Đồ án Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng đồng bằng sông Cửu Long

rường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM và sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn Thầy: ThS. Lâm Vĩnh Sơn tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng Đồng bằng Sông Cửu Long”. Để hoàn thành đồ án này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cô trong Khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường, Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu và bổ ích, những tình cảm, công sức mà Thầy Cô giành cho tôi và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tiếp thu được những kiến thức cơ bản và những kiến thức chuyên sâu làm nền tảng cho sự nghiệp trong tương lai. Lời cảm ơn sâu sắc nhất tôi xin gởi đến Thầy: ThS. Lâm Vĩnh Sơn người đã tận tình, chu đáo hướng dẫn tôi thực hiện đồ án này. Sau cùng tôi xin cảm ơn gia đình đã tạo những điều kiện thuận lợi và là chỗ dựa cho tôi trong suốt những năm dài học tập. Đồng thời tôi cũng xin cảm ơn tất cả những bạn bè trong tập thể lớp 11DMT01 đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua, cũng như trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song do buồi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế chuyên môn cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa nhận thấy được. Tôi rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy Cô và các bạn để khóa luận được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 22 tháng 08 năm 2015 Sinh viên thực hiện Liêu Trường Long LỜI CAM ĐOAN Kính thưa Quý Thầy Cô Sau thời gian theo học tại trường Đại học Công nghệ TP.HCM, chuyên ngành Kỹ thuật môi trường, nay tôi đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng đồng bằng sông Cửu Long” Tôi xin cam đoan - Không sao chép đồ án, luận văn của bất cứ ai dưới bất kỳ hình thức nào; - Các số liệu sử dụng trong đồ án tốt nghiệp là do chính mình thực hiện. Các số liệu thu thập và kết quả phân tích trong báo cáo là trung thực; - Các tài liệu tham khảo đều có trích dẫn nguồn một cách rõ ràng và cụ thể; Tôi xin chịu trách nhiệm về sự cam đoan của mình. TP.HCM, ngày 22 tháng 08 năm 2015 Sinh viên thực hiện Liêu Trường Long MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ................................................ i DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... ii DANH MỤC CÁC HÌNH – ĐỒ THỊ .................................................................... iii MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 2 4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ................................................................................. 4 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt ..................................................................... 4 1.1.1 Định nghĩa và nguồn phát sinh .................................................................. 4 1.1.2 Thành phần ................................................................................................ 4 1.1.3 Đặc điểm, tính chất .................................................................................... 4 1.1.4 Phân loại .................................................................................................... 7 1.2 Quy chuẩn đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt ......................................... 8 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt ..................................................... 8 1.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học ................................................ 8 1.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học .............................................. 16 1.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý ................................................ 23 1.3.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ............................................. 28 1.3.5 Phương pháp khử trùng ............................................................................. 43 1.3.6 Phương pháp xử lý cặn .............................................................................. 47 CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ................................................................................................ 48 2.1 Khái quát về ĐBSCL ........................................................................................ 48 2.2 Nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL ........................ 51 2.3 Đặc trưng và thành phần nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL ................................. 52 2.4 Thực trạng xử lý nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL ............................................. 53 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ........... 56 3.1 Thiết kế mô hình thí nghiệm ............................................................................. 56 3.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình thiết kế ........................................................ 56 3.1.2 Sơ đồ nghiên cứu mô hình thực nghiệm .................................................... 57 3.1.3 Quy trình lấy mẫu và phương pháp phân tích ........................................... 58 3.1.4 Tính toán thiết kế mô hình ......................................................................... 60 3.1.5 Mô tả mô hình thí nghiệm ......................................................................... 62 3.2 Vận hành mô hình ............................................................................................. 64 3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị ..................................................................................... 64 3.2.2 Vận hành mô hình thí nghiệm ................................................................... 65 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 68 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý ........................................................ 68 4.1.1 Giá thể ........................................................................................................ 68 4.1.2 Độ xáo trộn ................................................................................................ 68 4.1.3 Tải trọng thể tích ........................................................................................ 68 4.2 Kết quả chạy mô hình MBBR ........................................................................... 68 4.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi .......................................................................... 68 4.2.2 Giai đoạn chạy động .................................................................................. 71 4.2.3 Giai đoạn chạy tĩnh .................................................................................... 81 4.2.4 Xác định các hệ số động học ..................................................................... 86 4.2.5 Hiệu quả xử lý Nitơ ................................................................................... 88 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................... 90 5.1 Kết luận ............................................................................................................. 90 5.2 Kiến nghị ........................................................................................................... 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 92 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 93 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU APHA : Là phương pháp xác định thông số ô nhiễm. BOD (Biological Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hoá): Là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ. BOD5 (Biological Oxygen Demand) : Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các chất hữu cơ với thời gian xử lý nước là 5 ngày với điều kiện nhiệt độ là 200C. BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường COD (Chemical oxygen demand – nhu cầu oxy hóa học) : Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. CHC : Chất hữu cơ ĐBSCL : Đồng bằng Sông Cửu Long B (Broad) : Chiều rộng H (Height) : Chiều cao L (Length) : Chiều dài NTSH : Nước thải sinh hoạt SS (Suspended Solid) : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước QCVN : Quy chuẩn Việt Nam i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình 1 ngày tính theo đầu người ...................... 5 Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp APHA ..... 5 Bảng 1.3 Giá trị điển hình của các thành phần có trong nước thải sinh hoạt ......... 6 Bảng 3.1 Thông số đầu vào ..................................................................................... 64 Bảng 4.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD ở giai đoạn thích nghi 24h ................... 69 Bảng 4.2 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 24h ............. 71 Bảng 4.3 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 12h ............. 73 Bảng 4.4 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 8h ............... 75 Bảng 4.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 24h ................. 77 Bảng 4.6 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 12h ................ 78 Bảng 4.7 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 8h .................. 80 Bảng 4.8 Kết quả phân tích các chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 24h ......... 81 Bảng 4.9 Kết quả phân tích các chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 12h ......... 82 Bảng 4.10 Kết quả phân tích các chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 6h ......... 84 Bảng 4.11 Hiệu suất xử lý nitơ ............................................................................... 88 ii DANH MỤC CÁC HÌNH – ĐỒ THỊ Hình 1.1 Song chắn rác ........................................................................................... 10 Hình 1.2 Bể lắng cát ................................................................................................ 12 Hình 1.3 Bể tách dầu mỡ ......................................................................................... 13 Hình 1.4 Bể điều hoà ............................................................................................... 