5 – 0,7m. tốc độ quay thay đổi theo lưu lượngnước, thường tốc độ quay có giá trị khoảng 1 vòng trong 10 phút. Khi dùng danphun cố định phải bố tri đều lỗ phun nước trên toàn diện tích bể.phải có thùng chứalắp xi phông hoạt động tự động để cấp nước cho dàn phun theo tưng mẻ kế tiếp.

khoảng cách tuef bề mặt của lớp vật liệu đến vòi phun từ 0,2-0,3m để lấy không khívà để cho các tia nước phun ra vỡ đều thành các giọt nhỏ trên toàn diện tích bể.

c. sàn đỡ và thu nước

sàn đỡ và thu nước trong bể lọc sinh học lam 2 nhiệm vụ:

1.thu đều nước có các mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra chảy từ trên xuống đểlắng đơt 2.

2.phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì môi trường hiếu khí trong các khe rỗng.

Sàn đỡ lam bằng tấm bê tong. Tấm sành nung hay tấm nhựa tăng cường bằng sợithủy tinh có khoan lỗ hoặc khe cho nước và khí đi qua, đồng thời đỡ được lớp vậtliệu lọc.

177

Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0,6-0,8m,Đáy bể có độ dốc 1-2%về máng thu trung tâm,xem hình 11-4

VËt liÖu läc

Sµn composit

Sµn ®ì b»ng sµnh

M¸ng thu

a) b)

Hình 11 - 4:Sơ đồ sàn đỡ và thu nước

a) Sàn đỡ bằng Composit sợi thủy tinh

b) Sàn đỡ bằng sành

-Xung quanh tường ở độ cao giữa đáy và sàn phân phối đặt các cửa sổ thonggió,tổng diện tích các cửa sổ thong gió bằng 20% diện tích sàn phân phối,

-Gió đi vào bể lọc theo dòng đối lưu của không khí được tạo ra do chênh lệch nhiệtđộ giữa nước thải và không khí quanh bể,

Nếu nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ không khí,thì không khí trong các khe rỗngcủa lớp lọc lạnh hơn không khí bên ngoài,gió sẽ đi từ trên mặt bể lọc xuống đáy bểrồi thoát ra qua các cửa thông gió,Ngược lại,nếu nhiệt độ nước cao hơn nhiệt độkhông khí,gió sẽ đi từ dưới lên,Khi nhiệt độ nước và không khí bằng nhau,không cógió đi vào bể lọc,vì vậy ở những bể diện tích và chiều cao lớn nên bố trí quạt giiosnhân tạo,

XI.2.2. Phân loại bể lọc sinh học nhỏ giọt

Bể lọc sinh học nhỏ giọt được phân loại theo tải trọng thủy lực hoặc tải trọng cácchất hữu cơ,bể có tải trọng thấp bể có tải trọng cao,Theo bảng (11-1)

Bảng 11-1:Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt

(các chỉ tiêu thiết kế)

Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng cao

178

Chiều cao lớp vật liệu (m) 1-3 0,9-2,4 (đá)6-8 (nhựa tấm)

Loại vật liệuĐá cục,than

cục,đáong,cuội lớn

Đá cục,than cục,sỏilớn tấm nhựa đúc,

cầu nhựa

Tải trọng theo chất hữu cơtheo thể tích vật liệu lọc

Kg BOD 5 /1m 3 vật liệu

ngày0,08-0,4 0,4-1,6

Tải trọng thủy lực theo diệntích bề mặt m 3 /m 2 1-4,1 4,1-40,7

Hệ số tuần hoàn R=QQT Tùy chọn 0-1 0,5-2

Tải trọng theo thủy lực trênbể mặt của bể lắng đợt 2 m 3 /m 2 ngày 25 16

Hiệu quả khử BOD sau bểlọc và bể lắng đợt 2 Phần trăm 80-90 65-85

- Ghi chú:Tải trọng thủy lực nêu trong bảng là tỷ số của lưu lượng nước xử lýQ(m 3 /ngày) cộng với lưu lượng tuần hoàn Q T (m 3 /ngày) (nếu có) chia cho diệntích bề mặt của bể lọc S (m 2 )

-Bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng thấp quản lý đơn giản,hiệu quả xử lý ổn địnhngay cả khi nước nguồn có chất lượng dao động lớn,hiệu quả xử lý của bể lọc phụthuộc vào chế độ tưới nước tức là phụ thuộc vào vòng quay của thiết bị tưới,hay thểtích thùng đo và tích nước rồi lấy ra bằng xi phông,Thời gian tưới gián đoạn khoảng<5 phút

XI.2.3. Tuần hoàn nước

Đối với bể lọc cao tải muốn làm tăng hiệu quả xử lý phải tuần hoàn lại nước đểtăng thời gian tiếp xúc của nước thải với vi sinh dính bám và giảm tải trọng hữucơ,Khi tuần hoàn lại nước,tải trọng thủy lực tăng lên,đẩy mạnh quá trình tách vi sinhvaatjcux và hình thành màng mới trên bề mặt vật liệu,làm giảm hiện tượng tắcnghẽn trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu,tăng lưu lượng trong hệ phân phối để đảmbảo tốc độ quay của dàn ống,

Có thể áp dụng 1 trong 3 sơ đồ tuần hoàn sau : (hinh 11-5)

-Sơ đồ a :Bể lọc sinh học cao tải,chiều cao lớp lọc từ 0,9-2,0m,Tuần hoàn nướclien tục,nước tuần hoàn lấy từ sau bể lắng đợt 2 hoặc có thể sau bể lọc,đưa về trướcbể lắng đợt 1,Bùn lắng ở bể lắng đợt 2 cũng đưa về bể lắng đợt 1 để tăng cương quátrình quá trình keo tụ trong bể lắng đợt 1,Bùn xả ra từ đáy bể lắng đợt 1 đưa đi xử lýtiếp,

179

-Sơ đồ b :Nước tuần hoàn lấy từ sau bể lọc đua về trước bể lọc ,sơ đồ này có thể ápdụng cho cả bể lọc tải trọng thấp và bể lọc tải trọng cao,Khi cần nitrat hóa (chuyểnNH

4 thành NO 3 ) triệt để nên dùng sơ đồ tuần hoàn này cho bể tải trọng thấp,

-Sơ đồ c:Được sử dụng khi thiết kế dàn phân phối là dàn phun mưa liên tục đặt caohơn lớp lọc 0,5-0,6 m,các giọt mưa nhỏ trải đều khắp diện tích lớp lọc ,

-Khi áp dụng bể lọc sinh học để xử lý nước thải cần quan tâm đến môi trường đểloại trừ khả năng sinh sản của ruồi,muỗi giun sán,ốc…

Bể lắngđợt 1

Bể lọcsinhhọc

Bể lắng đợt2

Xả cặnNước tuần hoàn

Xả nước ranguồn tiếp nhận

b)

Bể lắngđợt 1

Bể lọcsinhhọc

Bể lắng đợt2

Xả cặn Đường tuần hoàndự phòngNước tuần hoàn

Xả nước ranguồn tiếp nhận

Nước thảivào

Xả cặn trởlại bể lắng1

Xả ra khuxử lý cặn

a)

Nước thảivào

Xả cặn trởlại bể lắng1

Xả ra khuxử lý cặn

180

Hình 11-5: Các sơ đồ tuần hoàn nước ở bể lọc sinh họcXI.2.4. Bể lắng đợt 2

Bể lắng đợt 2 đặt sau bể lọc sinh học làm nhiệm vụ lắng gạn ra khỏi nước các bongcặn do các vẩy màng sinh học tróc ra,Khác với bể lắng đợt 2 đăt sau bể Acrotank,bểlắng đợt 2 đặt sau bể lọc sinh học chỉ có tuần hoàn nước mà không tuần hoàn bùntrực tiếp vào bể lọc sinh học,nếu tuần hoàn bùn phải đưa vào đầu bể lắng đợt 1,chonên nồng độ bùn trong nước đi vào bể lắng thường nhỏ hơn 500mg/l không xảy rahiện tượng lắng hạn chế,Tính toán bể lắng đợt 2 loại này giống như tinh toán bể lăngđợt 1,chỉ khác là tải trọng bề mặt của bể lắng tính với lưu lượng nước xủ lý cộngthêm lưu lượng tuần hoàn,Tải trọng bề mặt thường lấy từ 16-25 m 3 /m 2 ngày,

XI.2.5. Tính toán

A. Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc là đá cục,sỏi cục,than cục,đá ong đườngkính trung bình 60-100mm chiều cao lớp vật liệu 0,9-2,5m

Cơ quan nghiên cứu quốc gia Hoa Kì đã dựa vào kết quả phân tích nước ở cáctrạm xử lý hoạt động nhiều năm rút ra công thức thực nghiệm để tính toán bể lọcsinh học một bậc có tuần hoàn nước:

E =

VFW4433,01

100

(11-1)

Trong đó :

E : Hiệu quả khử BOD của bể lọc sinh học và bể lắng đợt 2 khi có

tuần hoàn,ở 20 0 C ,tính bằng phần trăm (%),

W : Tải trọng BOD của bể lọc (Kg/ ngày )

V :Thể tích vật liệu lọc (m 3 )

F :Thông số tuần hoàn nước tính theo phương trình 11-2

Bể lắngđợt 1

Bể lọcsinhhọc

Bể lắng đợt2

Xả cặnNước tuần hoàn

Xả nước ranguồn tiếp nhận

c)

Nước thảivào

Xả cặn trởlại bể lắng1

Xả ra khuxử lý cặn

181

F=2)

101(

1RR

(11-2)

R :Hệ số tuần hoàn =QQT

Q T :Lưu lượng tuần hoàn (m 3 /h)

Q :Lưu lượng nước đưa vào xử lý (m 3 /h)

Thông số tuần hoàn F chỉ giá trị trung bình của hàm lượng hữu cơ đi qua bể lọc,Tỷ

số10R từ thực nghiệm cho thấy tải trọng chất hữu cơ trong bể giảm do tăng lưu lượn

tuần hoàn

Hình 11-6: Sơ đồ làm việc nối tiếp của các bể lọc sinh học

Khi thiết kế 2 bể lọc sinh học làm việc nối tiếp (xem hình 11-6),Hiệu quả xử lý củabể lọc thứ 2 tính theo công thức :

E 2 =

VFW

E

'

114433,01

100

(11-3)

Trong đó :

Bể lắng1

Bểlọc 1

Bểlọc 2 Bể lắng

2 đợt 2

Nước tuần hoàn Nước tuần hoàn

Bể lắng2 đợt 1

Bể lắng1

Bểlọc 1

Bểlọc 2 Bể lắng

2

Nước tuần hoàn Nước tuần hoàn

182

+ E 2 : Hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học thứ 2 và bể lắng đợt 2 khi cótuần hoàn nước ở 20 0 C tính bằng phần trăm (%)

+ E 1 : Hiệu quả xử lý của bể lọc đợt 1 (%)

+ W ' : Tải trọng BOD trong bể lọc đợt 2 (kg/ngày)

Ví dụ 1 :

Tính bể lọc sinh học nhỏ giọt để xử lý nước thải :

-Công suất 500 m 3 /ngày

-BOD 5 sau bể lắng đợt 1 còn lại S 0 = 140 mg/l,

-Vật liệu lọc : Sỏi lấy ở suối d = 60-100 mm

- Chiều dày lớp lọc :H= 2,0 m

- Hệ số tuần hoàn R= 1;Q T =Q

- Nhiệt độ nước thải : 20 0 C,

Xác định :đường kính bể lọc,tải trọng thủy lực,tải trọng BOD trên đơn vị thể tích vậtliệu lọc để đạt hiệu quả xử lý BOD đầu ra E = 90%

Giải : áp dụng công thức (11-1)

E=

VFW4433,01

100

1,Xác định giá trị của thong số tuần hoàn F:

F=2)

101(

1RR

= 2)1,01(11

=1,65

2,Tổng lượng BOD 5 cần khử trong ngày :

W=Q(S 0 -S) = 500 ,(140-14) =63 kg/ngày

3,Thể tích lớp vật liệu lọc :

90=

65,1.63

14433,01

100

1 VE

V= 607 m 3

Diện tích bể lọc :

183

S= )(3042

607 2mHV

Đường kính bể lọc : D= 19,6 m

4,Tải trọng thủy lực :

a =SQQ T =

304500500 =3,29 m 3 /m 2 ngày

5,Tải trọng chất hữu cơ tính cho 1 m 3 vật liệu

B =60763 =0,104 kg BOD5/ 1m 3 ngày

Ví dụ 2:

Thiết kế bể lọc sinh học 2 bậc nối tiếp :

- Công suất 1000 m 3 /ngày

- BOD 5 sau bể lắng đợt 1 còn lại 500 mgC

- Nhiệt độ nước thải :20 0 C

- Hệ số tuần hoàn : R= 2

-Vật liệu lọc :Đá cục,hoặc đá ong kích thước 60 60 mm,100100 mm

-Chiều cao lớp lọc :H 1 =2,0 m; H 2 = 6 m

Yêu cầu xử lý để nước sau bể lắng BOD5= 20 mg/l ;E=96%

Giải :

Chọn hiệu quả xử lý đợt 1 bằng hiệu quả xử lý đợt 2 :

E 1 =E 2

Hiệu quả xử lý 2 đợt : E= 0,96

1,Tính hiệu quả xử lý E 1 = E 2

E 1 +E 2 (1- E 1 ) = 0,96

Rút ra : E 1 =E 2 = 0,8 hay 80%

2,Gía trị thong số tuần hoàn F:

F=2)

101(

1RR

= 2)2,01(21

=2,08

3,Lượng BOD 5 đi vào bể lọc đợt 1 :

184

W=Q(S 0 - S)10 3 = 480 kg/ngày

4,Thể tích khối vật liệu lọc,trong bể lọc đợt 1 :

E 1 =

VFW4433,01

100

80=

08,2.4804433,01

100

V

V=725 m 3

Diện tích bể lọc 1 : S 1 =2

725 =363 m 2

Đường kính bể : D 1 =21,5 M

5,Tải trọng thủy lực của bể lọc 1 :

a 1 =363

3000 =8,26 m 3 /m 2 ngày ( tải trọng cao)

Tải trọng BOD:

b 1 =725480 =0,66 kg BOD/1 m 3 ngày ( tải trọng cao)

6,BOD 5 đi vào bể lọc đợt 2 :

W ' = W (1- E 1 ) = 96 kg/ngày

7,Thể tích khối vật liệu trong bể lọc đợt 2 :

E 2 =

VFW

E

'

114433,01

100

80=

08,2.96

2,04433,01

100

V

V 2 = 3627 m 3

Diện tích bể lọc 2 :

S 2 =2

2

HV =

63627 =604,5 m 2

Đường kính bể D= 27,7 m

8,Tải trọng thủy lực :

185

a 2 =5,604

3000 =4,96 m 3 /m 2 ngày

b 2 =3627

96 =0,0265 kg BOD/1m 3 ngày (quá thấp0

9,Từ kết quả trên,nên xác định E 1 và E 2 để 2 bể có khối lượng vật liệu lọcbằng nhau,chiều cao và diện tích như nhau ,dễ quản lý và dễ thay thế các phụtùng khi sửa chữa.

