Giáo trình Xử lý nước thải

Chia sẻ: Nguyen Nghiem | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:322

0
1.314
lượt xem
636
download

Giáo trình Xử lý nước thải

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Xử lý nước thải có bố cục gồm 13 chương. Nội dung tài liệu trình bày các vấn đề: Nguồn gốc và thành phần của nước thải, xử lý sơ bộ nước thải, lắng, keo tụ và tuyển nổi, các loại bể phản ứng và động học phản ứng sinh học trong xử lý nước thải, xử lý nước thải bằng quá trình bùn hoạt tính, quá trình sinh trưởng bám dính, xử lý nước thải bằng quá trình kỵ khí, xử lý nước thải bằng hồ sinh học, khử nitơ và phốt pho trong nước thải, bùn sinh học và ổn định bùn, xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ, xử lý nước thải bằng phương pháp trích ly và oxy hóa bậc cao, khử trùng nước thải sau khi xử lý.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Xử lý nước thải

  1. GIÁO TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1
  2. Chương 1 NGUỒN GỐC VÀ THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC THẢI 3 Chương 2 XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC THẢI 18 Chương 3 LẮNG, KEO TỤ VÀ TUYỂN NỔI 46 Chương 4 CÁC LOẠI BỂ PHẢN ỨNG VÀ ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 100 Chương 5 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 133 ChƯƠNG 6 QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG BÁM DÍNH 173 Chương 7 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH KỴ KHÍ 195 Chương 8 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ SINH HỌC 221 Chương 9 KHỬ NITƠ VÀ PHỐT PHO TRONG NƯỚC THẢI 229 Chương 10 BÙN SINH HỌC VÀ ỔN ĐỊNH BÙN 243 Chương 11 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PH ƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 256 Chương 12 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PH ƯƠNG PHÁP TRÍCH LY VÀ OXY HÓA BẬC CAO 271 Chương 13 KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI SAU KHI XỬ LÝ 288 TÀI LIỆU THAM KHẢO 312 PHỤ LỤC 317 2
  3. Chương 1 NGUỒN GỐC VÀ THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC THẢI 1. 1. NGU ỒN GỐC NƯ ỚC THẢI Nước thải có nguồn gốc từ các nguồn nước sử dụng trong công nghiệp và sinh ho ạt. Nước mưa và nước thấm cũng là một nguồn nước thải khá lớn. Bản thân nước mưa là nước sạch nhưng khi rơi xuống mặt đất sẽ bị pha trộn và nhiễm bẩn. 1. 1. 1. N ước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt bao gồm n ước thải đen và nước thải xám. Nước thải từ toilet được gọi là nước thải đen. Nước thải đen ch ứa hàm lượng cao chất rắn và một lượng đáng kể thức ăn cho vi khu ẩn (nitơ và phốt pho). Nư ớc th ải đen có thể được tách thành hai phần: phân và nước tiểu. Mỗi một người, hàng năm có thể thải ra trung b ình 4 kg N và 0,4 kg P trong nước tiểu và 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân. Nước thải xám bao gồm n ước giặt rũ quần áo, tắm rửa và nước sử dụng trong nh à bếp. Nước từ trong nh à bếp có thể chứa lượng lớn ch ất rắn và dầu mỡ . Cả hai loại nước thải đen và th ải xám có thể chứa mầm bệnh của ngư ời đặc biệt là nước thải đen. 1. 1. 2. N ước thải công nghiệp Rất khó phân loại nước thải từ tất cả các ngành công nghiệp. Mỗi một ngành công nghiệp có nước thải đặc chưng của ngành đó. Ví dụ , nư ớc thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm chứa các chất hữu cơ mang màu và m ột số hóa chất độc hại khó phân hủy. Nước thải của các cơ sở xi m ạ chứa h àm lượng kim loại nặng cao và có pH thấp. Nước thải chế biến thực phẩm chủ yếu là chứa các hợp chất hữu cơ d ễ phân hủy bằng vi sinh. 1. 2. TÍNH CHẤT CỦA N ƯỚC THẢI 1. 2. 1. Tính chất vật lý của nước thải Tính chất vật lý của nước thải bao gồm nhiệt độ, m àu sắc, mùi vị và chất rắn. 1. Nhiệt độ Nhiệt độ của n ước thải thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào mùa trong năm. Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ lắng, mức độ oxy hòa tan và hoạt động của vi sinh vật. Nhiệt độ của nước thải là một yếu tố hết sức quan trọng đối với một số bộ phận của nhà máy xử lý n ước thải như b ể lắng và b ể lọc. 3