14 Hình 1.5 Mô hình bể lắng radian ............................................................................ 15 Hình 1.6 Bể lọc ....................................................................................................... 16 Hình 1.7 Sơ đồ thể hiện sự hoà trộn giữa nước thải có tính acid và bazơ .............. 17 Hình 1.8 Sơ đồ trung hoà nước thải chứa acid bằng cách lọc qua lớp đá vôi ......... 18 Hình 1.9 Hoá chất keo tụ ......................................................................................... 19 Hình 1.10 Quá trình tạo bông cặn ........................................................................... 19 Hình 1.11 Phương pháp quang xúc tác ................................................................... 23 Hình 1.12 Đồ thị về sự tăng trưởng của vi sinh vật trong bể xử lý sinh học .......... 30 Hình 1.13 Đồ thị về sự biến động của các VSV chủ đạo trong bể xử lý sinh học .. 30 Hình 1.14 Ao hồ sinh học ....................................................................................... 32 Hình 1.15 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống ....................................... 34 Hình 1.16 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có ngăn tiếp xúc ................................. 35 Hình 1.17 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thoáng kéo dài ............................. 35 Hình 1.18 Bể Aerotank thông khí cao có khuấy trộn hoàn chỉnh ........................... 36 Hình 1.19 Bể Oxytank ............................................................................................. 36 Hình 1.20 Mương oxy hoá ...................................................................................... 37 Hình 1.21 Bể lọc sinh học ....................................................................................... 38 Hình 1.22 Đĩa quay sinh học ................................................................................... 38 Hình 1.23 Bể SBR ................................................................................................... 40 Hình 1.24 Bể UASB ................................................................................................ 42 Hình 2.1 ĐBSCL trên bản đồ Việt Nam ................................................................. 51 Hình 2.2 Ô nhiễm nước ở ĐBSCL .......................................................................... 55 iii Hình 3.1 Màng lọc MBBR hiếu khí và thiếu khí .................................................... 56 Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm .................................................................................. 63 Hình 3.4 Mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm ............................................. 63 Hình 3.5 Sơ đồ các mặt cắt của mô hình ................................................................. 67 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở giai đoạn thích nghi . 70 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở giai đoạn thích nghi ...... 70 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 24h ...... 72 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 24h .......... 73 Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 12h ...... 74 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 12h .......... 75 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 8h ........ 76 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 8h ............ 77 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 24h ............................. 78 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 12h ........................... 79 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 8h ............................. 80 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 24h .... 81 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 24h ......... 82 Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 12h .... 83 Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 12h ......... 83 Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 6h ...... 84 Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 6h ........... 85 Hình 4.18 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số Y và Kd ................ 87 Hình 4.19 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số K và Ks ................. 88 Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý Nitơ ...................................................... 89 iv Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây vấn đề ô nhiễm toàn cầu nói chung và ô nhiễm môi trường nước nói riêng tại Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) đã và đang là mối lo ngại rất cần sự quan tâm và chung tay bảo vệ từ cộng đồng. Về ĐBSCL có lẽ không ai lạ gì một vùng đất có tiếng cây lành trái ngọt, con người hào phóng, cởi mở. Tuy lịch sử hình thành muộn hơn so với nhiều nơi, nhưng trong một thời gian ngắn, nơi đây trở thành khu vực kinh tế nông nghiệp phát triển vào bậc nhất của cả nước, với vựa lúa lớn nhất chiếm 90% khối lượng gạo xuất khẩu, vựa trái cây lớn nhất chiếm 70% khối lượng xuất khẩu, là vựa thủy sản lớn nhất chiếm trên 50% khối lượng xuất khẩu. Không chỉ có kinh tế, ĐBSCL còn làm nên các giá trị văn hóa đặc trưng sông nước miệt vườn là “điểm đến” hấp dẫn du khách trong và ngoài nước. Chính vì sự phát triển nhảy vọt về kinh tế đi cùng với sự bùng nổ dân số đã tạo ra một khối lượng lớn nước thải gây ô nhiễm ở ĐBSCL gây ra một số bệnh đường ruột thậm chí là ung thư do các hóa chất có trong nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của người dân cũng như làm hư hại nhiều công trình vận tải biển, các công trình thủy lợi, nguồn lợi từ thủy sản cạn kiệt dần. Cũng có nhiều công trình giảm thiểu ô nhiễm đã được thực hiện và hoạt động nhưng nhìn chung vẫn còn nhiều tồn đọng như : chưa thu gom hết được nước thải vì điều kiện địa hình trũng, ngập nước và nhiều sông rạch, bên cạnh đó giá thành công trình cũng khó khăn. Đứng trước thực trạng đáng báo động này, đề tài “Nghiên cứu công nghệ hợp khối xử lý nước thải sinh hoạt tại hộ gia đình vùng đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện với mong muốn ứng dụng được mô hình xử lý nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL triển khai cho các hộ gia đình để góp phần khắc phục tình trạng ô nhiễm, cải thiện chất lượng môi trường. Và cuối cùng hy vọng rằng công nghệ mới này sẽ nhanh 1 Đồ án tốt nghiệp chóng nhận được ủng hộ của các cấp chính quyền cũng như sự hài lòng của người dân nơi đây. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát hiện trạng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL. - Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý nước thải sinh hoạt các cụm dân cư vùng ĐBSCL bằng công nghệ MBBR + Anoxic dạng hợp khối kiểu pilot. - Xác định hiệu quả xử lý nước thải của công nghệ MBBR + Anoxic so với các nghiên cứu tương tự, tìm ra chu kỳ thích hợp để vận hành hệ thống. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Nước thải sinh hoạt ở ĐBSCL. - Phương pháp xử lý MBBR + Anoxic. - Mô hình thực nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp với quy mô các cụm dân cư tại ĐBSCL. Phạm vi nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu này được thực hiện đối với nước thải sinh hoạt. - Vận hành mô hình thực nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm, thiết kế phù hợp với quy mô các cụm dân cư tại ĐBSCL. Đánh giá khả năng xử lý COD (Nhu cầu oxy hóa học), SS (chất rắn lơ lửng), N (Nitơ tổng) với 3 thời gian lưu khác nhau: 8h, 12h và 24h. 4. Nội dung nghiên cứu - Xác định chất lượng nước sinh hoạt tại hộ gia đình trên địa bàn, cách xả thải. - Lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp. - Tiến hành xây dựng mô hình thử nghiệm. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra Khảo sát tình hình xả thải nước thải sinh hoạt tại địa phương. 2 Đồ án tốt nghiệp - Phương pháp phân tích, tổng hợp. Tìm hiểu về thành phần, tính chất của nước thải sinh hoạt tại địa phương. Thu thập các tài liệu về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt. - Phương pháp khảo sát hiện trường. Thực hiện các đợt khảo sát thực tế tại địa phương để thu thập thông tin và số liệu về tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại địa phương. - Phương pháp thực nghiệm trên mô hình trong điều kiện thí nghiệm. - Phương pháp chuyên gia Tham vấn ý kiến của giáo viên hướng dẫn, các giáo viên trong khoa, các chuyên gia trong ngành môi trường và xử lý nước thải, những người có trách nhiệm xây dựng và vận hành hệ thống. - Phương pháp so sánh So sánh kết quả thí nghiệm với các nghiên cứu tương tự. 3 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 1.1.1 Định nghĩa và nguồn phát sinh Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rữa, vệ sinh cá nhân;chúng thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư phụ thuộc vào quy mô dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. 1.1.2 Thành phần Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại: - Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh. - Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà. 1.1.3 Đặc điểm, tính chất Nước thải sinh hoạt thường bốc mùi, có màu sẫm đen, có nhiều váng và cặn lơ lửng gây ảnh hường đến sức khỏe, tính mạng của con người và sinh vật. Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan, các chất dinh dưỡng, các vi trùng gây bệnh. Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo ( 5-10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/L theo trọng lượng khô. Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp. 4 Đồ án tốt nghiệp Giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các chất lắng hoặc BOD5 có một mối tương quan nhất định. Tải trọng chất thải trung bình tính theo đầu người ở điều kiện ở Đức với nhu cầu cấp nước 150l/ngày được trình bày như sau: Bảng 1.1 Tải trọng chất thải trung bình 1 ngày tính theo đầu người Tổng chất thải Chất thải hữu cơ Các chất (g/người.ngày) (g/người.ngày) Tổng lượng chất thải 190 110 Các chất tan 100 50 Các chất không tan 90 60 Chất lắng 60 40 Chất không lắng 30 20 (Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – ThS. Lâm Vĩnh Sơn) Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt phân tích theo phương pháp APHA Mức độ ô nhiễm Các chất Đơn vị Trung bình Thấp Tổng chất rắn 1000 500 - Chất rắn hòa tan mg/l 700 350 - Chất rắn không tan 300 150 - Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 600 350 Chất rắn lắng mg/l 12 8 BOD5 mg/l 300 200 Oxy hòa tan mg/l 0 0 Tổng Nitơ mg/l 85 50 Nitơ hữu cơ mg/l 35 20 Nitơ amoniac mg/l 50 30 5 Đồ án tốt nghiệp Nitrite mg/l 0.1 0.05 Nitrate mg/l 0.4 0.2 Clorua mg/l 175 100 Độ kiềm mgCaCO3 200 100 Chất béo mg/l 40 20 Tổng Photpho mg/l - 8 (Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – ThS. Lâm Vĩnh Sơn) Bảng 1.3 Giá trị điển hình của các thành phần có trong nước thải sinh hoạt Các chất Đơn vị Giá trị điển hình COD mg/l 500 BOD5 mg/l 250 SS mg/l 220 Photpho mg/l 8 Nitơ NH3 mg/l 40 Nitơ hữu cơ TSS mg/l 720 pH - 6.8 (Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Th.S Lâm Vĩnh Sơn) Như vậy nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Thông thường các quá trình xử lý sinh học cần các chất dinh dưỡng theo tỉ lệ sau: BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 (tỉ lệ theo khối lượng). Một tính chất đặc trưng nữa của Nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bới các vi sinh vật và khoảng 20-40% BOD thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn. 6 Đồ án tốt nghiệp  Tác hại đến môi trường của nước thải sinh hoạt do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra : - COD, BOD : sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng và làm giảm pH của môi trường. - SS : lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí. - Nhiệt độ : nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nước. - Màu : mất mỹ quan. - Dầu mỡ : gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước. - Ammonia, P : đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá (sự phát triển bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra ). - Vi trùng gây bệnh : gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da; Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4;...làm cho nước có mùi hôi thối. 1.1.4 Phân loại Với mỗi nguồn nước thải có những đặc trưng riêng, từ đó có thể phân loại để xử lý triệt để, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo quy định của nhà nước và pháp luật. 1.1.4.1 Nước thải từ khu vệ sinh (Nước đen) Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: các chất hữu cơ như phân, nước tiểu, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. 7 Đồ án tốt nghiệp Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy là COD, Nitơ và Photpho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng N và P cao. 1.1.4.2 Nước thải khu nhà bếp Nước thải khu nhà bếp có đặc trưng là nước chứa thành phần hàm lượng dầu mỡ rất cao, lượng cặn, rác lớnlượng dầu mỡ này có thể ảnh hưởng đến các quá trình xử lý đằng sau nên nước thải khu nhà bếp cần phải được xử lý sơ bộ tách dầu mỡ trước khi đưa vào hệ thống xử lý. 1.1.4.3. Nước thải từ khu tắm giặt (Nước xám) Loại nước thải này chứa thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể, do đó không cần xử lý sơ bộ mà đưa luôn vào hệ thống xử lý phía sau. 1.1.4.4. Nước thải giặt là Nước thải giặt là có tính chất hoàn toàn khác biệt với những loại nước thải khác, hàm lượng chất hữu có không đáng kể mà chủ yếu là các hóa chất dùng để tẩy rửa. Các hóa chất này cần phải được xử lý theo phương pháp khác so với các loại nước thải trên, tránh gây ảnh hưởng đến quá trình xử lý chung. 1.2 Quy chuẩn đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/ cột B của BTNMT. 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 1.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học Phương pháp này được sử dụng để tách các tạp chất không hòa tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi;) và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Các công trình xử lý cơ học bao gồm: 8 Đồ án tốt nghiệp 1.3.1.1 Song chắn rác và lưới chắn rác  Song chắn rác: Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc có thể đặt tại các miệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lớn như: gỗ, nhánh cây, lá cây, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, đồng thời bảo vệ các công trình và thiết bị phía sau như tránh hỏng bơm, tránh tắc nghẽn đường ống, mương dẫn. Dựa vào khoảng cách các thanh, song chắn rác được chia thành 2 loại: - Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ: 30 ÷ 200 mm. - Song chắn rác tinh có khoảng cách giữa các thanh từ: 5 ÷ 25 mm. Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo. Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác. Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực của dòng chảy người ta phải thường xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách cào rác thủ công hoặc cơ giới. Tốc độ nước chảy (v) qua các khe hở nằm trong khoảng (0,65m/s ≤ v ≤ 1m/s. Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộng khe hở của các song thay đổi. Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm xử lý nhỏ có lượng rác < 0,1 m3/ng.đ. Khi rác tích lũy ở song chắn, mỗi ngày vài lần người ta dùng cào kim loại để lấy rác ra và cho vào máng có lỗ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý tiếp tục. Song chắn rác với cào rác cơ giác hoạt động liên tục, răng cào lọt vào khe hở giữa các thanh kim loại, cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ phận truyền động. Khi lượng rác được giữ lại lớn hơn 0,1 m3/ng.đ và khi dùng song chắn rác cơ giới thì phải đặt máy nghiền rác. Rác nghiền được cho vào hầm ủ Biogas hoặc cho về kênh trước song chắn. Khi lượng rác trên 1 tấn/ng.đ cần phải thêm máy nghiền rác dự phòng. Việc vận chuyển rác từ song đến máy nghiền phải được cơ giới hóa. Tuy nhiên 9 Đồ án tốt nghiệp nếu lắp đặt máy nghiền rác trước bể lắng cát nên chú ý cát sẽ làm mòn các lưỡi dao và sỏi có thể gây kẹt máy. Hình 1.1 Song chắn rác  Lưới chắn rác: Lưới chắn rác dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi các thành phần quý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thước. Kích thước mắt lưới từ 0,5÷ 1,0 mm. Lưới chắn rác thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay ( hay còn gọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình đĩa. Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy cặn 1.3.1.2 Bể lắng cát (Sand Sedimentation Tank) Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như: cát, sỏi, mảnh kim loại, tro, than vụnnhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau. T... bổ sung (bậc III). Một trong các công trình xử lý bậc III là ao hồ ổn định sinh học kết hợp với thả bèo nuôi cá. Hình 1.14 Ao hồ sinh học 32 Đồ án tốt nghiệp 1.3.4.3 Các công trình xử lý nhân tạo Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo có thể kể đến hai quá trình cơ bản: + Quá trình xử lý sinh trưởng lơ lửng. + Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính. Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu khí như: Aerotank bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật bám dính), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay; Các công trình xử lý sinh học hiếu khí: Quá trình xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính dựa vào sự hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí. Trong bể Aerotank, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật khác. Các vi sinh vật đồng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung cấp cho sự sống. Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản và giải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh. Như vậy các chất hữu cơ có trong nước thải được chuyển hóa thành các chất vô cơ như H2O, CO2 không độc hại cho môi trường. Quá trình sinh học hiếu khí có thể diễn ra tóm tắt như sau: Chất hữu cơ + O2  VSV hiếu khí  CO2 + H2O + Tế bào mới + Năng lượng Một số loại công trình thường dùng trong xử lý nước thải: 33 Đồ án tốt nghiệp  Bể Aerotank truyền thống: Bể Bể lắng Bể Aerotank lắng Nguồn tiếp đợt 2 đợt 1 nhận Tuần hoàn bùn hoạt tính Xả bùn Xả bùn hoạt tính Hình 1.15 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống  Bể Aerotank tải trọng cao Hoạt động của bể Aerotank tải trọng cao tương tự như bể có dòng chảy nút, chịu được tải trọng chất bẩn cao và có hiệu suất làm sạch cũng cao, sử dụng ít năng lượng, lượng bùn sinh ra thấp. Nước thải đi vào có độ nhiễm bẩn cao, thường là BOD > 500 mg/l. Tải trọng bùn hoạt tính là 400 – 1000 mg BOD/g bùn (không cho) trong một ngày đêm.  Bể Aerotank có hệ thống cấp khí giảm dần theo chiều dòng chảy Nồng độ chất hữu cơ vào bể Aerotank được giảm dần từ đầu đến cuối bể do đó nhu cầu cung cấp oxy cũng tỷ lệ thuận với nồng độ các chất hữu cơ.  Ưu điểm: - Giảm được lượng không khí cấp vào bể tức là giảm công suất của máy thổi khí. - Không có hiện tượng làm thoáng quá mức làm ngăn cản sự sinh trưởng của vi khuẩn khử các hợp chất Nitơ. - Có thể áp dụng tải trọng cao (F/M cao), chất lượng nước ra tốt. 34 Đồ án tốt nghiệp  Bể Aerotank có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định (Contact Stabilitation): Bể gồm ngăn tiếp xúc và ngăn tái sinh. Xả bùn Xả bùn hoạt tính Tuần hoàn bùn Ngăn tái sinh Bể Bể Nguồn tiếp lắng bùn hoat tính lắng đợt 1 Ngăn tiếp xúc đợt 2 nhận Bể Aerotank Hình 1.16 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có ngăn tiếp xúc Ưu điểm của dạng bể này là bể Aerotank có ngăn tiếp xúc có dung tích nhỏ, chịu được sự dao động của lưu lượng và chất lượng nước thải, có thể ứng dụng cho nước thải có hàm lượng keo cao.  Bể Aerotank làm thoáng kéo dài Khi nước thải có tỉ số F/M (tỷ lệ giữa BOD5 và bùn hoạt tính: mg BOD5/mg bùn hoạt tính) thấp, tải trọng thấp, thời gian thông khí thường 20 – 30h. Hình 1.17 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thoáng kéo dài 35 Đồ án tốt nghiệp  Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh Hình 1.18 Bể Aerotank thông khí cao có khuấy trộn hoàn chỉnh Ưu điểm là pha loãng ngay tức khắc, nồng độ các chất ô nhiễm trong toàn thể tích bể, không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho loại nước thải có chỉ số bùn cao, cặn khó lắng.  