B.Bể lọc sinh học có lớp vật liệu là các tấm nhựa gấp nếp, cầu nhựa, Chiềucao lớp lọc từ 4-9 m còn gọi là tháp sinh học

Theo tiêu chuẩn quy phạm Liên Xô CH II-32-74,tải trọng chất hữu cơBOD 5 cho phép trên 1 m 2 bề mặt lớp vật liệu lọc khi ham lượng BOD 5 đầuvào < 300 mg/l tính theo công thức :

C 0 = P,H ,K T / ( gr BOD 5 / m 2 ngày ) (11-4)

Trong đó :

H : chiều cao lớp vật liệu trong bể (m)

P: Độ rỗng của lớp vật liệu (%)

K T : Hằng số nhiệt độ

K T =K 20 1,047 20T ( 11-5)

T 0 C 15 16 17 18 19 20

K T 0,158 0,166 0,174 0,183 0,19 0,2

:Hệ số phụ thuộc vào hàm lượng BOD 5 đầu ra chọn theo bảng 11-2

Bảng 11-2:Gía trị của hệ số

Hàm lượng BOD đầu raS(mg/l)

10 15 20 25 30 35 40 45 40

3,3 2,6 2,25 2 1,75 1,6 1,45 1,3 1,2

-Tải trọng thủy lực cho phép tính bằng m3nước thải trên 1 m3 thể tích vật liệu lọc :q 0 = C 0 ,F a /S 0 ( m 3 / m 3 ngày )

Trong đó :

C 0 :Tải trọng BOD 5 cho phép trên 1 m 3 diện tích bề mặt lớp vật liệu

(gr BOD 5 /m 2 /ngày)

186

F a :Diện tích bề mặt lớp vật liệu trong 1 đơn vị thể tích khối vật liệu (m 2 / m 3 )

S 0 : Hàm lượng BOD 5 tong nước thải đầu vào (mg/l)

- Thể tích cần thiết của khối vật liệu

W =0q

Q

Trong đó :

Q : Lưu lượng nước thải cần xử lý (m 3 /ngày)

q 0 :Tải trọng thủy lực (m 3 / m 3 ngày)

Ví dụ 3 :

Tính toán tháp lọc sinh học,vật liệu tiếp xúc là các tấm nhựa gấp nếp nhăn song,xếpthành khối đưa vào tháp với diện tích bề mặt đơn vịF a =120m 2 / m 3

-Độ rỗng :P= 93%

-Nông độ BOD 5đầu vào : S 0 =150 mg/l

-Nước thải về mùa đông : T 0 C =13 0

-Công suất :Q= 7500 m 3 /ngày

Giải :

1,Chọn chiều cao lớp lọc trong tháp H= 4,0 m

2,Hàm lưong BOD 5 đầu ra 15 mg/l tra bảng 2 được =2,6

3,Ở nhiệt độ T=13 0 C:

K T = 0,2 1,047 2013 =0,145

4,Tải trọng BOD 5 cho phép:

C 0 =PHKT =93 145,04 :2,6=20,8 g/m 3 ngày

5,Tải trọng thủy lực cho phép trên 1 m 3 vật liệu :

q 0 = C 0 ,F a /S 0 = 20,8120 :50 = 16,6 m 3 / m 3 ngày

6,Thể tích cần thiết của khối vật liệu :

W=0q

Q =6,16

7500 =450 m 3

7,Diện tích mặt cắt ngang :

187

F =HW =

4450 =112,5 m 2

8,Thiết kế làm 4 đơn nguyên,tháp lọc hình trụ tròn ,

Đường kính mỗi tháp :

D=4

4F =14,34.

45,112 =5,8 m

Ví dụ 4:Tính toán tháp lọc sinh học trong đặt các tấm nhựa gấp nếp diện tích đơn vịF a =100 (m 2 / m 3 ),độ rỗng P= 94%,

-công suất xử lý : Q= 83000 m 3 /ngày

- BOD 5đầu vào : S 0 = 260 mg/l

- BOD 5đầu ra : S = 50 mg/l

- Nhiệt độ nước mùa đông: T =14 0 C

Giải:

1,Chọn chiều cao tháp :H =6m

2,Hệ số ứng với S= 50; =1,2

3,Hệ số nhiệt độ ở 14 0 C, K T =0,151

4,Tải trọng BOD 5 cho phép :

C 0 =PHKT =93 145,04 :1,2=71 g/m 3 ngày

5,Tải trọng thủy lực cho phép trên 1 m 3 vật liệu :

q 0 = C 0 ,F a /S 0 = 71100 :260 = 27,6 m 3 / m 3 ngày

6,Thể tích khối vật liệu

W=0q

Q =6,27

83000 =3004m 3

7, Diện tích mặt bằng cần thiết :

F =HW =

43004 =501 m 2

Thiết kế làm 4 tháp trụ tròn :

Đường kính đáy tháp :

D=14,34

4501 =12,6 m lấy tròn D=13 m

188

Ví dụ 5: Tính bể lọc sinh học vật liệu lọc là các tấm nhựa phẳng xếp thành khối tấm

thẳng đứng độ rỗng P= 80% chiều cao H= 4m,Diện tích đơn vị F a =56 m 2 / m 3 ,

Công suất xử lý Q= 250 m 3 / ngày;T =14 0 C

S 0 = 180 mg/l ;S= 30 mg/l

Giải :

1,Hệ số nhiệt độ K T = 0,151

2,Hệ số ứng với S= 30; =1,75

3,C 0 =80 151,04 :1,75=27,6 g BOD 5 / m 2 ngày

4, q 0 = C 0 ,F a /S 0 = 27,656 :180 = 8,6 m 3 / m 3 ngày

5,Thể tích cần thiết :

W=qQ =

6,8260 =31,4m 3

F =HW =

44,31 =7,9 m 2

Làm 2 bể lọc ,Diện tích mỗi bể 4 m 2 ,

Làm tháp vuông mỗi cạnh 22 m,

Tổng chiều cao tháp lọc :

H= H 1 + H 2 + H 3

H 1 : Chiều cao đáy phân phối và lắp cửa thong gió = 0,8 m

H 2 : Chiều cao lớp vật liệu nhựa = 4m

H 3 : Chiều cao dự trữ và phun nước = 0,6 m

H= 0,8+4+0,6 =5,4 m

XI.3. BỂ LỌC SINH HỌC CÓ LỚP VẬT LIỆU NGẬP TRONG NƯỚC

Từ đầu những năm 1990 đến nay,các nhà khoa học trong lĩnh vực xử lý nướcthải đã nghiên cứu và áp dụng thành công vào sản xuất công nghệ lọc sinh học cólớp vật liệu lọc ngập trong nước,Ở Mỹ,Pháp,úc,công nghệ này đã áp dụng để xử lýnước thải sinh hoạt và công nghiệp thực phẩm công suất 40000 m 3 / ngày đưa vàovận hành từ năm 1994,Ở Việt Nam công ty tư vấn cấp thoát nước số 2 – Bộ xâydựng bắt đầu nghiên cứu trên mô hình năm 1992 và áp dụng vào xử lý nước thảibệnh viện đa khoa Khánh Hòa,Ninh Thuận ,Long Xuyên năm 1995,

XI.3.1. Cấu tạo : Xem hình (11-7)

189

XI.3.2. Quy trình vận hành

Nước thải đã qua bể lắng đợt một được bơm lên máng phân phối 1,theo dànống 2 phân phối đều trên diện tích đáy bể,nước được trộn đều với không khí cấp từngoài vào dàn ông phân phối 6,Hỗn hợp khí nước đi cùng chiều từ dưới lên qua lớpvật liệu lọc,Trong lớp vật liệu lọc xảy ra quá trình khử BOD và chuyển hóa NH

4

thành NO 3 ,lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng,Nước trong được thu

vào máng 4 theo ống 5 đi ra ngoài,Nếu muốn khử BOD, NO 3 ,và P,nên lọc từ 2

bậc trở lên,ở bậc lọc cuối,dàn phân phối khí đặt vào giữa lớp vật liệu ở cao độ saocho lớp vật liệu lọc nằm dưới dàn phân phooiskhis có đủ thể tích là vùng thiếu khí(Anoxic) để khử NO

3 , và P,Độ chênh mực nước giữa các bể lọc làm việc nối tiếpH= 0,5 m

6

8

7

4

10

1

2

11

5

3

12

V Ë t liÖ u lä c næ id = 2 - 5 m m

Hình 11-7 :Sơ đồ bể lọc sinh học vật liệu nổi

1.Máng phân phối nước thải sau khi qua bể lắng 1 vào các bể,

2.Dàn ống khoan lỗ phân phối nước vào và thu nước xả rửa,

3.Ông xả nước rửa lọc,

4.Máng thu nước lọc,

5.ống dẫn nước đã lọc sang bể lọc đợt 2 hoặc vào bể tiếp xúc tiệt trùng ,

6.ống dẫn và dàn ống phân phối khí

7.Hộp ngăn nước trở lại máy gió,

190

8.Ông dẫn gió từ máy nén tới,

9.Hạt vật liệu lọc nổi Polystyene (hạt móp) đường kính 2-5mm,diện tích

bề mặt 700-800 m 2 / m 3 vật liệu,

10.Lưới chắn Inox mắt lưới 1,51,5 mm có thể thay bằng sàn gắn chụp,

lọc,có khe hở 1,5 mm đặt ngược

11.Khoảng trống để lớp vật liệu lọc dãn nở khi rửa = ½ chiều dày lớp lọc,

12.Chiều cao lớp nước để rửa lọc thường từ 1,2-1,4m,

-Khi tổn thất trong lớp lọc đạt đến trị số 0,5 m thì xả rửa bể lọc bằng cách đóng vannước vào,van cấp khí,đóng mở van xả rửa 3 lần,mỗi lần từ 30-40 giây,cường độ rửalọc 12-14 l/s m 2 ,Độ dãn nở của vật liệu e=40%,Quy trình gió nước cùng chiều và đitừ dưới lên cho hiệu quả xử lý cao,tổn thất ít,Khác với quy trình gió nước ngượcchiều,nước đi từ trên xuống,gió đi từ dưới lên,tổn thất thủy lực qua lớp lọc tăngcao,hiệu quả xử lý không tốt hơn quy trình cùng chiều,

XI.3.3.Công thức tính toán

Theo kết quả nghiên cứu của công ty tư vấn cấp thoát nước Số 2 –Bộ xây dựngtính toán bể lọc sinh học dung vật liệu nổi đường kính 2- 5 mm đẻ khử BOD vàchuyển hóa NH

4 (Nitơrat hóa) có thể dung công thức do Viện sĩ Iakovlev đề xuấtvà đã được đưa vào tiêu chuẩn thiết kế của Liên Xô 1974 và tiêu chuẩn ngành ViệtNam 1984 với phạm vi áp dụng BOD 5< 500 tốc độ lọc <3m/h,

K=SS0 = 10 F (11-8)

Trong đó :

S 0 : Hàm lượng BOD 5 đầu vào (mg/l)

S : Hàm lượng cho phép của BOD 5 đầu ra (mg/l)

F : Chuẩn số tổng hợp :

F = H,B 6,04,0q

KT (11-9)

K T : Hằng số tiêu thụ oxy phụ thuộc vào nhiệt độ :

K T = 0,2 1,047 20T

T : Nhiệt độ nước thải 0 C

H : Chiều cao lớp vật liệu lọc (m)

191

B: Lưu lượng đơn vị của không khí (m 3 không khí/1 m 3 nước thải )chọntừ 8-12 m 3 không khí /1 m 3 nước thải

q :Tải trọng thủy lực (m 3 nước thải /m 2 mặt bể ngày )chọn từ 20-80 m 3 /m 2 ngày,

và : hệ số phụ thuộc vào lưu lượng đơn vị của không khí và vào giá trị củachuẩn số tổng hợp F lấy theo bảng 3:

Bảng 11-3 :Giá trị của hệ số và

Lưu lượng đơn vị củakhông khí = m 3 / m 3 Chuẩn số tổng hợp F

8

10

12

0,662

0,662

0,85

0,85

1,06

1,06

1,51

0,47

1,2

0,4

1,1

0,2

0

0,69

0,13

0,83

0,19

1,15

Bể lọc sinh học dùng vật liệu nổi có khả năng giữ được trong khe rỗng ác vẩytróc ra của màng vi sinh học bám quanh hạt ,nên mặc dù cường độ gió lớn,nhưnghàm lượng cặn lơ lửng trong nước ra khỏi bể lọc đều 20 mg/l,Do đó không cầnthiết kế bể lắng đợt 2,

Ví dụ :Tính bể lọc sinh học dung vật liệu lọc nổi,

-Nước thải có lưu lượng :Q= 250 m 3 / ngày,

- BOD 5 sau khi qua bể điều hòa cũng là bể lắng đợt 1 còn 200 mg/l

-Nhiệt độ nước trung bình về mùa đông T=20 0 C,mùa hè T=30 0 C,

Yêu cầu xử lý đầu ra BOD 5 20 mg/l ;SS 20 mg/l cặn lơ lửng ra khỏi bể lọcchứa 65% chất hữu cơ sẽ bị phân hủy :BOD =0,68 COD,

Giải:

1,Xác định hàm lượng BOD 5 hòa tan cho phép đầu ra :

S = 20-(SS0,65 42,1 0,68)

S = 20-(200,65 42,1 0,68) =20- 12,5=7,5 mg/l

192

2,Hằng số tiêu thụ oxy K T :

K T = 0,21,047 2020 =0,2

3,Chọn chiều dày lớp lọc H = 2m,Lưu lượng không khí đơn vị :

B= 10 m 3 khí/ m 3 nước

4,Chọn thử tải trọng thủy lực q = 72 m 3 / m 2 ngày vận tốc lọc :

V= 2

3

12472

mgiom

= 3 m/giờ

5,Tính chuẩn số tổ hợp F:

F= 4,0

6,0 ..q

KBH T = 4,0

6,0

722,0102 = 0,2879

6,Tra bảng 3,Ưng với B =10;F=0,2879

Ta có =1,2; 13,0

7,Hiệu quả làm sạch theo BOD qua bể lọc đợt 1 :

K 1 =1S

S=10 F =10 476,0 =2,995

8,Tính số bậc lọc cần thiết n với điều kiện bể lọc đợt 1,đợt 2,đợt 3 có cấu tạo giốngnhau,có các chỉ tiêu làm việc như nhau tức K 1 = K 2 = K 3

Hiệu quả làm sạch yêu cầu :

K 1 =1

0

SS =

5,7200 =26,66

K= K ni ; 26,66 = (2,995) n

n=3 Lọc qua 3 đợt nối tiếp

9,Diện tích cần thiết của 1 đợt lọc

F =qQ =

72250 =3,47 m 2

Bể làm tròn đường kính D= 2,1m

Bể làm bằng thép Inox hình trụ tròn,đáy hình nón,

-Chiều cao phần đáy : h 1 = 0,5 m

-Chiều cao phần hình trụ dành cho vật liệu dãn nở khi rửa : h 2 = 2 m

-Chiều cao phần vật liệu : h 3 = 2m

193

-Chiều cao phần chứa nước rửa : h 4 =1,2m

-Chiều cao dự trữ h 5 =0,3 m

Tổng chiều cao bể lọc :H= 0,5 +1,0 +2,0+ 1,2+ 0,3 = 5,0 m

194

CHƯƠNG XII

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH YẾM KHÍ TRONG MÔI TRƯỜNGCẶN LƠ LỬNG VÀ MÔI TRƯỜNG VI SINH DÍNH BÁM

XII.1. QUÁ TRÌNH SINH HỌC VÀ PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH

X.1.1. Quá trình sinh học

Xử lý sinh học bằng vi sinh yếm khí là quá trình phân hủy các chất hữu cơ,vô cơ có trong nước thải khi không có oxy. Quy trình này được áp dụng từ trước đếnnay để xử lý ổn định cặn và xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ BOD, CODcao. Mười năm trở lại đây do công nghệ sinh học phát triển, quy trình xử lý bằng visinh yếm khí được áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp cónồng độ BOD tương tự. Khi nồng độ BOD trong nước thải lớn hơn 500 mg/l ápdụng quy trình xử lý 2 bậc. Bậc một xử lý yếm khí, bậc 2 xử lý hiếu khí.

Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh yếm khí xảy ratheo ba bước:

- Bước 1 : Một nhóm vi sinh tự nhiên có trong nước thải phân các hợp chấthữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượngnhẹ như Monosacarit, amino axit để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượngcho vi sinh hoạt động.

- Bước 2 : Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơngiản thành cac axit hữu cơ thường là axit axetic, nhóm vi khuẩn yếm khítạo thành axit trong các tài liệu thoát nước gọi là nhóm axit focmơ.

- Bước 3 : Nhóm vi khuẩn tạo meetan chuyển hóa hydro và axit axeticthành khí metan và cacbonic. Nhóm vi khuẩn này được gọi là metanfocmơ, chúng có rất nhiều trong dạ dày của động vật nhai lại (trâu, bò …)Vai trò quan trọng của nhóm vi khuẩn metan focmơ là tiêu thụ hydro vàaxit axetic, chúng tăng trưởng rất chậm và quá trình xử lý yếm khí chấtthải được thực hiện khi khí metan và cacbonic thoát ra khỏi hỗn hợp.

Để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí, phải duy trì được tình trạng cânbằng động của quá trình theo 3 bước đã nêu. Muốn vầy trong bể xử lý phải:

+ Không có oxy.

+ Không có hàm lượng quá mức của kim loại nặng.

+ Giá trị pH của hỗn hợp từ 6,6 đến 7,6.

+ Phải duy trì độ kiềm đủ khoảng 1.000 – 1.500 mg/l làm dung dịch đệmđể ngăn cản pH giảm xuống dưới 6,2.

195

+ Nhiệt độ của hỗn hợp (nước thải) từ 27 – 38 oC.

+ Phải đủ chất dinh dưỡng theo tỷ lệ COD : N: P = 350 : 5 : 1 và nồngđộ thấp của các kim loại sắt vv …

2. Phân loại công trình:

Theo nguyên tắc hoạt động và cấu tạo công trình các bể phản ứng xử lý bùn vàxử lý nước thải trên thực tế và trong các tài liệu xử lý nước thải được phân ra nhưsau:

- Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc : Nước thải chưa xử lý được trộn đều vàliên tục với bùn yếm khí tuần hoàn lại trong bể kín.

- Bể phản ứng vi sinh yếm khí dính bám có trên các tấm phẳng đặt trongbể, có dòng nước đi từ dưới lên, hoặc đi từ trên xuống.

- Bể phản ứng vi sinh yếm khí dính bám trên các hạt cát lơ lửng trong nướcdo vận tốc nước đi từ dưới lên làm dãn nở lớp cát.

- Bể phản ứng có dòng nước xử lý đi từ dưới lên qua lớp cặn lơ lửng(UASB Upflow anaerobic sludge blanket).

- Bể phản ứng có dòng nươc đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp tiếpqua lớp vật liệu lọc cố định (upflow sludge blanket/fixed bed).

- Hồ xử lý yếm khí.

Trong chương này chỉ giới thiệu bể UASB và bể lọc yếm khí là 2 loại côngtrình đã xây dựng và vận hành có hiệu quả ở nước ta (nhà máy đường LaNgà, cảng cá Mỹ Tho).

XII.2. BỂ XỬ LÝ YẾM KHÍ CÓ LỚP CẶN LƠ LỬNG (UASB)

XII.2.1. Cấu tạo

Xem hình 12-1

XII.2.2. Quy trình hoạt động

Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối bảođảm phân phối đều nước trên diện tích đáy bể. Nước thải đi từ dưới lên với vận tốcV = 0,6 đến 0,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp phụ chất hữu cơ hòa tantrong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70 – 80% làmetan 20 – 30% là cacbonic). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên xáotrộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng, khi hạt cặn nổi lên trênva phải tấm chắn (7) hạt cặn bị vỡ, khí thoát lên trên, cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợpbùn nước đã tách hết khí qua cửa (8) vào ngăn lắng.

Nước thải trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống dưới đáy qua cửa (6) tuần hoàn lạivùng phản ứng yếm khí. Nước trong dâng lên trên được thu vào máng (10) theo ống

196

(12) dẫn sang bể làm sạch hiếu khí (làm sạch đợt 2). Khí Biogass được dàn ống (11)thu về bình chứa (13) rồi theo ống dẫn khí đốt (14) đi ra ngoài.

11

10

12

14

13

15

1

89

65

4

7

2 3

7

H1000300

500

1200

450

400

2000

300

>=55°

Hình 12 -1 :Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động củabể phản ứng yếm khí UASB

1.Bể điều hòa lưu lượng và trạm bơm nước thải

2.Bộ phận đo và điều chỉnh pH.

3.Định lượng chất dinh dưỡng N, P nếu cần.

4.Ống dẫn và dàn ống phân phối đều nước thải trong bể.

5.Thể tích vùng phản ứng yếm khí.

6.Cửa tuần hoàn lại cặn lắng.

7.Tấm chắn khí.

8.Cửa dẫn hỗn hợp bùn nước sau khi đã tách khí vào ngăn lắng.

9.Thể tích vùng lắng bùn.

10.Máng thu nước.

11.Ống dẫn hỗn hợp khí Metan.

12.Ống dẫn nước sang bể xử lý hiếu khí (đợt 2).

13.Thùng chứa khí.

197

14.Ống dẫn khí đốt.

15.Ống xả bùn dư thừa.

XII.3.3. Phân bố bùn trong bể

Bùn trong bể là sinh khối đóng vai trò quyết định trong việc phân hủy và chuyểnhóa chất hữu cơ, bùn được hình thành 2 vùng rõ rệt trong bể phản ứng. Ở chiều caokhoảng ¼ bể tính từ đáy lên, lớp bùn hình thành do các hạt cặn keo tụ nồng độ từ 5-7%. Trên lớp này là lớp bùn lơ lửng nồng độ 1000 – 3000 mg/l gồm các bông cặnchuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống. Trên mặttiếp giáp với pha khí, nồng độ bùn trong nước bé nhất. Nồng độ cao của bùn hoạttính trong bể cho phép bể làm việc với tải trọng chất hữu cơ cao. Để hình thành khốibùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc có hiệu quả đòi hỏi thời gian vận hành khởi độngtừ 3 đến 4 tháng. Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi khuẩn tạo metan trước (phân trâubò) với nồng độ thích hợp và vận hành với chế độ thủy lực ≤ ½ công suất thiết kế,thời gian khởi động có thể rút xuống từ 2 đến 3 tuần/

Cặn dư thừa định kỳ xả ra ngoài. Lượng cặn dư chỉ bằng 0,15 – 0,2 hàm lượng CODtức là bằng nửa cặn sinh ra so với khi xử lý hiếu khí. Cặn xả ra ổn định có thể đưatrực tiếp đến thiết bị làm khô.

XII.2.4. Quá trình lắng

Hỗn hợp vi sinh yếm khí phân hủy chất hữu cơ trong bể ở tình trạng trộn lẫn giữa bapha: khí, nước, bùn. Để đưa nước ra khỏi bể trước hết phải tách khí ra khỏi hỗn hợpbằng các tấm tách khí đặt nghiêng so với phương ngang ≥ 55o (kích thước và cáchbố trí xem hình 12-1). Sau khi tách khí, hỗn hợp bùn nước chảy theo cửa (8) với vậntốc 9/10 m/h vào ngăn lắng. Thể tích ngăn lắng tính theo thời gian lưu nước ≥ 1 giờ.Cặn rơi xuống đáy hình côn cùa ngăn lắng chảy qua khe (6) trở lại ngăn phân hủyyếm khí (5). Tổng chiều cao ngăn lắng 2 m, chiều cao phần lắng ≥ 1 m.

XII.2.5. Chỉ tiêu thiết kế

Khi thiết kế bể phản ứng yếm khí UASB và bể lọc yếm khí có thể tham khảo số liệucho trong bảng 12-1, để chọn thông số thiết kế thích hợp.

Bảng 12-1 : Số liệu kỹ thuật từ kết quả vận hành bể UASB và bể lọc yếm khí

Nguồn nước thảiHàm lượngCOD đầuvào (mg/l)

Thời gian lưunước trong bể

(giờ)

Tải trọngCOD (kgCOD/m 3

Hiệu quảkhử COD

(%)

198

ngày)

Nước thải sinh hoat 500-800 4-10 4-10 70-75

Nhà máy rượu,menrượu 20.000 5-10 14-15 60

Chế biến bột khoaitây 4.500-7.000 5-10 8-9 75-80

Chế biến sữa 3.000-3.400 5-10 12 80

Nhà máy hóa chấthữu cơ tổng hợp 18.000 5-10 7-9 90

Chế biến rau và hoaquả 8300 5-10 18 55

Giấy các loại 7.700 5-10 12 80

Chế biến hải sản 2.300-3.000 5-10 8-10 75-80

XII.3.BỂ LỌC YẾM KHÍ

Bể lọc yếm khí do Công ty Tư vấn Cấp thoát nước số 2 nghiên cứu thiết kếđã đưa vào vận hành có kết quả là cột lọc dùng vật liệu nổi polyspirene,đường kính hạt: 3-5 mm ,chiều dày 2 m

Ngăn tách khí

Ống dẫn khí ra

Máng thu nước

Lưới chắn

Nước thải vào

Vật liệu lọc nổi

Lớp cặn lơ lửng

ống dẫn nước ra

199

Hình 12-2 :Sơ đồ cấu tạo bể lọc yếm khíNước thải đi vào bể được phân phối đều theo diện tích đáy bể. Dòng nước đi từ

dưới lên tiếp xúc với khối bùn lơ lửng ở dưới lớp lọc rồi tiếp xúc với khối hạt lọc cóvi khuẩn yếm khí dính bám. Chất hữu cơ hòa tan trong nước thải được hấp thụ vàphân hủy, bùn cặn được giữ lại trong các khe rỗng của lớp lọc, sau thời gian 2 – 3tháng xả bùn dư một lần.

Nước đi qua lớp lọc được tách khí rồi chảy vào máng thu theo ống dẫnđưa sang sử lý hiếu khí.

Ví dụ tính toán: Tính bể USAB để xử lý nước cho nhà máy chế biến hảisản – công suất xử lý: 200 m3/ngày.

COD đầu vào: 2.000 mg/l

BOD = 1200mg/l

Yêu cầu sau bể USAB: COD còn lại ≤ 500mg/l để đưa sang xử lý tiếp theoquy trình hiếu khí.

Giải:

Hiệu quả làm sạch: E= %752000

5002000

Lượng COD cần khử 1 ngày:

G=200 m3 x (2000 -500)x 10-3 = 300 kg/ngày

Tải trọng khư COD của bể lấy theo bảng 12-1: a= 8 kg COD/ m3ngày

- Dung tích xử lý yếm khí cần thiết:

V= 5,378

300

vG m3

- Tốc độ nước đi lên trong bể; v= 0,9 m/h

- Diện tích bể cần thết:

F = 25,99,024

200

gi ivQ m2

- Chiều cao phần xử lý yếm khí:

H1 = 1.425,95,37

FV m

- Tổng chiều cao của bể: H = H1 + H2 + H3

H1 : Chiều cao phần thể tích xử lý yếm khí

H2 : Chiều cao vùng lắng lấy H2 = 1,2m

200

H1 : Chiều cao dự trữ H3 = 0,3m

- Chiều cao bể: H = 4,1 + 1,.2 + 0,3 = 5,6m

- Kiểm tra thời gian thu nước:

V = H x F = 5,3 x 9,25 = 49,025 m3

T = 88,524200

025,4924 xxQ

V

ngày

giờ0 .

31 .

24 .

1

3 ,3

2 ,3

5 0 0

1 2 0 0

1 5 0 4 0 0

1 5 0

T h u n ­ í ck h Ý

Bể có chiều rộng 2,6 m;dài 3,6 m

201

CHƯƠNG XIII

XỬ LÝ VÀ THẢI BÙN CẶN RA NGUỒN TIẾP NHẬN

Bùn cặn của nước thải trong nhà máy xử lý là hỗn hợp của nước và cặnlắng có chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân hủy, dễ bị thối rữa và cócác vi khuẩn có thể gây độc hại cho môi trường vì thế cần có biện pháp xử lýtrước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Mục đích của quá trình xử lý bùn cặn là:

1. Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn bằng cách gạn một phần hay phầnlớn lượng nước có trong hỗn hợp để giảm kích thước thiết bị xử lý vàgiảm trọng lượng phải vận chuyển đến nơi tiếp nhận.

2. Phân hủy các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các hợp chấthữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ dễ dàng tách nước ra khỏi bùn cặnvà không gây tác động xấu đến môi trường của nơi tiếp nhận.

XIII.1. XUẤT XỨ, SỐ LƯỢNG VÀ ĐẶC TÍNH CÁC LOẠI BÙN CẶN TRONGNHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI

XIII. 1. 1. Xuất xứ

Bùn cặn trong nhà máy xử lý nước thải được thu gom ở các công đoạn sau:

a. Rác, bông gạc, mảnh vỡ, giẻ rách, vật cứng có kích thước > 10mm đượcgiữ lại ở song chắn và lưới chắn rác.

b. Cát, bùn nặng, các hợp chất hữu cơ dính bám vào bùn cát được giữ lại ởbể lắng cát.

c. Dầu, mỡ và bọt nổi thu gom từ bề mặt nước trong hầm bơm, bể lắng đợt1, bể Aerotank, bể lắng đợt 2, bể điều hòa lưu lượng.

d. Một phần cặn lơ lửng được ở bể lắng đợt 1, còn gọi là cặn tươi vì có chứacặn vô cơ và nhiều cặn hữu cơ chưa bị phân hủy.

e. Cặn lắng ở bể lắng đợt2 chủ yếu là bùn hoạt tính do công đoạn xử lý sinhhọc tạo ra khi nước thải qua bể Aerotank, bể lọc sinh học, bể USAB v.v…

XIII.1.2. Số lượng và đặc tính các loại bùn cặn

a. Cặn và rác có kích thước lớn thu được từ song chắn, lưới chắn có số lượngthay đổi tùy thuộc vào hiệu quả quản lý các hố thăm và hầm thu nước trênmạng thu gom nhưng thường có số lượng rất ít. Cặn rác có độ ẩm từ 85 –95% chứa từ 50 – 80% là chất hữu cơ có mùi hôi thối, có khả năng phân hủy.