Oxytank Dựa trên nguyên lý làm việc của Aerotank khuấy đảo hoàn chỉnh người ta thay không khí nén bằng sục khí oxy tinh khiết. Hình 1.19 Bể Oxytank Ưu điểm là:  Hiệu suất cao nên tăng được tải trọng BOD  Giảm thời gian sục khí 36 Đồ án tốt nghiệp  Lắng bùn dễ dàng  Giảm bùn đáng kể trong quá trình xử lý  Mương oxy hóa Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạng vòng hình chữ O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoat tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương. Hình 1.20 Mương oxy hóa  Bể lọc sinh học – Biofilter - Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc. Trong bể chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Có 2 dạng:  Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Là bể sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập nước. Giá trị BOD của nước thải sau khi làm sạch tới 10 ÷ 15 mg/l. Với lưu lượng nước thải không quá 1000m3/ngày.  Bể lọc sinh học cao tải: Lớp vật liệu lọc đặt ngập trong nước. Tải trọng nước thải tới 10 ÷ 30 m3/m2.ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc sinh học nhỏ giọt. - Tháp lọc sinh học cũng có thể được xem như là một bể sinh học nhưng có chiều cao khá lớn. 37 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.21 Bể lọc sinh học  Đĩa quay sinh học RBC (Rotating biological contractors) RBC gồm một loại đĩa tròn xếp gần nhau bằng polystyren hay PVC. Những đĩa này được nhúng chìm trong nước thải và quay từ từ. Trong khi vận hành, sinh vật tăng trưởng sẽ bám dính vào bề mặt đĩa và hình thành một lớp màng nhày trên toàn bộ bề mặt ướt của đĩa. Đĩa quay làm cho sinh khối luôn tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và không khí để hấp thụ oxy, đồng thời tạo sự trao đổi oxy và duy trì sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Hình 1.22 Đĩa quay sinh học  Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reacter) SBR là một dạng bể của bể Aerotank. Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi qua song chắn rác, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể. Ưu điểm 38 Đồ án tốt nghiệp là khử được các hợp chất Nitơ, photpho khi vận hành đúng quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí. Bể SBR hoạt động theo 5 pha:  Pha làm đầy (Fill): Thời gian bơm nước vào bể kéo dài từ 1-3 giờ. Dòng nước thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc vào mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy sục khí.  Pha phản ứng, thồi khí (React): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cung cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực 2- hiện, chuyển nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2 và nhanh chóng chuyển sang - dạng N-NO 3 .  Pha lắng (Settle): Lắng trong nước. Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ.  Pha rút nước (Draw): Khoảng 0.5 giờ.  Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình và số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể. Xả bùn dư là một giai đoạn quan trọng không thuộc 5 giai đoạn cơ bản trên, nhưng nó cũng ảnh hưởng đến năng suất của hệ. Lượng và tần suất xả bùn được xác định bởi năng suất yêu cầu, cũng giống như hệ hoạt động liên tục thông thường. Trong hệ hoạt động gián đoạn, việc xả thường được thực hiện ở giai đoạn lắng hoặc giai đoạn tháo nước trong. Đặc điểm duy nhất là lở bể SBR không tuần hoàn của bùn hoạt hóa. Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, cho nên không có sự 39 Đồ án tốt nghiệp mất mát bùn hoạt tính ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính để giữ nồng độ. Hình 1.23 Bể SBR Các công trình xử lý sinh học kị khí: Phân hủy kị khí (Anaerobic Descomposotion) là quá trình phân hủy chất hữu cơ thành các chất khí (CH4 và CO2) trong điều kiện không có oxy. Việc chuyển hóa các acid hữu cơ thành khí me6tan sản sinh ra ít năng lượng. Năng lượng hữu cơ chuyển hóa thành khí vào khoảng 80 ÷ 90%. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS. Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32 ÷ 35oC. Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kị khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thế cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí. Trong quá trình lên men kị khí, thường có 4 nhóm vi sinh vật phân hủy vật chất hữu cơ nối tiếp nhau: - Thủy phân: Các vi sinh vật thủy phân (Hydrolytic) phân hủy các chất hữu cơ dạng polyme như các polysaccharide và protein thành các phức chất đơn giản hoặc chất hoàn tan như amino acid, acid béoKết quả của dự bẻ gãy mạch cacbon chua làm giảm COD. 40 Đồ án tốt nghiệp - Acid hóa: Ở giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols các axit lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S va sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0. - Acetic hóa : Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới. - Mêtan hóa : Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí. Axit acetic, H2, CO2, axit formic và methanol chuyển hóa thành mêtan, CO2 và sinh khối.  Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng  Phương pháp tiếp xúc kị khí Bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng. Quá trình này cung cấp phân ly và hoàn lưu các vi sinh vật giống, do đó cho phép vận hành quá trình ở thời gian lưu từ 6-12 giờ. Thiết bị khử khí giảm thiểu tải trọng chất rắn ở bước phân ly. Để xử lý ở mức độ cao, thời gian lưu chất rắn được xác định là 10 ngày ở nhiệt độ 32oC, nếu nhiệt độ giảm đi 11oC thời gian lưu đòi hỏi phải tăng gấp đôi.  Bể UASB (Upflow anaerobic Sludge Blanket) Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ ( bông bùn) và chất hữu cơ bị phân hủy. Các bọt khí mêtan và NH3, H2S nổi lên trên và được thu bằng các chụp thu khí để dẫn ra khỏi bể, nước thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách hai pha lỏng và rắn, sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại vùng lớp bông bùn. Sự tạo thành bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành UASB. Thường cho thêm vào bể 150 mg/l Ca2+ để đẩy mạnh sự tạo thành hạt bùn và 5÷ 10 mg/l Fe2+ để giảm bớt sự tạo thành các sợi bùn nhỏ. Để duy trì lớp bông bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ dòng chảy thường lấy khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h. 41 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.24 Bể UASB  Phương pháp kị khí với sinh khối gắn kết - Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá màng hữu cơ ( ANAFIZ) Lọc kị khí với sự tăng trưởng các vi sinh vật kỵ khí trên các giá thể. Bể lọc có thể được vận hành ở chế độ dòng chảy ngược hoặc xuôi. Giá thể trong quá trình lưu giữ bùn hoạt tính trên nó cũng được phân ly các chất rắn và khí sản sinh ra trong quá trình tiêu hóa. - Bể kị khí với lớp vật liệu giả lỏng trương nở ( ANAFLUX) Vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích lớn nhất. Ưu điểm: - Ít bị tắc nghẽn trong quá trình làm việc với vật liệu lọc - Khởi động nhanh chóng. - Không tẩy trôi các quần thể sinh hoc bám dính trên vật liệu. - Có khả năng thay đổi lưu lượng trong giới hạn tốc độ chất lỏng. 42 Đồ án tốt nghiệp 1.3.5 Phương pháp khử trùng Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh chứa trong nước thải trước khi xả ra nguồn nước. Khử trùng ( disinfection) khác với tiệt trùng ( sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật. Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ. trong phần này chúng ta chỉ bàn đến việc khử trùng bằng các hóa chất. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các hợp chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợp chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axit. 1.3.5.1 Khử trùng bằng Clo và hợp chất của Clo Cl2 là chất oxi hóa mạnh ở bất kỳ dạng nào. Khi cho Clo tác dụng với nó sẽ tạo thành HOCl có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào trong H2O, chất tiệt trùng sẽ khuyếch tán qua lớp vỏ tế bào sinh vật ═> gây phản ứng với men tế bào ═> làm phá hoại các quá trình trao đổi chất của tế bào vi sinh vật. Khi cho Clo vào trong nước phản ứng diễn ra như sau: Cl2 + H2O ═ HCl + HClO Hoặc có thể ở dạng phương trình phân li + - - Cl2 + H2O ═ H + OCl + Cl Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau Ca(OCl)2 + H2O ═ CaO + 2HOCl 2HOCl ═ 2H+ + 2OCl- Khả năng tiệt trùng của Clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong H2O. Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ trong nước hay phụ thuộc vào ph của nước. Khi: 43 Đồ án tốt nghiệp - pH = 6 thì HOCl chiếm 99,5% còn OCl- chiếm 0,5% - pH = 7 thì HOCl chiếm 79% còn OCl- chiếm 21% - pH = 8 thì HOCl chiếm 25% còn OCl- chiếm 75% Tức là pH càng cao hiệu quả khử trùng cảng giảm. Tác dụng khử trùng của HOCl cao hơn nhiều OCl- Khi cho Clo vào trong nước ngoài việc diệt vi sinh vật, nó còn khử các chất hòa tan và NH3. HOCl + NH3 ═ NH2Cl + H2O HOCl + NH2Cl ═ NHCl2 + H2O HOCl + NHCl ═ NCl3 + H2O Do đó khả năng tiệt trùng kém đi. Bởi vì khả năng tiệt trùng của monocloramin thấp hơn dicloramin khoảng 3-5 lần, còn khả năng diệt trùng của dicloramin thấp hơn HOCl khoảng 20-25 lần. Khi pH tăng  NCl3 tạo ít. Khả năng tiệt trùng của NH2Cl = ( 1/3-1/5), NHCl2 và NH2Cl2 ═ ( 1/20-1/25)Cl2. Sau khi qua hệ thống xử lý thì lượng Clo lượng dư: 0.3-0.5mg/l sao cho đến cuối ống còn 0.05mg/l. Lượng Clo dư đưa vào trong nước thải phải xác định bằng thực nghiệm. Khi thiết kế sơ bộ có thể lấy như sau: đối với nước thải sau xử lý cơ học là 10mg/l; nước thải sau xử lý Aerotank là không hoàn toàn hay Biophin cao tải là 5mg/l; nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn là 3mg/l. Khi trong nước có phenol, khử trùng bằng Clo Clo phenol có mùi rất khó chịu. nên khử bằng NH3, trước khi khử trùng.  Khử trùng bằng Clo lỏng: Khi dùng Clo lỏng để khử trùng, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Cloratơ. Đây là thiết bị có chức năng pha chế và định lượng Clo hơi và nước.thì lượng Clo hoạt tính chiếm 20-25%. 44 Đồ án tốt nghiệp Canxi hypôclorit Ca(OCl)2 là sản phẩm của quá trình làm bão hòa dung dịch vôi sữa bằng Clo. Hàm lượng Clo hoạt tính chiếm 30-45%.  Khử trùng bằng Natri hypoclorit ( nước Javen): NaClO là sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch muối ăn. Nước javen có nồng độ Clo hoạt tính từ 6- 8g/l. 1.3.5.2 Khử trùng bằng Ôzon (O3) - Ôzon là một chất khí có màu tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con người. Ở trong nước, ôzon phân hủy rất nhanh thành oxi phân tử và nguyên tử. Ôzon có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo nên tiệt trùng mạnh hơn. - Ôzon được sản xuất bằng cách cho Oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng lửa điện. Để cung cấp đủ lượng Ôzon cho trạm xử lý nước ta dùng máy phát tia lửa điện và cho không khí chảy qua. Ôzon sản xuất ra dễ bị phân hủy thành Oxy do đó phải lắp thiết bị làm lạnh ở máy sản xuất Ôzon. Có 2 loại máy làm lạnh điện cực:  Làm lạnh bằng không khí  Làm lạnh bằng nước.  