202

b.Cát và cặn nặng có kích thước lớn hơn 0,2 mm lắng ở bể lắng cát,tỷ trọng cặn khô2,65,Khi lấy ra khỏi bể lắng cát,để róc hết nước,cặ có độ ẩm từ 14 -35% chứa 30 –50% cặn hữu cơ,Khối lượng thu được khoảng 30 lít trong 1000m 3 nước thải ,

c.Bọt váng có độ ẩm từ 90-98%,hàm lượng chất hữu cơ >95% tỷ trọng xấp xỷ bằng1,Khối lượng thường dao động từ 0,75 lít đến 50 lít trong 1000m 3 nước thải,

d.Cặn thu được từ bể lắng đợt 1 và bể lắng đợt 2,

Cặn của bể lắng đợt 1 gọi là cặn tươi vì các hợp chất hữu cơ trong cặn chưa bị phânhủy còn cặn của bể lắng đợt 2 là bùn hoạt tính có cấu tạo dạng bông cặn,vì đã quaxử lý sinh học,nên các chất hữu cơ có trong cặn đã được phân hủy một phần ,

* Khối lượng cặn :Tổng khối lượng cặn thu được trong bể lắng đợt 1 và đợt 2 theotrọng lượng cặn khô có thể tính theo công thức (13-1) hoặc tham khảo số liệu trongbảng (13-1),

G = Q (0,8 SS +0,3S),10 3 kg/ngày (13-1)

Trong đó :

+ Q : Lưu lượng nước thải cần xử lý (m 3 /ngày)

+SS : Hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l hay g/ m 3 )

+S : Lượng BOD 5 khử được (mg/l hay g/ m 3 )

Riêng lượng cặn tươi ,cặn lắng trong bể lăng đợt 1 xác định theo công thức tínhhiệu quả bể lắng đợt 1 (chương 4 )

Bảng 13-1:Khối lượng và tỷ trọng của cặn sinh ra khi xử lý nước thải theo sốliệu thưc tế thu được từ các nhà máy xử lý nước thỉa ở Mỹ,

Các công đoạn xử lý Tỷ trọngcặn khô

Tỷ trọngcủa cặn

lắng

Cặn khô kg/1000 m 3

Khoảng daođộng

Giá trị tiêubiểu

-Bể lắng đợt 1-Bể lắng đợt 2 sau bể aerotank-Bể lắng đợt 2 sau bể lọc sinh

học nhỏ giọt-Sau bể Aerotank làm thoáng

kéo dài-Hồ hiếu khí có thiết bị làm

thoáng-Bể lọc sinh học dạng hạt

1,41,25

1,45

1,3

1,3

1,021,005

1,025

1,015

1,01

107,8-167,772-96

60-96

84-120

84-120

15084

72

96

96

203

-Bể Aerotank Nitrat hóa 1,28 1,02

Các công đoạn xử lý Tỷ trọngcặn khô

Tỷ trọngcủa cặn

lắng

Cặn khô kg/1000 m 3

Khoảng daođộng

Giá trị tiêubiểu

- Bể khử nitrat- Khử photpho bằng vôi+ Liều lượng vôi (350-500mg/)+ Liều lượng vôi (800-1600mg/l)

1,2

1,9

2,2

1,005

1,04

1,05

12-30

239-395

660-1318

18

300

790

* Đặc tính của cặn :Cặn thu được khi xử lý nước thải đô thị và khu dân cư sau khixử lý ổn định và làm khô còn chứa một số dinh dưỡng có lợi cho cây trồng ,có thểdùng làm chất cải tạo đất,tuy vậy chất dinh dưỡng trong cặn có hàm lượng thấp lạikhông đủ thành phần nên không thể thay phân bón,Để có thể thu được phân bón từbùn cặn của nước thải phải trải qua các giai đoạn công nghệ chế biến và làm tinh,giáthành cao nên không thực tế (xem bảng 13-2)

Bảng 13-2:Số liệu so sánh thành phần và hàm lượng chất dinh dưỡng trongphân bón và trong bùn cặn của nước thải đã xử lý ổn định

Hạng mục so sánhChất dinh dưỡng

Nitơ Phốtpho Kali

Phân bón thường dùng trong nôngnghiệp 5 10 10

Cặn nước thải sinh hoạt đã được xử lýổn định 3,3 2,3 0,3

-Đặc tính của cặn nước thải phụ thuộc vào bản chất của cặn rắn và bùn,phụ thuộcvào quá trình lưu giữ và xử lý cặn,nhiều chất hóa học độ kiềm,Ph,nồng độ các axitshữu cơ,kim loại nặng,thuốc trừ sâu,Hydrocacbon kể cả các chất dinh dưỡng là cácthành phần quan trọng cần phải xét đến khi chọn quy trình xử lý và thải cẩn nguồntiếp nhận.

Bảng 13-3 :Thành phần hóa học tiêu biểu của cặn nước thải đô thịkhi chưa xử lý ổn định và đã xử lý ổn định

204

Các chất thành phầncó trong tổng lượngcặn khô tính theo %

Cặn tươi chưa xử lýổn định

Cặn tươi đã xử lý ổnđịnh

Cặn ở bểlắng đợt 2chưa xử lý

ổn định

Khoảngdao động

Giá trịtiêu biểu

Khoảngdao động

Giá trịtiêu biểu

Khoảngdao động

Coi tổng lượng cặnkhô là 100%

100 100 100 100 100

Cặn bay hơi 60-80 65 30-60 40 59-88

Dầu mỡ, chất béo 6-35 65 5-12 18 5-12

protein 20-30 25 15-20 18 32-41

Ni tơ (N) 1,5-4 2,5 1,6-6 3 2,4-5

Photpho (P 2 O 5 ) 0,8-2,8 1,6 1,5-4 2,5 2,8-11

Ka li (K 2 O) 0,0-1,0 0,4 0,0-3,0 1,0 0,5-0,7

Xenlulo 8-15 10 8-15 10

Sắt 2-4 2,5 3-8 4

Silic (SiO 2 ) 15-20 10-20

pH 5-8 6 6,5-7,5 7 6,5-8

Độ kiềm (mg/l theoCaCO 3 )

500-1500 600 2500-3500

3000 580-1000

Axit hữu cơ 200-2000 500 100-600 200 1100-1700

Bảng 13-4: Nồng độ các kim loại trong cặn nước thải

Tên kim loại Nồng độ kim loại trong cặn khô mg/kg

Khoảng dao động Giá trị tiêu biểu

Asen 1,1-230 10

Cadmi 1,0-3410 10

Crôm 10-99000 500

Coban 11,3-2490 30

Đồng 84-17000 800

Sắt 1000-154000 17000

205

Chì 13-26000 500

Man gan 32-9870 260

Thủy ngân 0,6-56 6

Molip đen 0,1-214 4

NikenSelen

2-5300 80

1,7-17,2 5

Thiếc 2,6-329 14

Kẽm 101-49000 1700

XIII.2.Nồng độ và thể tích hỗn hợp cặn lắng

Khi xử lý và thải cặn cần phải biết nồng độ (hay còn gọi là độ ẩm)của cặn,vàthể tích khối cặn để tính toán bơm,đường ống dẫn,chọn thiết bị làm khô và vậnchuyển cặn đến bãi thải.

XIII.2.1.Nồng độ

-Nồng độ cặn lắng phụ thuộc vào loại công trình xử lý có thể chọn theobảng 13-5

Bảng 13-5 :Nồng độ cặn lắng của các quy trình và công trình xử lý khác nhau

Các quy trình và công trình xử lý Nồng độ cặn % (tính theo cặn khô)

Khoảng dao động Giá trị tiêu biểu

Bể lắng đợt 1Cặn tươi 4 – 10 5

Cặn từ bể lắng đợt 2 đưa về đầu bể lắng đợt 1lắng cùng với cặn tươi

3 - 8 4

Cặn từ bể lọc sinh học nhỏ giọt đưa về đầubể lắng đợt 1 lắng cùng với cặn tươi

4 – 10 5

Cặn tươi cộng với phèn sắt khử Photpho 0,5 – 3 2

Cặn tươi cộng với vôi liều thấp khử PhotphoCặn tươi cộng với vôi liều cao khử Photpho

2 - 8

4 – 16

4

10

206

- Bọt váng 3 – 10 5

- Bể lắng đợt 2: Đặt sau bể Aerotank

Bể lắng đợt 1 → bể Aerotank → bể lắng đợt 2 0,5 – 1,5 0,8

Bể Aerotank → bể lắng đợt 2 0,8 – 2,5 1,3

Bể lọc sinh học nhỏ giọt → bể lắng đợt 2 1,0 – 3,0 1,5

- Bể cô đặc cặn bằng trọng lựcChỉ riêng cặn tươi 5 – 10

8

Hỗn hợp cặn tươi và cặn của bể lắngđợt 2

2 – 8 4

Hỗn hợp cặn tươi và cặn sau bể lọc sinhhọc

4 – 9 5

- Bể cô đặc cặn bằng tuyển nổiChỉ riêng cặn của bể lắng đợt 2

3 – 5 4

Cặn bể lắng đợt 2 có pha hóa chất keotụ

4 - 6 5

XIII.2.2.Thể tích hổn hợp cặn

Thể tích hổn hợp cặn phụ thộc chủ yếu vào hàm lượng nước có trong hổn

hợp và chỉ phụ thuộc rất ít vào đặc tính của cặn

a.Tỷ trọng:

Nếu hổn hợp cận khô gồm cặn vô cơ và cặn hữu cơ (cặn bay hơi) thì tỷ trọngchung của hổn hợp cặn tính theo công thức (13-2)

h

h

v

ve

SW

SW

SW

(13-2)

Trong đó:

We:trọng lượng cặn khô

Wv:trọng lượng cặn vô cơ

Wh:trọng lượng cặn hữu cơ

S :Tỷ trọng của hổn hợp cặn khô

Sv :Tỷ trọng cặn vô cơ

207

Sh :Tỷ trọng cặn hữu cơ

Ví dụ: 1kg hổn hợp cặn khô gồm31 cặn vô cơ có tỷ trọng 2,5 và

32 cặn hữu cơ có tỷ

trọng 1 thì tỷ trọng của hổn hợp cặn sẽ làS1 =

5,233,0 +

167,0 = 0,802

25,1802,01 S

Nếu trong hổn hợp có nước cặn,cặn khô có tỷ trọng 1,25 và nồng độ 10% theotrọng lượng thì tỷ tronh nước cặn là:

S1 =

25,11,0 +

19,0 =0,98 02,1

98,01 S

b.Thể tích:

Coi tỷ trọng của nước là 1T/ 3m ,thể tích của hổn hợp cặn tính theo công thức(13-3)

V=PS

W W.

(13-3)

Trong đó:

V:thê tích hổn hợp ( 3m )

Wc:trọng lượng cặn khô (tấn)

P :Nồng độ %của cặn khô trong hổn hợp theo tỷ lệ thập phân

S :Tỷ trọng của hổn hợp cặn (T/ 3m )

Ví dụ: Xác định số lượng và thể tích các loại cặn qua các công đoạn xử lýcặn:qua bể xử lý ổn định cặn,lượng cặn hữu cơ (cặn bay hơi) giảm 50% sau đó bể côđạc cặn trọng lực rồi qua máy làm khô cặn để giảm độ ẩm xuống còn 75%(tức nồngđộ cặn còn 25%) với các điều kiện :công xuất nhà máy xử lý 4 000 m3/ngày.

Hàm lượng cặn lơ lưởng SS=200mg/l=0,20 kg/ 3m

BOD5= 150mg/l = 0.15kg/ 3m

Cặn vô cơ tỷ trọng 2,5 T/m3 chiếm 25% tổng cặn khô

Cặn hữu cơ tỷ trọng 1T/m3 chiếm 75% tổng cặn khô

Quá trình xữ lý nước thải: Bể lắng đợt I bể Aerotank bể lắng đọt II

Giải:

1. Giả xử bể qua lắng đợt 1 lắng được 60% cặn lơ lưng.

208

Lượng cặn lắng ở bể lắng đợt 1:

G1=Q ngàyTkgmkgmSS /48,0480/2,06,040006,0 33

Tỷ trọng cặn tươi theo bảng (13-1) :S=1,02 T/ 3m

Nồng độ cặn ở bể lắng đợt 1 :bảng (13-5) P=5%=0,05

Thể tích cặn tươi theo công thức (13-3) :

V= ngàym /41,905,002.1

48,0 3

Căn cứ cào thể tích này để định thể tích hố thu và chứa cặn ở bể lắng 1 vàchọn bơm cặn và ống dẫn cặn tươi về bể xử lý ổn định cặn theo từng giơ bơm sẵn.

2. cặn sau bể lắng đợt 2:

2G =Tổng cặn - 1G

2G =Q(0,8 SS +0,3 5BOD )- 1G

2G = Tkg 34,0340480)15,03,02,08,0(4000

Tỷ trọng bảng (13-1) :S = 1,005

Nồng độ cặn bảng (13-5) : P =1% =0,01

Thể tích cặn đưa vào bể ổn định :

V= ngàym /8,3301,0005.1

34,0 3

3.Tính lượng cặn sau bể xử lý ổn định :

Lượng cặn đưa vào bể 1 ngày : 213 GGG =480+340 =820 kg

Trong đó :

cặn vô cơ tỷ trọng 1,25 chiếm 25% tức kg20582025,0

cặn hữu cơ tỷ trọng 1chiếm 75% tức kg61582075,0

sau khi xử lý ổn định lượng cặn hữu cỏ giảm 50%

cặn hữu cơ còn lại :615 6155,0 307,5 kg =0,307 T

Tổng lượng cặn còn lại : 3'G =205 + 308 =513 kg =0.513 T

4.Tính tỷ trọng và thể tích cặn ở bể cô đặc bằng trọng lực :

209

Cặn sau khi qua bể xử lý ổn định là bùn hoạt tính sau khi cô đạc bằng trọnglực cónồng độ 5%( bảng 13-5)

Sau khi khử bớt cặn hữu cơ,tỷ trọng cặn khô :

h

h

v

ve

SW

SW

SW

kS513,0 =

5,2205,0 +

1308,0 =0,39

kS =39,0513,0 = 1,315

Tỷ trọng của hổn hợp cặn 95% là nước 5% là cặn (cặn có độ ẩm 95%)

S1 =

315,105,0 +

195,0 =0,988

S= 0121,1988,01

Thể tích cặn sau bể cô đặc

V 32,1005,0021,1

513,0 mPS

Wc

5.Từ bể cô đặc ,cặn được bơm lên máy làm khô, giả sử máy làm việc 8 giờ 1 ngày

,lưu lượng giờ :q ,/275,18

2,10 3 hm qua máy làm khô (xem chương 14) độ ẩm còn

lại 75% cặn có tỷ trọng :

S1 =

315,125,0 +

175,0 =0,94

S= 064,194,01

Thể tích cặn đã làm khô :V 3928,125,0064,1

513,0 m

Trọng lượng khối cặn có độ ẩm 75% đem ra bải thải :

05,2928,1064,1.4 VSG tấn/ ngày

XIII.3.CÁC DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN CẶN

Để đạt được hai mục đích xử lý bùn cặn đã nêu ở đầu chương 13,tùy thuộc vàođặc tính và số lượng cặn,trong các nhà mày xử lý nước thải thường áp dụng có mộthoặc nhiều loại thiết bị và công đoạn nối tiếp nhau xem bang 13-6

210

Bảng 13-6 :các công đoạn và thiết bị áp dụng trong dây chuyền xử lý cặn

Cô đặc cặn Ổn địnhcặn

Làm tăngmật độ cặn

Khử nước ra khỏicặn

Giảm thểtích cặn

Thải ra nguồntiếp nhận

1. Trọng lực

2.Tuyến nổi đẩy

3. Ly tâm

4. Lực qua băngtải

1. Yếm khí

2. Hiến khí

3. Nhiệt

4. Hóa chất

1. Hóa chất

2. Nhiệt

1. Lọc chân không

2. Lọc nén ép

3. Lọc ly tâm

4. Sân phơi bùn

5.Hồ lắng và côđặc bùn

1. Đốt

2. Ôxy hóaở dạng lỏng

1. Chôn lấp

2. Thải vàovực nước

3. Cải tạo đất

4. Phân bón

Trong các tài liệu này chỉ giới thiệu các công đoạn và thiết bị dễ thực hiện vàtheo chúng tôi là phù hợp với điều kiện ở nước ta hiện nay.