Ưu điểm: - Không có mùi - Làm giảm nhu cầu oxi của nước, giảm chất hữu cơ; - Khử màu, phenol, xianua. - Tăng DO - Không có ản phẩm phụ gây độc hại - Tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng.  Nhược điểm: - Vốn đầu tư cao - Tiêu tốn năng lượng. - Khả năng tiệt trùng của Ôzon: Độ hòa tan của Ôzon gấp 13 lần của oxy. Khi vừa cho vào trong nước khả năng tiệt trùng là rất ít, khi Ôzon đã hòa tan đủ liều lượng, ứng 45 Đồ án tốt nghiệp với hàm lượng đủ oxy hóa hữu cơ và vi khuẩn trong nước, lúc tác động khử trùng mạnh nhanh gấp 3100 lần so với Clo, thời gian tiệt trùng xảy ra trong khoảng 3-8 giây. Liều lượng cần thiết cho nước ngầm là 0.75 – 1mg/l; 1.0 – 3.0 mg/l nước mặt; sau bể lắng 2 trong xử lý nước thải từ 5-15mg/l. 1.3.5.3 Khử trùng bằng tia cực tím - Tia cực tím UV là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4-400nm. Độ dài bước sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường. Dùng tia cực tím để tiệt trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước. - Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm, khả năng diệt khuẩn cao nhất. Trong các nhà máy xử lý nước thải, dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn này phát ra tic cực tím có bước sóng 253,7 nm, bóng đèn đặt trong hộp thủy tinh không hấp phụ tia cực tím, ngăn cách đèn và nước. Đèn được lắp thành bộ trong hộp đựng có vách ngăn phân phối để khi nước chảy qua hộp, được trộn đều để cho số lượng vi khuẩn đi qua đèn trong thời gian tiếp xúc ở hộp là cao nhất. Lớp nước đi qua đèn có độ dày khoảng 6mm, năng lượng tiêu thụ từ 6000-13000 mocrowat/s, độ bền 3000 giờ đến 8000 giờ. - Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này thì chi phí rất cao. Các thực nghiệm gần đây cho thấy nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng SS < 50mg/l sau khi đi qua hộp đèn cực tím với tiêu chuẩn năng lượng nêu trên thì nước còn 200 Colifrom/100ml. 1.3.5.4 Khử trùng bằng một số phương pháp khác - Khử trùng bằng siêu âm: Dùng dòng siêu âm với cường độ tác dụng lớn sẽ có thể tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. - Khử trùng bằng PP nhiệt: PP cổ truyền. Đun sôi nước ở 100oC. Khử trùng bằng Ion bạc: Có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng. Với 2 – 10g/l ion là có thể tác dụng. 46 Đồ án tốt nghiệp 1.3.6 Phương pháp xử lý cặn Trong các trạm xử lý thường có khối lượng cặn lắng tương đối lớn từ song chắn rác, bể lắng đợt một, đợt haiTrong cặn chứa rất nhiều nước (độ ẩm từ 97%-99%), và chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng, do đó cặn cần phải được xử lý để giảm bớt nước, các vi sinh vật độc hại trước khi thả cặn ra nguồn tiếp nhận. Các phương pháp xử lý cặn gồm: - Cô đặc cặn bằng trọng lực: Là phương pháp để bùn lắng tự nhiên, các công trình của phương pháp này là các bể lắng giống như bể lắng nước thải: bể lắng đứng, bể ly tâm; - Cô đặc cặn bằng tuyển nổi: Lợi dụng khả năng hòa tan không khí vào nước khi nén hỗn hợp khí nước ở áp lực cao, sau đó giảm áp lực của hỗn hợp xuống áp lực của khí quyển, khí hòa tan lại tách ra khỏi nước dưới dạng các bọt nhỏ dính bám vào hạt bông cặn, làm cho tỷ trọng hạt bông cặn nhẹ hơn nước và nổi lên trên bề mặt. Các công trình sử dụng phương pháp này gọi là bể tuyển nổi có hình chữ nhật hoặc hình tròn. - Ổn định cặn: Là phương pháp nhằm phân hủy các chất hữu cơ có thể phân hủy bằng sinh học thành CO2, CH4 và H2O, giảm vấn đề mùi và loại trừ thối rữa của cặn, đồng thời giảm số lượng vi sinh vật gây bệnh và giảm thể tích cặn. Có thể ổn định cặn hóa chất, hay bằng phương pháp sinh học hiếu khí hay kị khí. Các công trình được sử dụng trong ổn định cặn như: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể metan;... - Làm khô cặn: Có thể sử dụng sân phơi, thiet1 bị cơ học( máy lọc ép, máy áp băng tải, máy lọc chân không, máy lọc ly tâm;), hoặc bằng phương pháp nhiệt. Lựa chọn cách nào để làm khô cặn phụ thuộc vào nhiếu yếu tố: mặt bằng, điều kiện đất đai, yếu tố thủy văn, kinh tế xã hội; 47 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 2.1 Khái quát về ĐBSCL Vùng ĐBSCL là một vùng cực nam của Việt Nam, còn được gọi là Vùng đồng bằng Nam Bộ hoặc miền Tây Nam Bộ hoặc theo cách gọi của người dân Việt Nam ngắn gọn là Miền Tây, có 1 thành phố trực thuộc trung ương là thành phố Cần Thơ và 12 tỉnh: tỉnh Long An (2 tỉnh Long An và Kiến Tường cũ), tỉnh Tiền Giang (tỉnh Mỹ Tho cũ), tỉnh Bến Tre, tỉnh Vĩnh Long, tỉnh Trà Vinh, tỉnh Hậu Giang(tỉnh Cần Thơ cũ), tỉnh Sóc Trăng, tỉnh Đồng Tháp (2 tỉnh Sa Đéc và Kiến Phong cũ), tỉnh An Giang, tỉnh Kiên Giang (tỉnh Rạch Giá cũ), tỉnh Bạc Liêu và tỉnh Cà Mau. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam năm 2011, tổng diện tích các tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long là 40.548,2 km² và tổng dân số của các tỉnh trong vùng là 17.330.900 người Đồng bằng sông Cửu Long là một bộ phận của châu thổ sông Mê Kông có diện tích 39.734 km². Có vị trí nằm liền kề vùng Đông Nam Bộ, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam là Biển Đông. Các điểm cực của đồng bằng trên đất liền, điểm cực Tây 106°26´(xã Mĩ Đức, Thị xã Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang), cực Đông ở 106°48´(xã Tân Điền, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang), cực Bắc ở 11°1´B (xã Lộc Giang, huyện Đức Hoà, tỉnh Long An) cực Nam ở 8°33´B (huyện Đất Mũi, huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau). Ngoài ra còn có các đảo xa bờ của Việt Nam như đảo Phú Quốc, quần đảo Thổ Chu, hòn Khoai. Vùng ĐBSCL của Việt Nam được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo bờ biển. Những hoạt động hỗn hợp của sông và biển đã hình thành những vạt đất phù sa phì nhiêu dọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số 48 Đồ án tốt nghiệp giồng cát ven biển và đất phèn trên trầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sông Hậu và bán đảo Cà Mau. Khí hậu: Đây là vùng có khí hậu cận xích đạo vùng nên thuận lợi phát triển ngành nông nghiệp (mưa nhiều, nắng nóng) đặc biệt là phát triển trồng lúa nước và cây lương thực. Kinh tế Tài nguyên Tài nguyên rừng cũng giữ những vai trò quan trọng, đặc biệt là hệ thống rừng ngập mặn ven biển, trong đó hệ thống rừng ngập mặn Mũi Cà Mau được công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới, bên cạnh đó là những cánh rừng tràm ở U Minh Cà Mau, Đồng Tháp với một hệ thống sinh học vô cùng đa dạng. Nông nghiệp Mặc dù diện tích canh tác nông nghiệp và thủy sản chưa tới 30% của cả nước nhưng miền Tây đóng góp hơn 50% diện tích lúa, 71% diện tích nuôi trồng thủy sản, 30% giá trị sản xuất nông nghiệp và 54% sản lượng thủy sản của cả nước. Lúa trồng nhiều nhất ở các tỉnh An Giang, Long An, Đồng Tháp, Tiền Giang. Diện tích và sản lượng thu hoạch chiếm hơn 50% so với cả nước. Bình quân lương thực đầu người gấp 2.3 lần so với lương thực trung bình cả nước. Nhờ vậy nên Đồng bằng sông Cửu Long là nơi xuất khẩu gạo chủ lực của cả đất nước. Ngoài ra cây ăn quả còn đặc sản nổi tiếng của vùng, với sự đa dạng về số lượng, cũng như chất lượng ngày càng được nâng cao Nghề nuôi vịt đàn phát triển mạnh, nuôi nhiều ở Đồng Tháp, Hậu Giang, Bạc Liêu, Cà Mau và Sóc Trăng. Thuỷ sản Sản lượng thủy sản chiếm 50% cả nước, nhiều nhất ở các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Kiên Giang và An Giang. Kiên Giang là tỉnh có sản lượng thủy sản săn bắt nhiều nhất, 588,3 nghìn tấn thủy sản (năm 2014). An Giang là tỉnh nuôi trồng thủy sản lớn 49 Đồ án tốt nghiệp nhất vùng với sản lượng 327.200 tấn thủy sản (năm 2013). Nghề nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản đang phát triển mạnh, theo quy mô công nghiệp. Công nghiệp Ngành công nghiệp phát triển rất thấp, chủ yếu là ngành chế biến lượng thực. Cần Thơ là trung tâm công nghiệp của cà vùng bao gồm các ngành nhiệt điện, chế biến lương thực, luyện kim đen, cơ khí, hóa chất, dệt may và vật liệu xây dựng. Hạ tầng Cầu Cần Thơ là cầu dây văng bắt ngang qua Sông Hậu, được hoàn thành vào ngày 12 tháng 4 năm 2010. Cầu được xây dựng để thay thế cho phà và kết nối quốc lộ 1A. Cầu Cần Thơ bắt ngang qua hai tỉnh Vĩnh Long và thành phố Cần Thơ. Chi phí xây dựng ước tính là 4.842 tỷ đồng (khoảng 342,6 triệu đô la Mỹ), và là cây cầu mắc nhất Việt Nam lúc mới hoàn thành. Dịch vụ Khu vực dịch vụ của vùng Đồng bằng sông Cửu Long bao gồm các ngành chủ yếu: xuất nhập khẩu, vận tải thủy và du lịch. Xuất khẩu gạo chiếm 80% của cả nước. Giao thông đường thủy giữ vai trò quan trọng nhất. Du lịch sinh thái bắt đầu khởi sắc như du lịch trên sông nước, vườn, khám phá các cù lao. Du lịch bền vững bước đầu hình thành với sự thành công của khu nghỉ dưỡng bền vững Mekong Lodge tại Tiền Giang và nhiều địa phương khác như Bến Tre, Vĩnh Long. Tuy nhiên chất lượng và sức cạnh tranh của các khu du lịch không đồng đều và còn nhiều hạn chế. Vùng kinh tế trọng điểm Đồng bằng sông Cửu Long Vùng kinh tế trọng điểm vùng đồng bằng sông Cửu Long là tên gọi khu vực phát triển kinh tế động lực ở miền Tây Nam Bộ Việt Nam, gồm các tỉnh, thành phố: Cần Thơ, An Giang, Kiên Giang và Cà Mau. Đề án thành lập vùng kinh tế trọng điểm này đã được Thủ tướng Chính phủ Việt Nam phê duyệt ngày 16 tháng 4 năm 2009 bằng Quyết định số 492/QĐ-TTg ngày 16 tháng 4 năm 2009 50 Đồ án tốt nghiệp Theo Quyết định này, đến năm 2020, vùng kinh tế trọng điểm này sẽ là trung tâm lớn về sản xuất lúa gạo, nuôi trồng, đánh bắt và chế biến thủy sản, đóng góp lớn vào xuất khẩu nông thủy sản của cả nước. Ngoài ra, vùng kinh tế này còn đóng vai trò quan trọng trong chuyển giao công nghệ sinh học, cung cấp giống, các dịch vụ kỹ thuật, chế biến và xuất khẩu các sản phẩm nông nghiệp cho cả vùng đồng bằng sông Cửu Long. Văn hoá Cuộc sống ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long phát triển dựa trên sông nước. Nhiều xóm làng có thể chỉ tới được bằng đường thủy thay vì đường bộ. Vùng này là cái nôi của nghệ thuật đờn ca tài tử và từ đó phát triển thành nghệ thuật sân khấu cải lương. Hình 2.1 ĐBSCL trên bản đồ Việt Nam 2.2 Nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL Xét về nguồn gây ô nhiễm cho nước trong vùng có thể chia thành: - Nguồn ô nhiễm tự nhiên:  Do nước chua có nguồn gốc từ đất phèn, hoặc do nước chua đầu mùa lũ tràn sang từ đồng bằng Campuchia. 51 Đồ án tốt nghiệp  Do đất nhiễm mặn, hoặc do nguồn nước mặn theo triều truyền sâu vào các nhánh sông, rạch của hệ thống sông Cửu Long. - Nguồn ô nhiễm nhân tạo:  Chất thải từ sản xuất công nghiệp, dịch vụ.  Chất thải sinh hoạt, chăn nuôi (gia súc, gia cầm và thủy sản).  Chất thải sản xuất nông nghiệp. Như vậy, do đặc điểm tự nhiên, tình hình phát triển kinh tế xã hội, tập quán sinh hoạtnên chất lượng nước ở ĐBSCL thay đổi khá mạnh theo cả không gian và thời gian. ĐBSCL lấy nước ngọt từ sông Mê Công và nước mưa. Lượng nước bình quân của sông Mê Công chảy qua ĐBSCL hơn 460 tỷ m3 và vận chuyển khoảng 150-200 triệu tấn phù sa. ĐBSCL có hệ thống sông kênh rạch lớn nhỏ đan xen, nên rất thuận lợi cung cấp nước ngọt quanh năm. Về mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, sông Mê Công là nguồn nước mặt duy nhất. Về mùa mưa, lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 2.400 mm ở vùng phía Tây ĐBSCL đến 1.300 mm ở vùng trung tâm và 1.600 mm ở vùng phía Đông. Về mùa lũ, thường xảy ra vào tháng 9, nước sông lớn gây ngập lụt. Chế độ thuỷ văn của ĐBSCL có 3 đặc điểm nổi bật: - Nước ngọt và lũ lụt vào mùa mưa chuyển tải phù sa, phù du, ấu trùng. - Nước mặn vào mùa khô ở vùng ven biển. - Nước chua phèn vào mùa mưa ở vùng đất phèn. ĐBSCL có trữ lượng nước ngầm không lớn. Sản lượng khai thác được đánh giá ở mức 1 triệu m3/ngày đêm, chủ yếu phục vụ cấp nước sinh hoạt. 2.3 Đặc trưng và thành phần nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL Với một khối lượng lớn chất thải đổ ra các con sông, kênh rạch, ao hồ, chất lượng nguồn nước ở khu vực này ngày một xấu đi. Theo Cục Thẩm định và đánh giá tác động môi trường, hầu hết các ao nuôi cá tôm đều nhiễm hữu cơ, các chất COD, BOD, nitơ, photpho; đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép, tác động bất lợi đến hệ sinh thái. Nguồn 52 Đồ án tốt nghiệp nước trên sông Tiền, sông Hậu và các cửa sông thông ra biển đã có dấu hiệu nhiễm bẩn chất hữu cơ và vi sinh. Điều nguy hiểm là hiện ở khu vực ĐBSCL hiện có 20 đến 30% số hộ gia đình chưa có nước sạch để sử dụng trong đời sống và sinh hoạt. 2.4 Thực trạng xử lý nước thải sinh hoạt tại ĐBSCL Tài nguyên nước bề mặt trên sông Tiền, sông Hậu và các cửa sông thông ra biển đã có các dấu hiệu nhiễm bẩn chất hữu cơ và vi sinh. Quan trắc môi trường nước cho thấy các chỉ tiêu bị nhiễm bẩn là : BOD, COD, Coliform, H2S, NH4, Phèn sắt...mà nguyên nhân là do các nguồn thải sản xuất công nghiệp, đô thị và các khu dân cư, nguồn thải nuôi trồng thủy sản, sản xuất nông nghiệp...chưa xử lý triệt để vẫn tiếp tục thải vào hệ thống sông rạch trong khu vực.Nguồn nước ngầm được khai thác và sử dụng cho sinh hoạt đời sống, sản xuất công nghiệp, canh tác Nông-Lâm-Ngư...chưa được kiểm soát chặt chẽ, gây tác động làm sự sụt giảm mực nước ngầm ở một số nơi, sự nhiễm bẩn tầng nước ngầm, sự xâm nhập mặn, nhiễm phèn trong các tầng khai thác vẫn còn phổ biến một số nơi.Hiện nay ở ĐBSCL còn khoảng 20-30% số hộ gia đình chưa có nứớc sạch để sử dụng trong đời sống và sinh hoạt, một số nơi người dân còn thiếu nước nghiêm trọng. Vấn đề nhiễm Asen trong nước ngầm ở ĐBSCL cũng đã được phát hiện ở Đồng Tháp, Long An, Kiên Giang, An Giang, Vĩnh Long, Bạc Liêu...đang được tiếp tục đánh giá và xử lý. Các hệ canh tác Nông-Lâm-Ngư vẫn còn xảy ra các sự cố lan truyền ô nhiễm phèn, nhiễm bẩn hữu cơ và các chất hóa học trong canh tác, sự cố tràn dầu, s... bể là: Htt = Hxd + hbv = 33 + 5 = 38 (cm). Trong đó: hbv là chiều cao an toàn, hbv = 5 cm. B3.L3.Htt 25.60.38 Thể tích thực tế của bể: V3(tt) = = = 57(L). 1000 1000  Ngăn lắng vách nghiêng Thể tích bể: V4 = 17 (L). Chọn kích thước bể : B4 x L4 = 25 cm x 30 cm. V4.1000 17.1000 Chiều cao xây dựng của bể: Hxd= = ≈ 23 (cm). B4.L4 25.30 Theo Trần Đức Hạ (2006), bể lắng vách nghiêng có dòng chảy đứng ngược chiều lắng được tính như sau:  Chiều dài khối vách nghiêng v.h Lb = , m K.U0 61 Đồ án tốt nghiệp Trong đó: v là vận tốc dòng chảy giữa hai lớp vách nghiêng, v = 3 – 10 mm/s. Chọn v = 3 mm/s. b h là chiều cao lớp lắng, h = , m. Chọn α = 450. cosα b là khoảng cách giữa hai tấm vách nghiêng, b = 0,025 – 0,15 m. Chọn b = 0,025 m. K là hệ số sử dụng thể tích, K = 0,5 – 0,8. Chọn K = 0,8. U0 là vận tốc lắng của các hạt cặn, U0 = 0,2 – 0,5 mm/s. Chọn U0 = 0,5 mm/s. b 0,025 v. 3. cosα cos 45 Vậy Lb = = = 0,265 m = 26,5 cm. K.U0 0,8.0,5  Chiều dày khối lớp mỏng Hb = (n – 1)b + nδ, m Trong đó: n là số tấm vách nghiêng. Chọn n = 3. δ là bề dày tấm vách nghiêng, δ = 0,025 m. Vậy Hb = (3 – 1)0,025 + 3.0,025 = 0,125m = 12,5cm. 3.1.5 Mô tả mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm được thực hiện giống như một quy trình xử lý nước và thiết kế theo công nghệ hợp khối, chất liệu bằng mica 4 mm ( riêng mặt đáy là 6 mm), có kích thước 50 x 80 x 55 cm. Mô hình được chạy với 4 thời gian lưu khác nhau: 24h, 12h, 8h, 6h. 62 Đồ án tốt nghiệp Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm Hình 3.4 Mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm 63 Đồ án tốt nghiệp 3.2 Vận hành mô hình 3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị  Các bước chuẩn bị: - Xây dựng mô hình xử lý với các thông số trên. - Đặt hệ thống sục khí cho các bể điều hòa, anoxic, MBBR bằng đá bọt. - Vật liệu được chuẩn bị với khối lượng đầy đủ theo yêu cầu cho giá thể vào bể lọc sinh học hiếu khí. Việc chuẩn bị tốt vật liệu góp phần quan trọng cho kết quả xử lý sinh học. - Nước thải được lấy từ hệ thống ống xả tại cụm dân cư mới Thị Trấn Thủ Thừa, Huyện Thủ Thừa, Tỉnh Long An. - Bùn được lấy từ bể SBR của nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình.  Chuẩn bị nước thải : Tiến hành kiểm tra thành phần của nước thải đem về, kết quả thu được như sau: Bảng 3.1 Thông số đầu vào STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 pH - 6.8 2 COD mg/l 298 3 SS mg/l 276 4 N tổng mg/l 73  Chuẩn bị bùn: Bùn hoạt tính dùng cho việc xử lý được lấy từ nhà máy xử lý nước thải tập trung Khu công nghiệp Tân Bình. Bùn được lấy trực tiếp từ bể SBR của nhà máy, sau đó đem về xác định nồng độ bùn: Cb = 7700 (mg/l). Bùn cho vào mô hình với MLSS khoảng 2000 - 3500 mg/l (chọn 2500 mg/l). Thể tích bể MBBR là V = 57 lít. Muốn hàm lượng bùn trong nước thải là 2500 mg/l thì thể tích bùn cần lấy là: 64 Đồ án tốt nghiệp 푉.퐶 57.2500 Vb = = = 18,51 (l) 퐶푏 7700 3.2.2. Vận hành mô hình thí nghiệm  Giai đoạn chạy thích nghi: Giai đoạn thích nghi được tiến hành ở nồng độ COD đầu vào khoảng 300 mg/l. Giai đoạn thích nghi được thực hiện như sau:  Cho vào mô hình 60 lít nước thải đã được pha loãng có nồng độ COD đầu vào khoảng 300 mg/l cùng với bùn tạo thành hỗn hợp có MLSS khoảng 2500 mg/l.  Chạy mô hình và hàng ngày thường xuyên kiểm tra các thông số COD, SS. Giai đoạn thích nghi kết thúc khi lớp màng vi sinh vật đã hình thành bám trên giá thể và hiệu quả khử tương đối ổn định (COD không tiếp tục giảm).  Giai đoạn xử lý: Sau giai đoạn chạy thích nghi (7 ngày), một lớp màng vi sinh vật được tạo thành trên bề mặt vật liệu lọc. Lần lượt vận hành bể lọc với từng thời gian lưu nước 24h, 12h, 8h. Khi hiệu quả xử lý ở thời gian đó ổn định mới tiến hành thời gian lưu tiếp theo. Ở mỗi thời gian tương ứng ta cũng tiến hành đo SS, COD. Nước thải được đưa vào mô hình liện tục thông qua bơm, với lưu lượng bơm có thể điều chỉnh được và được chảy tràn ra ngoài thông qua van.  Vận hành mô hình: Nước thải từ bể chứa nước thải được đưa vào hệ thống xử lý bằng công nghệ MBBR nhờ bơm định lượng. Sau khi bơm nước thải được dẫn vào bể điều hòa, tại đây có gắn hệ thống sục khí để xáo trộn đều nước thải, tránh sự lắng cặn của các chất bẩn và sinh mùi. Sau đó, nước thải sẽ chảy tràn qua bể thiếu khí, tại bể thiếu khí gắn bộ phận khuấy trộn bằng cánh khuấy, tốc độ cánh khuấy được duy trì 15 vòng/phút để duy trì hàm lượng oxy hòa tan luôn nhỏ hơn 0,5 mg/l đồng thời chúng có khả năng duy trì bùn hoạt tính chuyển động lơ lửng mà tiêu tốn ít năng lượng nhất. Cánh khuấy hoạt động nhờ 65 Đồ án tốt nghiệp motor DC 12V nối với bộ điều khiển tốc độ quay cánh khuấy và bộ nguồn biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều. Sau khi được xử lý trong bể thiếu khí nước thải sẽ chảy tràn vào bể hiếu khí bám dính MBBR. Tại đây có lắp đặt hệ thống phân phối khí và được thổi khí liên tục bằng máy thổi khí, lưu lượng khí được điều chỉnh phù hợp bằng các van điều chỉnh lưu lượng khí nhằm cung cấp oxy và giúp các giá thể chuyển động trong bể hiếu khí. Nước thải sau khi được xử lý bằng bể hiếu khí bám dính MBBR sẽ chảy tràn vào bể lắng vách nghiêng, một phần nước thải từ bể lắng được bơm tuần hoàn về bể thiếu khí với lưu lượng bằng với lưu lượng nước thải đầu vào. Tại bể lắng các bùn hoạt tính sau khi lắng được dẫn vào bể chứa bùn nhờ van xả đáy đặt ở đáy bể lắng, phần nước thải trong được dẫn vào bể chứa nước sau xử lý, bùn hoạt tính được châm trở lại bể thiếu khí để duy trì hàm lượng bùn hoạt tính trong hệ thống xử lý. Nước thải sau khi qua bể lắng sẽ được khử trùng bằng dung dịch Javel 10% trước khi xả ra môi trường. Nước sau xử lý đạt chuẩn quy chuẩn QCVN 14: 2008/ cột B của BTNMT. 66 Đồ án tốt nghiệp Hình 3.5 Sơ đồ các mặt cắt của mô hình 67 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý 4.1.1 Giá thể Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 – 4000 gTSS/m3, tương tự với những giá trị có được trong quá trình bùn hoạt tính với tuổi bùn cao. Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều. Mật độ của giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong bể, với 67% là giá thể đặc trưng. Tuy nhiên mật độ giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Thường được sử dụng giá trị thấp hơn 67%. 4.1.2 Độ xáo trộn Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của bể. Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ chất và oxy đến bề mặt biofilm. Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet đối với việc xử lý cơ chất luôn được ưu tiên. Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trì vận tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình. Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý. 4.1.3 Tải trọng thể tích Vì không thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên bề mặt giá mang, người ta đưa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể. 4.2 Kết quả chạy mô hình MBBR 4.