XIII.3.1.Xử lý rác thải ở lưới chắn, bùn cát ở bể lắng cát và bọt nổi.

a. Rác :

Rác vớt được từ song chán, lưới chắn là các mảnh vở ,gỗ,nhựa ,gạc bông , giấy, giẻ rách, lá v.v… dính bùn và ngậm nhiều nước thải tươi nên độ ẩm từ 85% - 95%hàm lượng hữu cơ 50- 80% ,vì khối lượng nhỏ nên có thể :

a. Đựng trong thùng , hàng ngày đưa ra ô tô thu gom rác chung của thàng phốđem đi bãi chôn.

b. Đựng trong thùng đem đến hố chôn đặt trong nhà máy , chôn cùng với bùncát của bể lắng cát và váng nổi.

b. Bùn cát ở bể lắng cát :

Ở các nhà máy công xuất nhỏ ,vì số lương ít, thường từ 1-30 lít/1000 3m 2 ngàyvớt cát 1 lần bằng thủ công hay bắng bơm phun tia , đựng trong thùng cho róc bớtnước rồi đem chôn cùng với rác .Mỗi lần chôn nen rác vôi bột và lấp một lớp đấtmỏng 10-20 cm phủ kín đê côn trùng , ruồi nhặng không phát triển ,hoặc phun chếphẩm EM (efeetivemicroorgnic) ở nước ta vừa sản xuất được .Ở các nhà máy lớn ,dùng bơm phum tia đưa cát từ bể lắng cát vào xi-cloon thủy lực để tách riêng cát vàcặn hữu cơ ,cát tương đối sạch , dễ ráo nước có thể đem rải đường , nước quay về bểlắng đợt 1.

c. Bọt nổi :

Khối lượng ít, vớt đựng vào thùng , cho róc bớt nước rồi :

a. Đem chôn cùng với rác và cát .

211

b. Đưa vào bể làm ổn định cặn.

c. Đem đốt trong lò đốt thủ công cạnh hố chôn rác.

XIII.3.2. Các dây chuyền xử lý cặn của bể lắng đợt 1 và bể lắng đợt 2.

Việc xử lý cặn bắt đầu từ công đoạn cô đặc ,đến xử lý ổn định cặn , làm khônước ,xử lý tinh hoặc đốt ,chọn mức độ cần xử lý và các công đoạn xử lý cặn phụthuộc vào :

1. Tính chất và số lượng cặn.

2. Yêu cầu về môi trường ở nơi tiếp nhận cặn do luật môi trưởng và cơ quanquản lý môi trường quy định .

3. Mặt bằng đất đai ở nhà máy xử lý.

4. Điều kiện khí hậu .

5. Vốn đầu tư và chi phí quản lý .

6. Vị trí tương quan giữa nhà máy xử lý nước thải và các khu dân cư , côngnghiệp và cac bãi đất quanh khu đô thị.

Việc tận dụng cặn ở nhà máy xử lý nước thải làm phân bón cho cây trồngphải qua nhiều công đoạn xử lý tinh luyện, sản phẩm lảm ra quá đắt nên khôngđược áp dụng .

Các quy trình xử lý cặn áp dụng hiện nay là cô đặc , ổn định cặn , giảm độẩm từ 99% xuống 80-75% thành lượng cặn tương đối đặc và khô ,kiểm tra hàmlượng các chất dinh dưỡng và các chất độc hại (kim loai nặng) nếu cho phép thìvận chuyển đến nơi cần cải tạo đất trồng hoặc đưa đến nơi cần san lấp .Việc nénép cặn hoạc xử lý nhiệt cho cặn khô hơn nữa để giảm khối lượng vận chuyển vàgiảm thể tích nơi san lấp là khong kinh tế vì phải đầu tư thêm thiết bị và tốn nhiềunăng lượng mà lợi ích đem lại từ việc giảm khối lượng không bù đắp được , hơnnữa những nơi tiếp nhận cặn thải , độ ẩm của đất cũng khoảng 75 -80% là phổbiến . trong tài liệu này chỉ giới thiệu các quy trình và thiết bị tương đối đơn giản ,phù hợp với điều kiện ở nước ta hiện nay .

a. Hồ chứa, xử lý ổn định và làm khô cặn .

CÆn tõ bÓ l¾ng 1

vµ tõ bÓ l¾ng 2 ®Õn

Hå chøa vµph©n hñy cÆn yÕm khÝnÐn bïn

Bïn ­ít hoÆc kh« ®­a ra b·i th¶i

N­íc ®· l¾ng®­a vÒ ®Çu bÓ l¾ng ®ît 1

212

Hồ chứa gồm 2 ngăn có dung tích đủ chứa lượng cặn trong thời gian từ 6tháng đến 3 năm đủ để phân hủy yếm khí và nns cặn đến nồng độ 15%. Các chỉtiên tính toán xem chương 14.

b. Sân phơi bùn .

c. Làm khô bằng máy lọc chân không .

d. Làm khô bằng máy lọc ly tâm.

e. Làm khô bằng máy lọc ép băng tải .

f. Ép cọc để giảm thể tích và trọng lượng.

CÆn tõ bÓ l¾ng 1

vµ tõ bÓ l¾ng 2 ®ÕncÆn hiÕu khÝ S©n ph¬i bïn

CÆn kh« ®­a ra b·i th¶i

N­íc läc xuèng ®¸y,

vµ c« ®Æc bïn

BÓ æn ®Þnh

b¬m l¹i khu xö lý

CÆn tõ bÓ l¾ng ®ît 2

sau bÓ aerotankb»ng träng lùc S©n ph¬i bïn

CÆn kh« ®­a ra b·i th¶i

N­íc läc xuèng ®¸y,

hay tuyÓn næi

BÓ c« ®Æc cÆn

b¬m l¹i khu xö lý

CÆn tõ bÓ l¾ng 1

vµ tõ bÓ l¾ng 2 ®Õn hoÆc yÕm khÝ ch©n kh«ng

CÆn kh« ®­a ra b·i th¶i

N­íc b¬m trë

vµ c« ®Æc cÆn

cÆn hiÕu khÝ

l¹i khu xö lý

lµm tho¸ng kÐo dµihoÆc sau m­¬ng oxy hãa

BÓ xö lý æn ®ÞnhBÓ läc bïn

c. Lµm kh« bïn b»ng m¸y läc ch©n kh«ng

Hãa chÊt keo tô

213

CÆn tõ bÓ l¾ng 1

vµ tõ bÓ l¾ng 2 ®Õnæn ®Þnh cÆn

CÆn kh« ®­a ra b·i th¶i

N­íc b¬m trë

c« ®Æc cÆn

BÓ xö lý

l¹i khu xö lý

M¸y läc ly t©m

Hãa chÊt keo tô

CÆn tõ bÓ l¾ng 1

vµ tõ bÓ l¾ng 2 ®Õn b»ng b¨ng t¶i

CÆn kh« ®­a ra b·i th¶i

N­íc b¬m trë

vµ c« ®Æc cÆn

l¹i khu xö lý

BÓ xö lý æn ®Þnh M¸y läc Ðp

Hãa chÊt keo tô

CÆn tõ bÓ

l¾ng 1 vµ tõ ®Æc cÆnBÓ c«

e. Lµm kh« cÆn b»ng m¸y läc Ðp b¨ng t¶i

f. §èt cÆn ®Ó gi¶m thÓ tÝch vµ träng l­îng

d. Lµm kh« bïn b»ng m¸y läc ly t©m

hãa chÊtTrén

ly t©mLäc

Lß ®èt

KhÝ ®èt

keo tô

vµ tro cÆn

t¸ch troXyclon

cÆn

bÓ l¾ng 2 ®Õn

214

CHƯƠNG XIV

CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ CẶN

XIV.1.HỒ CHỨA ỔN ĐỊNH CẶN YẾM KHÍ VÀ NÉN CẶN,LÀM KHÔ CẶN

Ở những nơi điều kiện đất đai và địa hình cho phép , đào các hố đất để chứa , làmổn định cặn là phương pháp đơn giản và rẻ tiền nhất .Các yêu cầu khi dùng hồ chứa cặn :

1. Thời gian lưu nước của dung dịch bùn thải ra từ bể lắng đợt 1 và bể lắng đọt2 phải đủ lớn , thường 1 ngày để bùn có thể lắng xuống đáy ,nước trongphía trên được thu lại đưa về đầu khu xử lý , phải có hệ thống phân phối vàthu nước hợp lý .

2. Dung tích chứa bùn phải đủ để chứa lượng bùn thải ra 18 tháng đảm bảođủ thời gian cho việc ổn định bùn bằng qua trình yem khí tự nhiên .Chiều caotính toán từ 0,75 m dến 1,50 m.

3. Hồ chứa bùn phải có 2 ngăn , sau 18 tháng , tháo khô 1 ngăn để phơi bùntrong 6 tháng rồi lấy bùn ra , ngăn còn lại tích bùn tiếp.

4. Đáy và thành hố phải trải lớp lót chống thấm và chống xói lở ,bằng bê tônghay đá hộc miết mạch để ngăn nước thải tronh hố thấm ra ngoài hòa vào nướcngầm chung quanh và loại trừ đến tối đa sự phát triển của rong , rêu , tảo .

5. Phải có đường đi cho xe lấy bùn và có dướng lên xuống hồ để đưa bùn vào xe, chung quanh co cây xanh cách ly để giảm mùi khó chịu do quá trình phânhủy yếm khí gây ra, phải có biện pháp trừ ruồi muỗi phát sinh quanh hố.

6. Tải trọng bùn của hố từ 100 – 117 kg/ 3m dung tích hồ 1 năm .

7. Khi hồ đã tích đầy cặn , có hệ thống rút nước bề mặt để tháo khô, phơi bùntrong 6 tháng , sau đó lấy bùn khô ra khơi hố.

8. Khả năng giảm thể tich của bùn do phân hủy yếm khí các chất hữu cơ cótrong cặn có thể tính theo công thức của Adam C.E jt.

tkot

deWW (14-1)

Trong đó :tW :Khối lượng cặn hữu cơ (cặn bay hơi) không bị phân hủy sau thời gian t

(kg).oW : Khối lượng cặn hữu cơ ban đầu (kg)

dk : Hệ số phân hủy hiếm khí dk (ngày) 1 hoặc ( năm) 1 , giá trị dk có thể

lấy (0,0011 – 0,00137)ngày

1 hay ( 0,4 – 0,5)năă

1 .

t: Thời gian ( ngày) hoặc (năm)

215

ví dụ :Tính hồ chứa và làm khô cặn cho nhà máy xử lý nước thải công xuất4.000 3m /ngày.

Nước thải có chất lượng : SS=200 mg/l , 5BOD =150 mg/l

-Bể lắng đợt 1 : lắng được 55% cặn lơ lửng , nồng độ cặn 4% ,tỷ trọng 1,02 ,cặn vô cơ chiếm 40% , hữu cơ chiếm 60%.

-Bể lắng đọt 2 : nồng độ cặn 1% ,tỷ trọng 1,005 ,cặn hữu cơ 60%.

Tính toán hồ chứa cặn để có thể thả trực tiếp cặn từ các bể lắng vào hồ. Saumỗi chu kỳ 2 năm lấy cặn ra khỏi hồ 1 lần .Giả sử nồng độ cặn nén sau 18 tháng đạt20% , tỷ trọng 1,3 (nồng độ và tỷ trọng đã tính ở ví dụ trong chương 13).

Giải :

1. Tính tổng khối lượng cặn lắng của nhà máy :

53,080,0( BODSSQG ) kg/ngày.

310)1503,02008,0(4000 G ngàykg /820

2. Thể tích cặn trong bể lắng đợt 1 :310.20055,0400055.0 SSQG ngàykg /440

Trong đó cặn vô cơ:

4404,0'1 G ngàykg /176

Cặn hữu cơ :

176440'' 1 G ngàykg /264

Thể tích cặn ở bể lắng 1 đưa ra hố mỗi ngày :

ngàymV /785,1004,002,1

10440 33

3. Thể tích cặn trong bể lắng đợt 2 :

ngàykgGGG /38044082012

Trong đó cặn vô cơ :

ngàykgG /1523804,0'2

Cặn hữu cơ :

./228152380'' 1 ngàykgG

Thể tích cặn ở bể lắng đưa ra hố mỗi ngày :

216

ngàymV /8,3701,0005,1

10380 33

4. Tổng lưu lượng cặn đưa vào hố mỗi ngày :

ngàymVVV /585,488,37875,10 321

Trong đó cặn vô cơ ko bị phân hủy :

ngàymGGG /328152176''' 321

Cặn hữu cơ dễ bị phân hủy yếm khí :

ngàykgG /492228264''

5. Tổng lượng cặn tích trong hố 18 tháng :

-Cặn vô cơ : ngàykgG /32830181 kg177120

-Cặn hữu cơ : ngàykgG /49230182 kg256680

6. Lượng cặn còn lại trong hố sau 2 năm :

- Cặn vô cơ không bị phân hủy :

120,1771 G tấn

Cặn hữu cơ bị phân hủy : Quá trình phân hủy xảy ra tronh 18 tháng tích cặn và6 tháng ngừng tích cặn có thể lấy trung bình :

)62:18(30 ngàyt 25,1450 ngày năm

Sau 2 năm lượng cặn hữu cơ còn lại tích theo (14 – 1)tkdeGW 2

25,14.068,265 e

1,15967,1

65,265W tấn

1,15912,1771 WGG 22,336 tấn

7.Cặn nén sau 2 năm có nồng độ 20%tỷ trọng 1,3 chiếm thể tích :

315,12932,03,1

22,336.

mP

GV

8. Chọn chiều cao bùn nén mh 25,11 :

Diện tích hồ chứa bùn cần :

252,103425,1

15,1293 mV

-Chọn chiều cao lắng (lớp nước trên mặt bùn) mh 12

217

Thể tích phần lắng :315,129315,12931 mV

Thời gian lưu nước để lắng:

ngàyt 6,26585,48

15.1293

Chiều sâu của hố:

25.2125,121 hhH m

Dung tích hồ :323275,103425,2 mV

-Tải trọng bùn trong đơn vị thể tịch hồ :

./13,9522327

265650177120.

321 mkgtVGGa

năm

-Trong nhà máy xây dựng 2 hồ :

Tổng diện tích : 30,20695,10342 m

Kích thước : m25(2 mrông 42 dài)

Ba bờ phía ngoài hồ có đường cho xe chở bùn đi lại được .

-Ở các nhà máy nhỏ công xuất < ngàym /500 3 , có thể chứa và lắng bùn trong cácbể bê tông theo nguyên tắc lắng và phân hủy cặn như bể tự hoại ,và căn cứ sau 1 nămhút bùn cặn đem đi chôn lấp 1 lần.

XIV.2.CÔ ĐẶC CẶN

Cô đặc cặn là quá trình làm tăng nông độ cặn bằng cách loại bỏ một phần nướcra khỏi hổn hợp , làm cho khối lượng cần vận chuyển và thể tích các công trình ở giaiđoạn sau giảm đi.

Ví dụ :cặn ở bể láng đợt 2 có nồng độ 0,8% nếu phải chuyển 100 kg cặn cần thểtích :

33

475,12008,0002,1

10100 mV

hay 12475 kg

Nếu cô đặc đến nồng độ 4% thể tích chỉ còn lại là :

33

487,204,0005,1

10100 mV

hay kg488,2005,1487,2

218

Dể cô đặc cặn thường dùng : bể cô đặc cặn bằng lắng trọng lực , bể tuyển nổi,lọc ly tâm , lọc qua băng tải .Trong tài liệu này chỉ giói thiệu bể cô đặc cặn bằngtrọng lực và bể cô đặc bằng tuyến nổi.

XIV.2.1.Bể cô đặc bằng trọng lực .

Để cô đặc cặn trọng lực làm việc như bể lắng đứng hình tròn.

Dung dịch cặn loãng đi vào vùng phân phối đật ở tâm bể ,cặn lắng xuống vàđược lấy ra từ đáy bể , nước đươc thu bằng máng vòng quanh chu vi bể đưa trở lạikhu xử lý .Trong bể đặt máy gặt cặn ở đáy bể về hố thu trung tâm .Để tạo ra các khehở cho nước chuyển động trên mặt , trên cánh tay đòn của máy cào cặn gắn cácthanh dọc (bằng gỗ hay bằng thép ) , khi máy cào chuyển động quanh trục ,hệ thanhdọc này khuấy nhẹ khối cặn , nước trào lên trên làm cho cặn đặc hơn (xem hình 14-1).

- Chiều cao bể thường chọn từ 3 – 3,7 m.

- Ngăn phân phối trung tâm có đường kính bằng 20%đường kình bể và cóchiều cao từ 1- 1,25 m.

- Diện tích bể xác định theo tải trọng cặn (kg/ 2m ) ngày phụ thuộc vào từngloại cặn cần cô đặc xem bảng (14 – 1).sau đó kiểm tra theo tải trọng dungdịch cặn đưa vào bể nằm trong khoảng từ 24 -30 23 / mm .ngày là được.

- Thể tích bể kiểm tra theo từng giờ lưu cặn trong bể từ 0,5 dến 20 ngày , ởnơi nóng ẩm lấy trị số nhỏ .Thời gian lưu cặn bằng thể tích vùng chứa cặn( thường có chiều cao từ 1,7 đến 2,4 m) chia cho lưu lượng cặn rút ra khỏibể hàng giờ trong ngày.

219

C¸p ®iÖn®éng lùc

A

C¸p ®iÖn®iÒu khiÓn

èng thu n­íc ra

ChiÒu quay

Chu«ng b¸o

M¸ng thu n­íc

A

TÊm g¹t

C¸nh tay ®ßn

§éng c¬ quay

Lèi ®i

èng dÉn

Lan can

Buång ph©n phèi

§éng c¬ quay m¸y cµo

M¸ng thu

TÊm g¹t cÆn

èng th¸o cÆn > 200 mmHè thu cÆn

Thang g¾n tÊm g¹t

Trô trung t©m

Dµn quaybïn vµo

èng vµo

a) MÆt b»ng

b) mÆt c¾t A - A

Hình 14-1. Sơ đồ bể cô đặc cặn trọng lực

Bảng 14-1: Trị số nồng độ cặn trước và sau bể cô đặc.Tải trọng bùn trên 1 2m diện tích bể cô đặc trọng lực

Các loại cặn cần cô đặcNồng độ cặn (%) Tải trọng trên bề mặt

bể cô đặc trọng lực(kg/ 3m .ngày )

Trước bể côđặc

Sau bể cô đặc

220

-Cặn của bể lắng đợt 1

-Cặn của bể lắng đợt 2 saubể aerotank

-Cặn ở bể lắng đọt 2 sau beaerotank làm thoánh kéo dài

Hổn hợp cặn của bể lắng đợt1 và bể lắng đợt 2 sau bểaerotank

Hổn hợp cặn của bể lắng đợt1 và bể lắng đợt 2 sau bểlàm thoáng kéo dài.

Hổn hợp cặn của bể lắng đợt1 và bể lắng đợt 2 sau bểsinh học nhỏ giọt.

Hổn hợp cặn của bể lắng đợt1 và bể loc sinh học cao tải

2 – 7

0,5 – 1,5

0,2 – 1

2 – 5

3 – 4

2 – 6

2 – 6

5 – 10

2 – 3

2 – 3

3 – 8

5 – 10

4 – 9

4 – 8

88 – 136

12,5 – 34

25 – 34

39 – 78

58 – 97

58 – 97

50 – 78

XIV.2.2 Bể cô đặc bùn bằng tuyến nổi .

Lợi dụng khả năng hòa tan của không khí vào nước khi nén hổn hợp khí nước ở áplực cao ,sau đó giảm áp lực của hổn hợp xuống bằng áp lực của khí quyển, khí hòa tanlại tách ra khỏi nước dưới dạng các bọt nhỏ li ti , dính bám vào hạt bông cặn làm chotỷ trọng hạt bông cặn nhẹ hơn nước , nỏi lên bề mặt nước làm cơ sở để thiết kế bể côđặc bùn cặn , gọi là bể tuyến nổi.

Cơ sở lý thuyết và công thức tính toán bể tuyển nổi đã được mô tả trong cuốn tínhtoán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch của tác giả -nhà xuất bảnkhoa học Kỹ thuật 1999 , trong tài liệu này chỉ nhắc lại một số điểm cần chú ý khi ápdụng bể tuyến nổi để cô đặc cặn .

Bể cô đặc cặn bằng tuyến nổi đang được áp dụng ở rất nhiều nhà máy xử lý nướcthải vì có tải trọng cặn trên 1 2m diện tích bể lớn hơn bể trọng lực , nồng độ cặn côđặc hơn bể trong lực ,giá thành xây dựng và qyanr lý rẻ hơn .Hình (14-2) giới thiệu sơđồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc của bể tuyến nổi.

221

èng ®­a n­ícvÒ b×nh khÝ nÐn

M¸y g¹t cÆn

èng th¸o cÆn nÆng

TÊm ng¨n

Buång ph©n phèi

M¸ng thu n­íc Thu bät M¸ng thu bïn næi

èng th¸o bïn ®· c« ®Æc

Hçn hîp khÝ hßa tan

vµ dung dÞch bïn ®i vµo

Hình 14-2 Sơ đồ bể tuyền nổi – cô đặc cặnKhi thiết kế bể tuyến nổi để cô đặc cặn ,cần xem xét và tính toán các thông số

sau :

1. Áp lực nén cần thiết để hòa tan khí vao lượng nước tuấn hoàn.

2. Tỷ số giữa lưu lượng nước tuần hoàn và lưu lượng dung dịch cặn cần côđặc do luaoanh khí hòa tan và số lượng cần cô đặc quyết định .

3. Nồng độ và lưu lượng dung dịch cặn cần cô đặc .

4. Thời gian lưu nước trong bể thường chọn từ 20- 40 phút .

5. Tỷ số lượng không khí hòa tan và trọng lượng cặn cô đặc lấy từ 0,006 đến0,06 3m không khí cho 1kg cặn .

6. Diện tích mặt cắt ngang của bể xác định theo vận tốc đi lên của cặn từ 8đến 160 lit/ 2m .phút , tùy thuộc vào nồng độ và tích chất của cặn hoặc xácđịnh theo tải trọng cặn trên một đơn vị diện tích bể kg/ 2m .ngày (xembảng 14-2 )

7. Nước tuần hoàn để hòa tan khí nên lấy sau bể lắng đợt 2.

Bảng 14-2 tải trọng bùn trên 1 2m diện tích bể cô đặc bằng tuyến nổi

Loại cặn cần cô đặc Tải trọng cặn trên bề mặt bể cô đặcbằng tuyến nổi (kg/ 2m .ngày)

Bùn hoạt tínhCặn tươi + bùn hoạt tính của bểaerotankCặn tươi + bùn của bể lọc sinh họcCặn tươi

49

68 – 146

68 – 98

96 – 146

222

XIV.3.ỔN ĐỊNH CẶN

Ổn định cặn nhằm mục đích :

- Giảm tác hại gây bệnh ,giảm mui hôi thối ,giảm hoặc loại trừ khả năng thốirữa.

- Dể làm khô cặn .

Các phương pháp ổn định cặn gồm :

1. Ổn định bằng vi sinh trong môi trường hiếu khí hay trong môi trườngyếm khí (bể metan) để giảm lượng cặn hữu cơ.

2. Dùng hóa chất để oxy hóa các chất hữu cơ.

3. Dùng vôi nâng PH của cặn 12 để cho vi khuẩn không sống được , cặnkhông còn khả năng phân hủy.

4. Nung nóng cặn để tiệt trùng cặn.

Trong tài liệu này chỉ giới thiệu phương pháp ổn định cặn hiếu khí vàphương pháp hóa chất.

XIV.3.1 Dùng clo để ổn định cặn

Dùng sản phẩm chứa clo như Hypo clorit Canxi 2)(HClOCa , clo hơi chovào dung dịch cặn đã cô đặc để khử mùi , oxy hóa cặn hữu cơ , ngăn cẳn quátrình thối rửa và diệt trùng.Liều lượng clo từ 600 – 4 800 mg/l tùy thuộc vàonồng độ và tính chất của cặn , sau khi trộn cặn với clo, pH của dung dịch cặngiảm xuống 2,5 – 4,5 , sau 30 phút tiếp xúc , lượng clo dư còn 200 mg/l , sau 2giờ lượng clo giảm xuống 2 – 5 mg/l , pH tăng lên 5,5 – 6.

Ổn định cân băng clo không làm giảm thể tích cặn , cặn có mùi clo.Phươngpháp này tốn nhiều clo và tạo ra các sản phẩm phụ của clo với Hydrocacbon cóthể gây hại ,nên gần đây phương pháp này chỉ được áp dụng ở những trạm xử lýcông xuất 100 3m /ngày.

XIV.3.2. Dùng vôi để ổn định cặn

cho vôi vào cặn với số lượng đủ để nâng pH của hổn hợp cặn lên lớn hơn12.Ở môi trường pH 12 vi khuẩn không sống được do đó cặn không bị phânhủy , không có mùi , không gây độc hại .Có thể cho vôi vào cặn dưới dạng sữavôi hay vôi bột chưa tôi , trong thực tế thường dùng vôi bột chưa tôi vì : giảmđược thể tích nước , tâng được nhiệt độ của dung dịch cặn dến 050 c làm cho quátrình ổn định cặn nhanh hơn .

223

-Vôi để ổn định cặn có thể cho vào bể trộn đặt trước máy ép khô và sau bểcô đặc cặn , gọi là chô vôi trước , cũng có thể cho vôi bột vào cặn đã được épkhô, gọi là quá trình cho vôi sau.

-Quy trình cho vôi trước: Lượng vôi tiêu tốn nhiều hơn , đòi hỏi phải có bểkhuấy trộn, trộn đều vôi và cặn trong 30 phút rồi bơm len máy làm khô cặn , cặnđã ổn định , dể nhả nước , công xuất máy ép có thể tăng , nhưng có nhược điểmcặn vôi có thể bám vào máy phải thường xuyên làm sạch.

-Quy trình cho vôi sau , tiết kiệm được lượng vôi , nhưng cặn chưa ổn địnhkhó làm khô hơn.

-Lượng vôi được xác định theo thực nghiệm và kinh nghiệm quản lý vàphụ thuộc vào yêu cầu môi trường của nỏi tiếp nhận.

XIV.3.3 Ổn định cặn hiếu khí

Ổn định cặn hiếu khí thực chất là quá trình làm thoáng bằng sục khí vàohổn hợp bùn cặn trong thời gian dài , vi khuẩn họat động ở giai đoạn hô hấp nộibào để oxy hóa các chất hữu cơ chứa trong tế bào .Các chất hữu cơ sẻ bị oxy hóathành 2CO nước và

4NH , 4NH lại tiếp tục oxy hóa thành

3NO .Lượng chất hữucơ giảm , cặn trở nên ổn định.

Ưu điểm của bể ổn định hiếu khí so với bể metan ổn định yếm khí :

- Cặn ổn định , không mùi nên có thể thải ra hồ để san lấp hoặc đưa đếnvùng đất bạc màu .

- Vốn đầu tư và chi phí quản lý rẻ.

- Cặn dể ráo nước ở công đoạn làm khô , đặc biệt khi dùng sân phơi bùn.ngay cả khi mưa nước cũng dể lọc , thấm qua lớp cặn .

- Lượng cặn hữu cơ giảm tương đối với bể metan , nước gạn ra từ cặn cóhàm lượng BOD và SS ít hơn ở bể metan.

Nhược điểm :

Tốn năng lượng để chạy máy thổi khí nên chỉ thích hợp với công xuất nhỏ vàvừa . Không thu được khí metan làm chất đốt .

Bể ổn định cặn hiếu khí có cấu tạo giống bể aerotank hình vuông hoặc tròn.Thiết bị sục khí và khuấy trộn cặn dùng thiết bị kiểu bơm airlift đặt ở tâm bể (xemhình 14-3) , có thể dùng thiết bị cơ khí làm thoáng bể mặt .Bể có thể thiết kế để làmviệc liên tục hoặc làm việc theo mẻ kế tiếp . Bể làm việc liên tục bên trong phải cóngăn lắng và bơm tuần hoàn .Bể làm việc theo mẻ phải có ít nhất 2 ngăn để có thờigian lắng và tháo nước ở 1 ngăn , ngăn vòn lại vẫn làm việc bình thường .Hệ thốngtháo nước bề mặt thiệt kế như ở bể aerotank làm việc theo mẻ kế tiếp.