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi Ở giai đoạn thích nghi, đây là giai đoạn khởi động của mô hình, để theo dõi mức độ thích nghi, ổn định của mô hình, sự dao dộng về nồng độ của các chỉ tiêu. 68 Đồ án tốt nghiệp Tiến hành lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu: COD, SS, N (Nitơ tổng) để đánh giá chi tiết hơn. Bảng 4.1 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD ở giai đoạn thích nghi (24h) (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 0,29 290 235 228 18,97 21,38 2 0,29 290 195 187 32,76 35,52 3 0,29 290 157 152 45,86 47,59 4 0,29 290 118 113 59,31 61,03 5 0,29 290 106 101 63,45 65,2 6 0,29 290 99 94 65,86 67,6 7 0,29 290 96 91 66,9 68,62 Nhận xét: Qua kết quả phân tích được ta nhận thấy chỉ tiêu COD giảm sau khi xử lý. Sau thời gian thích nghi (1 tuần) , sau khi xử lý bằng MBBR thì COD giảm từ 235 (mg/l) xuống còn 96 (mg/l) đạt H = 66,9 (%) và COD cũng giảm từ 228 (mg/l) xuống còn 91 (mg/l) đạt H = 68,62 (%) sau bể lắng, điều này là cơ sở cho việc tiến hành cho mô hình MBBR chạy động với thời gian lưu nước là 24h, 12h và 8h. 69 Đồ án tốt nghiệp 350 80 300 70 250 60 50 200 40 COD vào 150 COD ra 30 Hiệu suất 100 20 50 10 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian (ngày) Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở giai đoạn thích nghi Nhận xét: Qua đồ thị, ta thấy COD giảm đều trong 4 ngày đầu (235 mg/l xuống còn 118 mg/l), ngày thứ 5 trở đi COD giảm nhẹ và tương đối ổn định (106 mg/l xuống 96 mg/l), biểu thị lớp màng vi sinh đã ổn định để tiến hành chạy với thời gia lưu lâu hơn. 350 80 300 70 250 60 50 200 40 COD đầu 150 vào 30 COD đầu 100 20 ra 50 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 10 0 0 Thời gian (ngày) 1 2 3 4 5 6 7 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở giai đoạn thích nghi 70 Đồ án tốt nghiệp Nhận xét: Đồ thị thể hiện rõ hiệu quả khử COD chỉ với giai đoạn thích nghi khi COD có xu hướng giảm dần (228  91 mg/l) với hiệu suất đầu ra đạt 68,62%. Vậy Hmax = 68,62%. 4.2.2 Giai đoạn chạy động Bảng 4.2 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 24h (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 0,29 290 274 269 5,5 7,24 2 0,29 290 205 208 29,31 28,28 3 0,29 290 50 47 82,76 83,79 4 0,29 290 48 45 83,45 84,48 5 0,29 290 47 44 83,79 84,83 Nhận xét: Với khả năng chạy thích nghi tốt từ thí nghiệm trên đã giúp cho việc tiến hành chạy động ở thời gian lưu 24h hoạt động khá tốt khi COD sau MBBR giảm từ 274 (mg/l) còn 47 (mg/l) đạt H = 83,79 (%) và COD sau bể lắng cũng giảm từ 269 (mg/l) xuống còn 44 (mg/l) đạt H = 84,83 (%). 71 Đồ án tốt nghiệp 350 90 300 80 70 250 60 200 50 COD vào 150 40 COD ra 30 100 Hiệu suất 20 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 50 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 24h Nhận xét: Đồ thị thể hiện COD giảm mạnh ở ngày thứ 2 (205 mg/l còn 50 mg/l) và giảm nhẹ từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 5 (50 mg/l còn 47 mg/l) và ổn định ở ngày thứ 5, đạt H = 83,79%. Với lượng vi sinh bám dính trên giá thể sau quá trình thích nghi thì sự chuyển động của giá thể trong bể được cải tiến rõ rệt, không còn hiện tượng giá thể bị đùn lên trên mặt bể, thay vào đó, tốc độ di chuyển của giá thể trong bể cũng chậm dần. 72 Đồ án tốt nghiệp 350 90 300 80 70 250 60 200 50 COD vào 150 40 COD ra 30 100 Hiệu suất 20 50 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 10 0 0 Thời gian (ngày) 1 2 3 4 5 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 24h Nhận xét: Đồ thị thể hiện khả năng khử COD cho hiệu suất khá cao khi tiến hành chạy động mô hình với thời gian lưu là 24h. Vậy Hmax = 84,83%. Bảng 4.3 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 12h (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 0,15 300 278 274 7,33 8,67 2 0,15 300 230 224 23,33 25,33 3 0,15 300 63 60 79 80 4 0,15 300 61 58 79,67 80,67 5 0,15 300 58 56 80,67 81,33 Nhận xét: Qua kết quả phân tích, ta thấy COD sau MBBR giảm từ 278 (mg/l) còn 58 (mg/l) đạt H = 80,67 (%) và COD sau bể lắng cũng giảm từ 274 (mg/l) xuống 73 Đồ án tốt nghiệp còn 56 (mg/l) đạt H = 81,33(%). Điều này cho thấy, với thời gian lưu 12h (81,33%) ngắn hơn thì hiệu quả xử lý thấp hơn so với 24h (84,83%). 350 90 300 80 70 250 60 200 50 COD vào 150 40 COD ra 30 100 Hiệu suất 20 50 Hàm Hàm COD lượng (mg/l) 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 12h Nhận xét: Đồ thị thể hiện COD giảm nhưng hiệu suất xử lý thấp hơn so với thời gian lưu 24h. Điều đó chứng tỏ màng vi sinh bám dính có tính chịu tải tốt, ít bị sốc tải khi tải lượng tăng đột ngột. 74 Đồ án tốt nghiệp 350 90 300 80 70 250 60 200 50 COD đầu vào 150 40 COD đầu ra 30 Hiệu suất 100 20 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 50 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 12h Nhận xét: Đồ thị thể hiện khả năng khử COD cho hiệu suất khá cao khi tiến hành chạy động mô hình với thời gian lưu là 12h (81,33%) nhưng thấp hơn so với thời gian lưu 24h (84,83%). Vậy Hmax = 81,33 %. Bảng 4.4 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy động ở thời gian lưu 8h (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 0,097 290 245 237 15,52 18,28 2 0,097 290 103 95 64,48 67,24 3 0,097 290 79 70 72,76 75,86 4 0,097 290 76 68 73,79 76,55 5 0,097 290 71 67 75,52 76,90 75 Đồ án tốt nghiệp Nhận xét: Qua kết quả ta thấy, COD giảm dần theo các ngày, điều đó có nghĩa là khả năng khử COD ở thời gian lưu 8h cũng khá cao. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý COD ở bể MBBR (75,52%) thấp hơn so với bể lắng (76,9%). Và hiệu quả xử lý giảm còn 76,9% so với thời gian lưu 24h và 12h. 350 80 300 70 250 60 50 200 COD vào 40 150 COD ra 30 Hiệu suất 100 20 50 10 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 8h Nhận xét: Qua đồ thị, ta thấy COD giảm mạnh trong ngày đầu tiên (245 mg/l còn 105 mg/l) và giảm dần tương đối ổn định trong 3 ngày còn lại (79 mg/l  76 mg/l 71 mg/l) đạt H = 75,52% nhưng thấp hơn so với thời gian lưu 24h và 12h. 76 Đồ án tốt nghiệp 350 90 300 80 70 250 60 200 50 COD vào 150 40 COD ra 30 Hiệu suất 100 20 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 50 10 0 0 Thời gian (ngày) 1 2 3 4 5 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 8h Nhận xét: Đồ thị thể hiện COD giảm dần sau nhiều ngày xử lý đã tương đối ổn định đạt H = 76,9 (%). Vậy Hmax = 76,9. Bảng 4.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 24h Hiệu suất Hiệu suất SStrước xử lý SSsau MBBR SSsau lắng Ngày sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) (%) (%) 1 280 239 128 14,64 54,29 2 280 227 105 18,93 62,57 3 280 222 57 20,71 79,64 4 280 214 56 23,57 80 5 280 211 55 24,64 80,36 Nhận xét: Qua kết quả phân tích, ta thấy hàm lượng SS giảm mạnh sau khi qua bể lắng từ 128 (mg/l) xuống còn 55 (mg/l) đạt H = 80,36%. Và quan trọng hơn, từ bảng ta thấy rõ hiệu suất xử lý của bể lắng (80,36%) cao hơn so với bể MBBR (24,64%). 77 Đồ án tốt nghiệp 300 90 80 250 70 200 60 50 SS đầu vào 150 40 SS đầu ra 100 30 Hiệu suất 20 50 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 10 0 0 Thời gian (ngày) 1 2 3 4 5 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 24h Nhận xét: Đồ thị thể hiện 3 ngày đầu hiệu quả xử lý hàm lượng SS giảm mạnh rõ rệt từ 128 (mg/l) xuống còn 57 (mg/l), 2 ngày tiếp đó hàm lượng SS giảm ít và tương đối ổn định. Vậy Hmax = 80,36%. Bảng 4.6 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 12h Hiệu suất Hiệu suất SStrước xử lý SSsau MBBR SSsau lắng Ngày sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) (%) (%) 1 285 242 130 15,09 54,36 2 285 230 108 19,3 62,11 3 285 225 78 21,05 72,63 4 285 217 68 23,86 76,14 5 285 214 66 24,91 76,84 Nhận xét: Qua kết quả ta thấy hiệu suất xử lý SS sau bể lắng (76,84%) cao hơn so với bể MBBR (24,91%). Với thời gian lưu ngắn hơn là 12h cho hiệu quả xử lý khá cao (76,84%) nhưng vẫn thấp hơn so với 24h. 78 Đồ án tốt nghiệp 300 90 80 250 70 200 60 50 SS đầu vào 150 40 SS đầu ra 100 30 Hiệu suất 20 50 hàm hàm lượng COD (mg/l) 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 12h Nhận xét: Đồ thị thể hiện hàm lượng SS giảm dần đều theo các ngày và hiệu suất xử lý khá cao H = 76,84 (%). Vậy Hmax = 76,84%. Bảng 4.7 Kết quả phân tích chỉ tiêu SS chạy động ở thời gian lưu 8h Hiệu suất Hiệu suất SStrước xử lý SSsau MBBR SSsau lắng Ngày sau MBBR sau lắng (mg/1) (mg/1) (mg/1) (%) (%) 1 276 252 129 8,70 53,26 2 276 247 101 10,50 63,40 3 276 239 80 13,40 71,01 4 276 237 71 14,10 74,28 5 276 234 69 15,22 75,00 Nhận xét: Qua kết quả phân tích, ta thấy khả năng xử lý SS của bể lắng cao hơn (khi SS giảm từ 129 (mg/l) xuống còn 69 (mg/l)) so với bể MBBR (khi SS giảm từ 252 79 Đồ án tốt nghiệp (mg/l) xuống còn 234 (mg/l)). Điều đó cho thấy hiệu suất sau lắng (H = 75%) cao hơn so với bể MBBR (H = 15,22%). 300 80 70 250 60 200 50 SS đầu vào 150 40 SS đầu ra 30 100 Hiệu suất 20 50 hàm hàm lượng COD (mg/l) 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử SS ở thời gian lưu 8h Nhận xét: Đồ thị thể hiện hàm lượng SS giảm dần đều theo các ngày và ngày thứ 4 và thứ 5 tương đối ổn định. Hiệu suất xử lý SS tăng dần đều và đạt H = 75 (%) sau bể lắng với thời gian lưu 8h thấp hơn so với thời gian lưu 24h (H = 80,36%) và 12h (H = 76,84%). Vậy Hmax = 75%. 