224

Thông số thiết kế bể ổn định cặn hiếu khí chọn trong bảng (14-3)

Mùc n­íc sau khi lµm kh«

èng dÉn n­íc ra

Phao thu n­íc

èng khÝ

cÊp khÝ

§­a cÆn ra

LÊy cÆn ra

èng khÝ

B¬m tuÇn hoµn cÆn

TÊm ng¨n

§­a n­íc ra

CÊp khÝ

Ng¨n l¾ng

a)

b)

Hình 14-3. Sơ đồ ổn đinh cặn hiếu khí

a)Làm việc theo mẻ

b)Làm việc liên tục

225

Bảng 14-3: Thông số thiết kế bể ổn định cặn hiếu khí

Stt Tên thông số Giá trị Đơn vị đo

1 Thời gian lưu nước trong bể ở Co20

+ Bùn hoạt tính của bể aerotank 10 – 15 Ngày

+ Bùn của bể làm thoáng kéo dài 12 – 15 ngày

+ Bùn bể lắng 1+ bùn bể lắng 2 15 – 20 ngày

2 Tải trọng cặn trên đơn vị thể tích bểtính theo cặn hữu cơ

1,6 – 4,8 kg/m3 . ngày

3 Lượng oxy cần cấp+ khi ổn định bùn hoạt tính 2,3 kg/kg cặn hữu cơ bị

phân hủy

+ khi ổn định hổn hợp cặn tươi và bùnhoạt tính

1,6 - 1,9 kg/kg chất hữu cơ bịphân hủy

4Năng lượng khuấy trộn+ Thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt 19,7-39.4 kw/1000 3m

+ Bơm air lift 20 – 40 33 1000/ mkhím dung tíchcặn trong 1 phút

5 Lượng oxy hòa tan cần duy trì tronghổn hợp

1 – 2 mg/l

6 Lượng cặn hữu cơ bị phân hủy trong bể 40 - 50 %

Thể tích bể xác định theo thời gian lưu nước và tải trọng cặn hữu cơ trên mộtđơn vị thể tích hoặc tính theo công thức (14-2) :

)()(

cd

ccc

PKXYSXQV

(14-2)

Trong đó:

V : Thể tích bể ( 3m )

Qc:Lưu lượng trung bình của hổn hợp cặn đi vào bể ( 3m /ngày)

Xc:Nồng độ cặn của hổn hợp đi vào bể (mg/l)

226

Y :Số phần trăm cặn tươi trong hổn hợp cặn (theo số thập phân)

Sc :Nồng độ 5BOD trong dung dịch cặn tươi (mg/l)

X : Nồng độ cặn trong bể ổn định hiếu khí (mg/l)

Kd:Hằng số phân hủy (1/ngày)thường từ 0,05- 0,07

P :Tỷ lệ cặn hữu cơ trong cặn ở bể ổn định (theo số thập phân )

c :Tuổi của cặn hay thời gian lưu cặn trong bể (ngày)phụ thuộc vào nhiệt độnước và số phân trăm lượng cặn hữu cơ sẻ bị phân hủy tra biểu đồ hình 14-3a.

PhÇ

n tr

¨m

cÆ

n h÷

u c

¬ b

Þ ph©

n hñ

y

NhiÖt ®é ( C) x Tuæi cña cÆn (ngµy)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 2000

10

20

30

40

50

60 (%)

0

Hình 14-3a.biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của số phần trăm cặn hữu cơ bịphân hủy trong bể ổn định cặn hiếu khí vào nhiệt độ nước vào tuổi của cặn

Vi dụ : Tính toán thiết kế bể ổn định cặn hiếu khí cho nhà máy xử lý nước thảicông xuất 4.000 3m /ngày .Nhiệt độ nước mùa hè C030 , mùa đông C015 .Hàm lượngcặn lơ lửng SS= 200mg/l . 5BOD = 150 mg/l. Cặn vô cơ chiếm 25% (xem ví dụ

chương 13)

-Cặn của bể lắng đợt 1 :

1G = 480 kg/ngày ;tỷ trọng S = 1,02 ;nồng độ 5%; thể thích 1V =9,41 3m /ngày

-Cặn của bể lắng đợt 2 :

227

2G = 340 kg/ngày ;tỷ trọng S = 1,005 ;nồng độ 1%; thể thích

2V =33,8 3m /ngày

- Qua bể lắng 1 , lượng 5BOD giảm 30%

-Hệ số phân hủy dK = 0,06 ở C015

-Yêu cầu xử lý ổn định để giảm 40% lượng cặn bay hơi

-Dùng không khí để oxy hóa và khuấy trộn.

Giải :

1 . Tổng lượng cặn cần xử lý :

ngàykgGGG /82034048021

Trong đó cặn hữu cơ : ngàykgG /61582075,0'

2 . Cần giảm 40% cặn hữu cơ ở C015

Tra biểu đồ Hình (14-3) ,ứng với 40$ tích só nhiệt độ và thời gian lưu cặncần 475, do đó thời gian lưu cặn ngàyc 6,3115:475

Ở nhiệt độ mùa hè : C030 , Tích số là : 9656,3130

Tra biểu đồ ngược lại , mùa hè lượng hữu cơ giảm được 45% .

3 . Tổng thể tích cặn đưa vào bể ổn định :

ngàymVVQc /21,433,3341,9 321

Trong đó , cặn tươi chiếm Y=9,41 : 43,21 =0,21 phần

4. Tính nồng độ 5BOD trong cặn tươi :

Qua bể lắng 1 , lượng 5BOD giảm 30% , cặn hữu xơ chưa bị phân hủy ,lượng 5BOD đi theo cặn tươi ;

ngàykgQBOD /180103,01509400010).3,0150( 335

Nồng độ 5BOD trong cặn tươi :

lmgmkgSc /19130/13,1941,9

180 3

5. Nồng độ cặn đi vào bể ổn định :

lmgmkgQGX

c

/18970/97,1821,43

820 3

Trong đó : Phận cặn hữu cơ chiếm P = 0,75

228

6 . thể tích bể ổn định cặn hiếu khí tính theo 14-2 :

V 3432)

6,31175,006,0(30000

)1913021,018970(21,43 m

lấy tròn 450 3m

7 . Kiểm tra thời gian lưu lượng :

41,1021,43

450T ngày ( phù hợp với chỉ tiêu cho trong bảng 14-3)

8. Lượng cặn hữu cơ giảm được sau 10,5 ngày ổn định , tính cho 1 ngày .

Mùa đông : 6154,0 G ngàykg /246

Mùa hè : 61545,0 G ngàykg /5,276

9. Lượng oxy cần cấp .

Cứ 1 kg cặn hữu cơ bay hơi giảm đi cần 2,3 kg oxy ( bảng 14-3)

Lượng oxy 1 ngày cần :

Mùa đông : 3,2246 ngàykgO /8,565 2

Mùa đông : 3,25,276 ngàykgO /5,636 2

10 . Tính lượng không khí cần cấp .

Chọn thiết bị làm thoáng kiểu ống đứng bơm ảirlift năng suất cấp oxy 7g/ 3m không khí 1 m sâu bể .Chọn chiều sâu bể H = 4 m . Năng suất cấp oxy

2874 c g/ 3m không khí .

Lượng không khí cần thiết về mùa hè :

78,15602428

636500

phutgiQk

3m /phút

11 . Kiểm tra điều kiện khuấy trộn

Lượng không khí cấp vào 78,15kQ 3m /phút cho dung tích bể 450 3m , chỉtiêu khuấy trộn ;

351000450

78,15kq 3m /phutsbcho 1 000 3m

Nằm trong khoảng 20- 40 3m /phút . 1 000 3m (bảng 14 – 3), đạt yêu cầukhuấy trộn.

Bể ổn định hiếu khí đồng thời làm nhiệm vụ bể cô đặc cặn tính toán lượngcặn đưa vào máy ép khô vá lượng cặn đưa ra bãi thải (xem ví dụ chương 13)

229

Chú ý : Thời gian cặn 6,31c ngày , căn cứ vào lượng cặn cô đặc rút rakhỏi bể hằng ngày . Áp dụng công thức tính tuổi của cặn ở chương 6 . Tính ranồng độ cần thiết Xtrong bể ổn định .

xiv.3.4.Thiết bị làm khô cặn

Cặn của nhà mày xử lý nước thải, sau khi xử lý ổn định và cô đặc đến nồngđộ từ 5 – 8 % đưa tiếp sang công đoạn làm khô để giảm độ ẩm xuống 70 – 80 %để tăng nồng độ cặn khô từ 20 – 30 % với mục đích :

- Giảm khối lượng vận chuyển ra bãi thải.

- Cặn khô dể đưa đi chôn lấp hay cải tạo đất hơn cặn nước.

- Giảm lượng nước bẩn có thể thấm vào nước ngầm ở bải thải.

- Ít gây mùi khó chịu và ít độc tính .

Có nhiều loại thiết bị làm khô cặn , trong tài liệu này chỉ chứa một số loạithông dụng phù hợp với điệu kiện ở nước ta hiện nay .

1. Sân phơi bùn

- Điều kiện áp dụng : nơi có đất rộng , cách xa khu dân cư ,mực nước ngầmdưới mặt đất 1 m , có sẵn lao động thủ công để xúc bùn khô từ sân phơi bùn lênxe tải .

- Cấu hình xem hình (14 – 4a) và (14 – 4b) ,sân phơi bùn chia thành từng ô,khích thước mổi ô phụ thuộc vào cách bố trí đường xe vận chuyển bùn ra khởi sânphơi và độ xa khi xúc bùn từ ô phơi lên xe (nếu xúc bằng xẻng) là thuận tiện nhất ,số ô làm việc đồng thời phụ thuộc vào lưu lượng bùn xả ra hàng ngày , độ dày bùncần làm khô, thời gian của 1 chu kỳ phơi (sẽ nói ở phần sau ).

Dáy và phần ô phơi bùn thường làm bằng bê tông cốt thép hay xây gạch đảmbảo cách ly hoàn toàn dung dịch bùn với môi trường xung quanh

- Trên đáy ô phơi đổ 1 lớp sởi cỗ hạt : 8 – 10 mm dày 200 mm, trong lớp sỏiđặt hệ thống ống khoan lỗ D8 – D10 mm hình xương cá để rýt nước về hố thu,đáy ô phơi bùn phải cao hơn mực nước ngầm để dể thu nước .

230

Hình 14 – 4a.Sân phơi bùn, lấy bùn thủ công, 820

- Trên lớp sỡi là lớp cát lọc cỡ hạt 0,5 – 2 mm, dày 150 – 200 mm.Làm khôbùn trên sân phơi xảy ra theo 2 giai đoạn, giai đoaạn 1, lọc hết nước qua lớp cát,sảo, giai đoạn 2 làm khô bằng bốc hơi nước tự nhiên trên bề mặt rộng.cặn đã xử lýổn định có chu kỳ phơi khô ngắn hơn cặn chua xử lý ổn định.

4

2

1

Hình 14-4b Mặt cắt cấu tạo ngăn phơi bùn

1. Sỏi 3. Ống khoan lỗ thu nước

2. Cát 4. Cặn

- Sân phơi bùn có thể có mái che hay không có mái che, nếu không có máiche,về mùa mưa không làm việc được.

- chỉ tiêu thiết kế : Để đạt nồng độ cặn 25% ( độ ẩm 75%).

+ Chiều day bùn 8 cm, thơi gian phơi bùn 3 tuần(21 ngày).

231

+ Chiều day bùn 10 cm, thơi gian phơi bùn 4 tuần(28 ngày).

+ Chiều day bùn 12 cm, thơi gian phơi bùn 6 tuần(42 ngày).

Ví dụ : Tính sân phơi bùn nồng độ bùn vao 5% ,bùn khô ra 25%.

Trọng lượng bùn đưa phơi hàng ngày 600kg tỷ trọng dung dịch S=1,02 tỷ trọng bùn khô : 1,07.Sân phơi có mái che, làm việc 365 ngay trong năm.Xác định diện tích sân phơi.

Giải:

1. Thể tích dung dịch bùn 5% đưa vào sân phơi hàng ngày :

76,1105,002,1

600,0.1

PSGV 3m

2. Chọn chiều dày bùn 25% là 8 cm sau 21 ngày 1 2m sân phơi được lượngcặn :

G=V . S . P

V= 1 2m 0,08 = 0,08 3m

S = 1,07 ; P = 0,25

G 0214,025,007,108,0 tấn = 21,4 kg/21 ngày

3. Lượng bùn cần phơi trong 21 ngày :

600.1260021 G kg

4. Diện tích sân phơi :

5884,21

600.12

gGF 2m

Đó là diện tích các ô phơi, diện tích đường bao quanh,hố thu nước ,tram bơmđua nước về đầu khu xử lý lấy bằng 50% diện tích ô phơi .Tổng diện tích sân phơi: 2,83835885,1 F 2m

- Có thể bố trí 21 ô. Diện tích 1 ô:

2821

588f 2m

Ô có kích thước 74 (m). Tính dung dịch bùn và xúc bùn khô theo chu kỳ 21 ngày1 lần.

5. Chiều cao thành sân phơi :

4321 hhhhH

1h :Chiều cao lớp sỏi = 20 cm

232

2h :Chiều cao lớp cát = 20 cm

3h :Chiều cao dung dịch bùn

3h = cmmf

V4242,0

2876,111

H = 0,2 + 0,2 + 0,42 +0,3 =1,12 m

2. Máy lọc cặn chân không

Máy lọc chân không là thiết bị làm khô bùn có thể giảm độ ẩm của bùn từ99% xuống 70 – 80% tùy thuộc vào tích chất của cặn và tốc độ quay của máy (thờigian làm khô). Loại thiết bị được áp dụng nhiều trong quá khứ, mười năm gần đâydo có nhiều loại thiết bị mới có hiệu quả cao hơn, chi pphis đầu tư và chi phí quản lýdẻ hơn nhiều lần, lại có quá trình vận hành đơn giảm hơn, nên các thiết bị chânkhông đã không còn được sử dụng. Hình 14-5 giới thiệu sơ đồ làm việc của ttoorhợp các thiết bị trong hệ thống làm khô cặn bằng lọc chân không.

Thiết bị lọc cặn chân không gồm trống lọc hình trụ đặt nằm ngang, vanhngoài bọc vải lọc bằng sợi ni lông, hoaawcj sợi thép không rỉ, mắt lưới 80 – 100

m . Trống lọc đặt ngập trong thùng chứa cặn41 đến

31 Đường kính. Khi lọc trống

quay quanh trục nằm ngang, bên trong trống lọc được máy bơm chân không rútkhông khí và nước dể tạo độ chân không từ 300 – 650 mm Hg.Bên ngoài trống là áplực khí trời, bên trong là chân không, nên nước đi qua vải lọc vào phía trong còn cặnbị giữ lại bên trong mặt trống, cặn được làm khô đến độ ẩm 70 – 80%.

- Chỉ tiêu thiết kế :Năng suất làm khô cặn đến 75% là 17,0 kg cặn/ 2m bề mặttrống trong 1 giờ.

233

Thïng cÊp bïn

B¬m bïn

Va

n ng

¾t

ch©

n kh

«ng

N­íc s¹ch §­a vÒ khu xö lý

Tho¸t n­íc

CÆn kh«

N­íc s¹ch

B¨ng t¶iTrèng läc

Kh«ng khÝ

Thïng t¸ch n­íc

B¬m

ch©

n kh

«ng

Ch©

n kh

«ng

Dao g¹t cÆn

Hình 14 – 5. Sơ đồ lắp đặt máy lọc cặn chân không3. Máy lọc ép băng tải

Máy làm khô cân bằng lọc ép trên băng tải được dùng phổ biến hiện nay víquản lý đơn giản, ít tốn điện, hiệu quả làm khô cặn chấp nhận được.

Hình 14 – 6. Giới thiệu sơ đồ cấu tạo của 1 loại máy lọc ép cặn trên băngtải.

- Nguyên tắc làm việc : Hệ thống lọc ép cặn trên băng tải gồm máy bơm bùntừ bể cô đặc đến thùng hòa trộn hóa chất keo tụ (nếu cần) và định lượng cặn (1),thùng này đặt trên đầu vào của băng tải , hệ thống băng tải và trục ép, thùng đựng vàxe vận chuyển cặn khô,bơm nước sạch để rửa băng tải, thùng thu nước lọc và bơmnước lọc về đầu khu xử lý. Đầu tiên cặn từ thùng định lượng và phân phôi (1) đi vàođoạn đầu của băng tải (2) ở đoạn nay nước được lọc qua băng tải theo nguyên tắclọc trọng lực, đi qua cần gạt (3) để san đều cặn trên toàn chiều rộng băng, rồi đi quatrục ép (4) và (5) có lực ép tăng dần. Hiệu suất làm khô cặn phụ thuộc vào nhiềuthông số như :đặc tính của cặn, cặn có trộn với hóa chất keo tụ hay không, độ rổng

234

của băng lọc tộc độ di chuyển và lực nén của băng tải. Nồng độ cặn sau khi lam khôtrên máy loc ép băng tải đạt được từ 15 – 25%

- Chỉ tiêu thiết kế : Máy ép bùn băng tải có tren thị trường có chieuf rộngbăng từ 0,5 - 3,5 m, phổ biến là loại máy có chiều rộng băng 1,0 m, 1,2 m,1,5 m và 2,0 m.

1

ChÊt keo tô

Dung dÞch cÆn

2

N­íc läcCÆn kh«

34 5

Hình 14 -6. Sơ đồ nguyên tắc làm việc của máy làm khô cặn bằng máy lọcép trên băng tải

Tải trọng cặn trên 1 m rộng của băng tải dao động từ 90 – 680kg/m chiềurộng băng.h, tùy thuộc vào loại cặn và loại máy.Lượng nước lọc qua băng từ 1,6 đến6,3 l/m rộng.giây.Máy lọc ép băng tải nên đặt nơi rộng, thoang gió đề phòng nồngđộ SH 2 quá mực cho phép.

Ví dụ : Tính máy ép cặn băng tải để làm khô cặn đã xử lý ổn định va cô đặcđến 5% (ví dụ ở chương 13 ) trọng lương cặn 513 kg/ngày.

Thể tích cặn :

10.2 2m /ngày. Máy ép làm việc 8 giờ 1 ngày, 1 tuần làm 5 ngày.

Giải :

1. Lượng cặn đưa vào máy 1 tuần :

51371 G = 3 591 kg

2,107Q = 71,4 3m

235

2. Lượng cặn đưa vào máy 1 giờ :

hkgG /75,89785

3591

785,1854,71

q 3m /h

3. Chiều rộng băng tải nếu chọn năng suất 600 kg/m rộng giờ:

mb 49,1600

75,897

Chọn máy có chiều rộng băng 1,5 m; năng suất 600 kg cặn/m.h

4. Máy ép cặn ly tâm.

Làm khô thoe nguyên tắc lắng và ép căn bằng lực ly tâm.hinh 14-7 giới thiệu sơđồ cấu tạo và nguyên tức làm việc của máy.

Dung dịch căn được bơm vào máy theo ống cố định đặt ở dọc tâm máy,nằmtrong lõi của trục bánh vít chuyển đồng chậm và ngược chiều với thùng quay để dồncặn khô đến cửa xả căn.

Cặn đi qua khỏi ống đặt ở cuối thùng quay,cặn chịu tác dụng của lực ly tâm dínhchặt vào mặt thùng, nước trào qua được tháo qua lỗ đặt ở cuối thùng quay.

- Các thông số thiết kế:Lưu lượng cấp vào q,Đặc tính nồng độ cặn P,Nhiệt độ t0,Vận tốc quay của thùng ly tâm và vận tốc quay ngược chiều của trục vít dồn cặn .

èng

dÉ

n hç

n hî

p c

Æn

X¶ cÆn kh«

vµ h

ãa

chÊ

t ke

o tô

vµ

o

X¶ n­íc

Hép sè®iÒu chØnh tèc ®é

Thïng quayÐp cÆn ly t©m

Vá bao che

B¸nh xe truyÒn ®éng

æ biTrôc vÝt quay t¶i cÆn

236

Hình 14-7 Máy li tâm làm khô cặn có trục vít ép cặn và thùng chứa cặn quayngược chiều

Máy ép xung ly tâm đang được sử dụng phổ biến ở các nhà máy xử lý nước thải:Vìvốn đầu tư ít,chi phí vận hành thấp,tuy có tốn điện hơn các máy khác,hệ thống kínkhông có mùi,chiếm ít diện tích,không phải thương xuyên theo dõi.Nhước điểm:Tốn diện tích hơn các loại máy ép bang tải,lượng cặn còn trong nướclọc cao hơn băng tải.-Ống dẫn và rút bùn từ các công trình phải có đường kính 200 mm,tinh toán ốngdẫn bùn và máy bơm bùn xem các tài liệu tính toán thủy lực dòng bùn cặn.

237

CHƯƠNG XV

TIỆT TRÙNG

VX.1.GIỚI THIỆU.

Nước thải sau khi thải bằng phương pháp sinh học còn chứa khoảng 105-106

vi khuẩn trong 1 ml.Hầu hết các vi khuẩn trong nước thải không phải là vì vi trùnggây bệnh,nhưng loại trừ khả năng tồn tại của 1 vi khuẩn gây bệnh nào đó.Nếu thảinước thải ra nguồn nước cấp hồ bơi,hồ nuôi cá thì khả năng lây truyền bệnh sẽ rấtlớn,do đó phải có biện pháp triệt trùng nước thải trước khi xả xuống nguồn tiếpnhận.Các biện pháp triệt trùng hiện nay là:

1.Dùng Clo hơi qua thiết bị định lượng Clo.

2.Dùng hypoclorit-Canxi dạng bột-Ca(Clo)2 hòa tan tùng dung dịch 3-5% rồiđịnh lượng vào bể xúc.

3.Dùng Hypoclorit-nitrat,nước Zaven NaClo.

4.Dùng Ozon,Ozon được sản xuất từ khung khí do máy tạo Ozon đặt trong nhàmáy xử lý nước thải.Ozon sản xuất ra,được dẫn ngay vào bể hòa tan và tiếp xúc.

5.Dùng tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp sản ra.Đèn phát ra tiacực tím đặt ngập trong mương có nước thải chảy qua.

Từ trước đến nay,khi triệt trùng nước thaỉ hay dung Clo hơi hay các hợp chấtcua Clo vì Clo hóa chất được các nghành công nghiệp dung nhiều,có sẵn trong thịtrường,giá thành chấp nhận được,hiệu quả triệt trùng cao.Nhưng những năm gần đâycác nhà khoa học đưa ra khuyến cáo hạn chế dung Clo để triệt trùng nước thải vì:

-Lượng Clo dư 0,5 mg/l trong nước thải để đảm bảo an toàn và ổn định trongquá trình triệt trùng sẽ gây hại đến cá và các sinh vật có ích khác .

-Clo được kết hợp với Hydrocacbon thành hợp chất có hại trong môi trườngsống.

Ở các nước tiên tiến hiện nay đang thay dần Clo bằng Ozon làm chất tiệt trùngnước thải,và thay nghiên cứu áp dụng sát trùng bằng thiết bị tia cực tím.

Động học của quá trình tiệt trùng bằng Clo,các thiết bị định lượng,quy trìnhvận hành được nếu trong quá trình cấp nước như:

-Xử lý nước cấp cho dân dụng và công nghiệp-nhà sản xuất bản kỹ thuật 1998.

-Tính toán thiết kế các công trình hệ thống cấp nước sạch-Nhà xuất bản khoahọc ky thuật 1999.

Trong tài liệu này chúng tôi xin giới thiệu khái quát phương pháp tiệt trùngbằng Ozon và tia cực tím.

XV.TRIỆT TRÙNG BẰNG OZON.

238

Ozon có công thức hóa học là O3,ở điều kiện thường Ozon là chất không bềnvững và bị phân hủy nhanh thành oxy dạng bền vững O2.Ozon là chất bền vững vàkhông thể lưu giữ lâu trong bình nên phải dung máy sản xuất ozon ngya tại nơi sảnxuất.

Ozon được sản xuất bằng cách cho Oxy hoặc đi qua thiết bị phóng tia lửađiện,như hiện tượng ta đã thấy trong thiên nhiên sau chớp điện của bão,không khítrở nên sạch và mát hơn do tác dụng làm sạch của Ozon. Để cấp lượng ozon tiệttrùng cho nhà máy sản xuất nước thải,nhà máy phát tia lửa điện gồm 2 điện cực kimloại đặt cách nhau 1 đoạn cho khung khí chạy qua.Cấp dòng điện xoay chiều vàocác điện cực để chuyển phần Oxy thành Ozon.Nguồn khung khí vừa là nguồn cungcấp Oxy vừa là chất điện môi để san đều diện tích phóng ra trên toàn diện tích điệncực,ngăn cản hiện tượng phóng điện quá tải cục bộ.Sản phẩm phụ của quá trình sảnxuất Ozon là nhiệt lượng.Luồng khung khí qua các khe hở qua các điện cực khôngđủ để làm lạnh (hại nhiệt) các điện cực,do nhiệt độ cao Ozon được sản xuất ra dễ bịphân hủy thành oxy do đó cẩn phải lắp thiết bị làm lạnh điện cực ở nhà máy sản xuấtozon.Có 2 loại làm lạnh điện cực:

1. Làm lạnh bằng không khí.

2. Làm lạnh bằng nước.

Dưới tác dụng của tia lửa điện,1 phần Nitơ phản ứng với nước thành AxitNitric có tác dụng ăn mòn kim loại của máy phát,do đó để loại trừ hiện tượngnày,không khí khi cho vào máy tạo ozon phải làm sạch để khử toàn bộ độ ẩm.

Nồng độ ozon trong không khí đi ra khỏi máy phát là 1-2% tính theo trọnglượng được đưa thẳng vào bể hòa tan và tiếp xúc với nước thải tiệt trùng.Hiệu quảtiệt trùng phụ thuộc vào chất lượng nước thải,cường đọ khuấy trộn và thời gian tiếpxúc.Dựa vào thời gian tiếp xúc cần 4 đến 8 phút,thường thiết kế 3 loại hòa tan vàkhuấy trộn ozon vào nước thải:

1.Đi qua lớp lọc nổi.

2.Dùng Ezector.

3.Dùng cách khuấy để hòa tan khí.

Ưu nhược điểm của Ozon:

+ Ưu điểm:

1.Không có mùi.

2.Làm giảm nhu cầu Oxy của nước,giảm nồng độ chất hữu cơ,giảm nồng độ cácchất hoạt tính bề mặt.

3.Khử màu,phenol,Xiamua.

4.Tăng nồng độ oxy hòa tan.

239

5.Không có sản phẩm phu gây độc hại.

6.Tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng.

+Nhược điểm:

1.Vốn đầu tư ban đầu cao.

2.Tiêu tốn năng lượng điện.

Khả năng tiệt trùng của ozon:

Độ hòa tan vào nước của ozon gấp 13 lần độ hòa tan của oxy.Khi vừa mới choozon vào nước,tác dụng tiệt trùng xảy ra ít,khi ozon hòa vào đủ liều lượng,đối vớihàm lượng đủ để hòa tan chất hữu cơ và vi khuẩn trong nước,lúc đó tác dụng tiệttrùng của ozon mạnh và nhanh gâp 3100 lần so với Clo,và thời gian tiệt trùng xảy ratrong khoảng 3 đến 8 giây.

Liều lượng Ozon cần để tiệt trùng nước thải khi lắng ở bể đợt 2 thường giaođộng từ 5-15 mg/l,tủy thuộc vào nước đã xử lý.Ozon có tác dụng tiệt virut rất mạnhkhi thời gian tiếp xác đủ dài khoảng 5 phút.

Khả năng sử dụng Ozon trong quy trình xử lý nước thải:

1.Ozon có khả năng khử chất rắn trong nước thải bằng cách tác dụng oxy hóa vàtuyển nổi, bọt cặn nổi lên cho ozon hòa tan vào nước thải,các bọt này trong quá trìnhnổi lên hấp thụ số lượng cặn cứng, hợp chất Nito và photphat.

2. pH của nước thải tăng lên chút ít do CO2 được thoát ra.

3. Khử màu và độ đục do tác dụng Oxy hóa của Ozon với các hợp chất tạo màu.

4. Chuyển hóa NH4+ thành NO3.

Nồng độ ozon trong không khí cao hơn 1 mg/l gây độc cho người quản lý vậnhành,do đó cần có biện pháp phát hiện và phòng ngừa tại thời gian đặt máy.

XV.3. TIỆT TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM

Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 - 400nm

(nanometer). Độ dài song của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biếtcủa mắt thường. Dùng tia cực tím để tiệt trùng không làm thay đổi tính chất hóa họcvà lý học của nước.

Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độdài bước song 254 nm, có khả năng diệt trùng cao nhất. Trong các nhà máy xử lýnước thải, dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn này phát ratia cực tím 253,7 nm, bóng đèn đặt trong hộp thủy tinh không hấp thụ tia cực tím,ngăn cách đèn và nước thải. Đèn được lắp thành bộ trong hộp đựng có vách ngănphân phối để khi nước chảy qua hộp là cao nhất. Lớp nước đi qua đèn có độ dày

240

khoảng 6 nm, năng lượng tiêu thụ năng lượng tiêu thụ từ 6000 - 13000 miccrowat/s,độ bền 3000 giờ đến 8000 giờ.

Nhược điểm của tia cực tím :

1. Chi phí vận hành cao.

2. Độ vẩn đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tímtác dụng vào vi khuẩn, do đó hiệu quả tiệt trùng thấp.

Các thực nghiệm gần đây cho kết quả

Nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng SS ≤50 mg/l, sau khi đi qua hộp đèn cựctím với tiêu chuẩn năng lượng nêu trên cho kết quả : Trong nước còn 200ColiForm/.Kết quả này khich lệ việc nghiên cứu để áp dụng đèn cực tím nhiều hơnnữa.