80 Đồ án tốt nghiệp 4.2.3 Giai đoạn chạy tĩnh Bảng 4.8 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 24h (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất MLSS CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/l) (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 0,31 310 273 233 11,94 24,84 3743 2 0,31 310 198 176 36,13 43,23 3509 3 0,31 310 85 60 72,58 80,65 3167 4 0,31 310 83 57 73,23 81,62 2980 Nhận xét: Với khả năng chạy thích nghi tốt từ thí nghiệm trên đã giúp cho việc tiến hành chạy tĩnh ở thời gian lưu 24h hoạt động khá tốt khi COD sau MBBR giảm từ 273 (mg/l) còn 83 (mg/l) đạt H = 73,23 (%) và COD sau bể lắng cũng giảm từ 233 (mg/l) xuống còn 57 (mg/l) đạt H = 81,62 (%). Hiệu suất (%) 350 80 300 70 60 250 50 COD vào 200 40 COD ra 150 30 Hiệu suất 100 20 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 50 10 0 0 1 2 3 4 Thời gian (ngày) Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 24h 81 Đồ án tốt nghiệp Hiệu suất (%) 350 90 80 300 70 250 60 COD vào 200 50 COD ra 150 40 Hiệu suất 30 100 20 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 50 10 0 0 1 2 3 4 Thời gian (ngày) Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 24h Nhận xét: Đồ thị thể hiện khả năng khử COD cho hiệu suất khá cao khi tiến hành chạy tĩnh mô hình với thời gian lưu là 24h. Vậy Hmax = 81,62 %. Bảng 4.9 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 12h (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất MLSS CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/l) (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 0,61 305 280 240 8,19 21,31 2816 2 0,61 305 207 182 32,13 40,33 2779 3 0,61 305 95 65 68,85 78,69 2638 4 0,61 305 92 63 69,84 79,67 2444 Nhận xét: Qua kết quả phân tích, ta thấy COD sau MBBR giảm từ 253 (mg/l) còn 92 (mg/l) đạt H = 69,84 (%) và COD sau bể lắng cũng giảm từ 230 (mg/l) xuống còn 62 (mg/l) đạt H = 79,67 (%). Điều này cho thấy, với thời gian lưu 12h (79,67 %) ngắn hơn thì hiệu quả xử lý thấp hơn so với 24h (81,62 %). 82 Đồ án tốt nghiệp Hiệu suất (%) 350 80 300 70 60 250 50 200 COD vào 40 COD ra 150 30 Hiệu suất 100 20 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 50 10 0 0 1 2 3 4 Thời gian (ngày) Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 12h Hiệu suất (%) 350 90 80 300 70 250 60 200 50 COD vào COD ra 150 40 30 Hiệu suất 100 20 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 50 10 0 0 1 2 3 4 Thời gian (ngày) Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 12h Nhận xét: Đồ thị thể hiện khả năng khử COD cho hiệu suất khá cao khi tiến hành chạy tĩnh mô hình với thời gian lưu là 12h (79,67 %) nhưng thấp hơn so với thời gian lưu 24h (81,62 %). 83 Đồ án tốt nghiệp Bảng 4.10 Kết quả phân tích chỉ tiêu COD chạy tĩnh ở thời gian lưu 6h (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định) Tải trọng Hiệu suất Hiệu suất MLSS CODtrước xử lý CODsau MBBR CODsau lắng Ngày (kgCOD/ sau MBBR sau lắng (mg/l) (mg/1) (mg/1) (mg/1) m3.ngđ) (%) (%) 1 1,22 305 285 253 6,56 17,05 2240 2 1,22 305 216 191 29,18 37,38 1940 3 1,22 305 98 81 67,87 73,44 1770 4 1,22 305 95 71 68,85 76,72 1701 5 1,22 305 93 69 69,51 77,38 1378 Nhận xét: Qua kết quả ta thấy, COD giảm dần theo các ngày, điều đó có nghĩa là khả năng khử COD ở thời gian lưu 6h cũng khá cao. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý COD ở bể MBBR (69,51 %) thấp hơn so với bể lắng (77,38 %). Và hiệu quả xử lý giảm còn 77,38 % so với thời gian lưu 24h và 12h. Hiệu suất (%) 350 80 300 70 60 250 50 200 COD vào 40 150 COD ra 30 Hiệu suất 100 20 50 10 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.16 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau MBBR ở thời gian lưu 6h 84 Đồ án tốt nghiệp Hiệu suất (%) 350 90 80 300 70 250 60 200 50 COD vào COD ra 150 40 30 Hiệu suất 100 20 50 Hàm Hàm lượng COD (mg/l) 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sau lắng ở thời gian lưu 6h Nhận xét: Đồ thị thể hiện COD giảm dần sau nhiều ngày xử lý đã tương đối ổn định đạt H = 77,38 (%). Vậy Hmax = 77,38 (%). Kết luận: Căn cứ vào kết quả thí nghiệm ta thấy rằng việc lựa chọn thời gian lưu nước đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải để đạt kết quả như mong muốn. Nếu thời gian lưu nước trong bể được lựa chọn tại thời điểm vi khuẩn đạt được trạng thái ổn định trong chu kỳ phát triển thì ta không những đạt được hiệu quả xử lý như mong muốn mà còn giảm được nhu cầu cung cấp khí và tiết kiệm được chi phí vận hành. Từ kết quả thí nghiệm thu được ta thấy rằng thời gian lưu nước thích hợp cho quá trình xử lý nước thải là 6h – 12h. Hiệu quả xử lý tối ưu nhất của mô hình ở thời gian lưu 6h đạt hiệu quả xử lý COD là 77,38%. 85 Đồ án tốt nghiệp 4.2.4 Xác định các hệ số động học Các hệ số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm hằng số bán vận tốc Ks, tốc độ sử dụng cơ chất tối đa K, tốc độ sinh trưởng vùng tối đa 휇m, hệ số sản lượng tối đa Y và hệ số phân huỷ nội bào Kd. Các thông số này được xác định theo 2 phương trình sau: 푋.휃 퐾 1 1 = 푠 * + 푆표− 푆 퐾 푆 퐾 1 푌(푆표− 푆) = −퐾 휃푐 (푋.휃) 푑 Trong đó: X: Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, (mg/l) θ: Thời gian lưu nước, (ngày) θb: Thời gian lưu bùn, (ngày) So: Hàm lượng COD ban đầu (mg/l) S: Hàm lượng COD ở thời gian lưu nước 휃 (mg/l) Dựa vào số liệu thí nghiệm bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xác định mối quan hệ bậc nhất (y = ax + b) giữa các thông số động học trên qua việc tìm hệ số a và b của đường thẳng y = ax + b. Lập bảng chọn lực như sau: Cột S: - Lấy từ lúc bắt đầu chạy với t = 1 ngày đến khi COD bắt đầu giảm (chạy động). - Lấy tiếp giá trị khi chạy với t = 0,5 ngày ở COD max (chạy động). - Lấy tiếp giá trị khi chạy tĩnh (tăng tải trọng) với t = 24h, t = 12h, t = 6h. Ta được bảng sau: ퟏ 푿. 휽 (푺ퟎ − 푺) ퟏ S0 S 휽 = 휽풃 X 푺 (푺ퟎ − 푺) 푿. 휽 휽풃 86 Đồ án tốt nghiệp 290 44 1 3167 0,0227 12,874 0,078 1 300 56 0,5 2980 0,0179 6,107 0,164 2 290 67 0,33 2638 0,0149 3,904 0,256 3 305 63 0,5 1701 0,0159 3,514 0,285 2 305 65 0,25 1378 0,0154 1,435 0,697 4 Từ số liệu trên ta có thể vẽ được 2 đường thẳng hồi quy tuyến tính để xác định các thông số động học như sau: 0,8 y = 0.1885x - 0.1563 0,7 R² = 0.8119 0,6 0,5 0,4 S)/(0.X) - Series1 0,3 (So (So 0,2 0,1 0 0 1 2 3 4 5 1/0b Hình 4.18 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số Y và Kd 퐾 = − 푏 = 0,1563 Ta có phương trình: y = 0,1885x – 0,1563 => { 푑 푌 = 푎 = 0,1885 87 Đồ án tốt nghiệp 14 y = 1334.7x - 17.603 12 R² = 0.9357 10 S) - 8 6 Series1 (X.0)/(So (X.0)/(So 4 2 0 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 1/S Hình 4.19 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số K và Ks 1 1 − 푏 = => 퐾 = − = 0,0568 퐾 푏 Ta có phương trình: y = 1334,7x – 17,603 => { 퐾 푠 = 푎 => 퐾 = 푎. 퐾 = 75,811 퐾 푠 4.2.5 Hiệu quả xử lý Nitơ Bảng 4.11 Hiệu suất xử lý nitơ Thời gian Nitơ vào Nitơ ra Hiệu suất (h) (mg/l) (mg/l) (%) 24h 73 28 61,64 12h 73 32 56,16 8h 73 34 53,42 88 Đồ án tốt nghiệp Hiệu suất (%) 80 64 70 62 60 60 50 58 Nitơ vào 40 56 Nitơ ra 30 54 Hiệu suất 20 52 Hàm Hàm lượng Nitơ (mg/l) 10 50 0 48 24 12 8 Thời gian lưu (giờ) Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý Nitơ Nhận xét: Nitơ có giảm sau khi tiến hành chạy xử lý. Tuy nhiên, hiệu suất đạt không cao H = 53,42% (8h), 56,16% (12h) và 61,64% (24h). 89 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Nước thải sinh hoạt được nghiên cứu trong suốt quá trình thí nghiệm với những tính chất COD > 80 mg/l, SS >100 mg/l, N tổng > 35 mg/l. Nồng độ ô nhiễm này vượt quá tiêu chuẩn cho phép xả thải theo QCVN 14: 2008/ BTNMT. Quá trình chạy mô hình MBBR để xử lý nước thải hiệu suất xử lý cao và tương đối ổn định. Có thể kết luận như sau: - Trên mô hình MBBR ở quy mô phòng thí nghiệm với giá thể K3, các số liệu thực nghiệm thu là: trong 6 tải trọng đã tiến hành là 0,097 - 0,15 - 0,29 - 0,31 – 0,61 – 1,22 kgCOD/m3 thì tải trọng 1,22 là tải trọng tối ưu.  Hàm lượng COD đầu vào là 305 mg/l (BOD = 183 mg/l, với tỉ lệ BOD/COD = 0,6) đến ngày thứ tư thì bắt đầu ổn định. COD ngày thứ tư và thứ năm lần lượt là 71 mg/l (BOD = 42,6 mg/l, với tỉ lệ BOD/COD = 0,6) hiệu quả xử lý đạt 76,72% và 69 mg/l (BOD = 41,4 mg/l, với tỉ lệ BOD/COD = 0,6) đạt H = 77,38%. BOD trong ngày thứ tư và thứ năm nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 14:2008 cột B/BTNMT và hiệu suất ngày thứ năm cao hơn không nhiều so với ngày thứ tư cho nên ta có thể dừng ở ngày thứ tư.  Hàm lượng SS đầu vào là 276 mg/l và bắt đầu ổn định ở ngày thứ 4 giảm còn 74 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 74,28%. Sang đến ngay thứ 5 hàm lượng SS đã ổn định giảm còn 69 mg/l đạt H = 75% nên ta có thể dừng ở ngày thứ 4.  Hàm lượng N đầu ra đạt 34 mg/l, so với quy chuẩn QCVN 14 : 2008/BTNMT cột B thì hàm lượng N nằm trong giá trị cho phép. - Qua các lần phân tích cho thấy công nghệ MBBR vận hành đơn giản, chi phí không cao, dễ thực hiện, hiệu quả xử lý cao. Có thể áp dụng rộng rãi. - Thời gian lưu tối ưu là 6h.  Ưu điểm của mô hình:  Dễ xây dựng bằng gia công cơ khí hoặt làm mô hình bằng composite. 90 Đồ án tốt nghiệp  Phù hợp với điều kiện của Việt Nam nói chung và ĐBSCL nói riêng.  Thi công, vận hành đơn giản.  Mô hình MBBR với giá thể di động có hiệu quả xử lý cao.  Chi phí đầu tư thấp. 5.2 Kiến nghị Do tính chất của một nghiên cứu khoa học nên thời gian thực hiện còn hạn chế, chưa được nghiên cứu toàn diện, em xin nêu một số kiến nghị như sau:  Thời gian nghiên cứu rộng hơn để có thể tiến hành chạy nhiều tải trọng hơn, xác định hiệu quả tốt nhất, so sánh với các nghiên cứu đã ứng dụng để làm nổi bật sự tiện lợi mà mô hình này mang lại.  Khóa luận chỉ thực hiện với một loại giá thể nên chưa thể đưa ra so sánh và lựa chọn loại vật liệu nào là hiệu quả và thích hợp nhất. Cần nghiên cứu với những loại vật liệu khác nhau.  Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu tạo và kích thước hạt các loại giá thể đến hiệu quả xử lý. - Nghiên cứu kết hợp công nghệ MBBR với công nghệ màng sinh học để đạt hiệu quả ổn định đầu ra. - Nghiên cứu chu kỷ thay màng của các loại nước thải đặc trưng và ảnh hưởng chu kỳ thay màng đối với bùn lắng.  Tăng cường công tác giáo dục và nâng cao ý thức cho người dân, cộng đồng và xã hội về bảo vệ môi trường.  Cần phải có quy hoạch tổng thể gắn kết việc phát triển kinh tế đi đôi với việc bảo vệ môi trường nhằm mục đích phát triển bền vững. 91 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước (2008).QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về nước thải sinh hoạt, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội. [2] Lâm Vĩnh Sơn (2013), Kỹ thuật xử lý nước thải [Bài giảng], ĐH Công Nghệ TP. HCM. [3] Nguyễn Văn Phước, Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản xây dựng. [4] Phạm Lê Hoàng Duy (2012), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp giá thể sinh học di động (MBBR), Luận văn Thạc sĩ Công nghệ môi trường, Đại học Bách Khoa Tp.HCM. [5] Trịnh Xuân Lai (2004), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Nhà Xuất Bản Xây Dựng, Hà Nội, 62 – 83. 92 Đồ án tốt nghiệp PHỤ LỤC Hình 1: Một số hình ảnh trong quá trình làm mô hình 93 Đồ án tốt nghiệp Hình 2: Nước thải trong ngăn lắng Hình 3: Mẫu nước thải trước và sau khi xử lý bằng mô hình MBBR Hình 4: Giá thể sinh học Hình 5: Bùn hoạt tính 94