  4. 2. Màu sắc Nước thải chứa oxy hòa tan (DO) thường có màu xám. Nước thải có màu đen thường có mùi hôi thối chứa lượng o xy hòa tan rất ít hoặc không có. 3. Chất rắn Chất rắn bao gồm các chất lơ lửng hoặc các chất hòa tan trong nư ớc và nước thải. Ch ất rắn được chia thành các phần khác nhau, nồng độ của chúng cho biết chất lượng của nước thải và là tham số quan trọng để kiểm soát các quá trình xử lý. Thành phần ch ất rắn trong nước thải bao gồm: - Tổng chất rắn, (TS), b ao gồm tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và tổng chất rắn hòa tan (TDS). Mỗi một phần của chất rắn lơ lửng và ch ất rắn hòa tan có thể chia thành phần bay hơi ho ặc phần cố định. Tổng chất rắn là các ch ất còn lại trong cốc sau khi b ay hơi mẫu nước thải trong một giờ hoặc qua đêm trong lò nung ở nhiệt độ từ 1 030C đến 105 0C. TS được xác định bằng công thức: (A-B) 1000 (1.1) mg TS/l = Thể tích mẫu, ml A - trọng lư ợng của cặn khô + trong lượng của cốc, mg B - trọng lư ợng của cốc, mg 1000 – hệ số chuyển đổi 1000 ml/l - Tổng chất rắn lơ lửng, (TSS), được quy cho cặn không có khả năng lọc. TSS là một tham số quan trọng đối với nước thải và là một trong những tiêu chu ẩn trong xử lý nước. Tiêu chu ẩn TSS đối với nước thải sau khi xử lý sơ cấp và thứ cấp thư ờng bằng 30 và 12 mg/l. TSS được xác định bằng cách lọc mẫu đ ã được trộn đều qua giấy lọc có kích thước lỗ bằng 0,2 m. Cặn giữ lại trên giấy lọc được nung trong lò nung trong thời gian ít nhất là 1 giờ ở nhiệt độ từ 103 0C đến 1050C cho đ ến khi khối lượng không đổi. TSS đ ược xác định bằng công thức: (C – D)  1000 (1.2) mg TSS = Thể tích mẫu, ml C - trọng lượng của giấy lọc và cốc nung + cặn khô, mg D – trọng lượng của giấy lọc và cốc nung, mg - Tổng chất rắn hòa tan , (TDS), chất rắn hòa tan được gọi là cặn không có khả năng lọc. Tổng chất rắn hòa tan trong nước thải thô nằm trong khoảng từ 250 – 850 mg/l. 4
  5. TDS được xác định như sau: m ẫu sau khi đ ược trộn đều, lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh có kích thước lỗ bằng 2,0 m. Dịch lọc đư ợc bay hơi trong thời gian ít nhất là 1 giờ trong lò nung ở nhiệt độ 180  20C. Trọng lượng tăng lên của cốc nung là trọng lượng của TDS được xác định bằng công thức: (E – F)  1000 mg/TDS/l = Thể tích mẫu, ml (1.3) E - trọng lư ợng cặn khô + cốc nung, mg F - trọng lư ợng cốc, mg - Chất rắn bay hơi và chất rắn cố định – cặn từ TS, TSS hoặc TDS được nung ở 550 0C. Trọng lượng bị mất sau khi nung là chất rắn bay hơi. Ngược lại, ch ất rắn còn lại là chất rắn cố định. Phần chất rắn bay h ơi và ch ất rắn cố định được xác đ ịnh bằng công thức: (G - H)  1000 mg chất rắn bay hơi/l = (1.4) Th ể tích mẫu, ml (H - I )  1000 (1.5) mg chất rắn cố định /l = Thể tích mẫu, ml G – trọng lượng của cặn + trọng lượng cốc trước khi nung, mg H – trọng lượng cặn + cốc nung hoặc phin lọc sau khi nung, mg I – trọng lượng cốc hoặc phin lọc, mg Xác định phần bay h ơi của chất rắn để kiểm soát hoạt động của nhà máy xử lý nước thải, bởi vì nó cho biết kết quả thô của lượng chất hữu cơ trong phần chất rắn của nước thải. Kết quả xác định chất rắn bay hơi và chất rắn cố định không phân biệt độ chính xác giữa chất hữu cơ và vô cơ, bởi vì lượng mất khi nung không xác nhận chỉ có hợp chất hữu cơ mà còn một số hợp chất muối vô cơ cũng bị phân hủy. Xác định các chất hữu cơ có thể đư ợc tiến hành bằng kiểm tra nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD) và tổng cacbon hữu cơ (TOC). - Chất rắn có khả năng lắng - các vật liệu lơ lửng có khả năng lắng trong một thời gian xác định. Ch ất rắn lắng đ ược biểu diễn theo đơn vị ml/l hoặc mg/l. Phương pháp thể tích để xác định chất rắn có khả năng lắng như sau: 5
  6. Cho nước thải vào ống đong hình trụ có các vạch chia thể tích. Sau khi hỗn hợp được trộn đều, để im trong thời gian 45 phút. Dùng đũa thủy tinh đầu bọc cao su đảo nhẹ quanh th ành ống. Sau đó, để im th êm 15 phút nữa. Ghi thể tích chất rắn lắng theo ml/l. Một thí nghiệm khác để xác định chất rắn có khả năng lắng là phương pháp trọng lượng. Đầu tiên , xác đ ịnh tổng chất rắn lơ lửng như đ ã giới thiệu ở trên. Sau đó, xác định chất rắn lơ lửng không có khả năng lắng từ dung dịch của cùng một mẫu đã được để lắng trong thời gian 1 giờ. Tiếp theo , xác đ ịnh TSS (mg/l) của dịch lỏng. Kết quả thu được là tổng chất rắn không có khả năng lắng. Chất rắn có khả năng lắng được xác định theo công thức: [mg chất rắn có khả năng lắng /l ] = [mg TSS/l) - (mg chất rắn không có khả năng lắng/l) (1.6) 1. 2. 2. Thành phần hóa học của nước thải Chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan trong nước thải chứa các chất hữu cơ và vô cơ. Chất hữu cơ có thể là h ydrat cacbon, mỡ, dầu, chất béo, chất hoạt động bề mặt, protein, thuốc trừ sâu, các hợp chất hữu cơ bay hơi, các ch ất hóa học độc hại, v.v. Các ch ất vô cơ bao gồm kim loại nặng, chất dinh dưỡng (N, P), pH, độ kiềm, clo, sulfua... Các ch ất khí như CO2, N2, O2, H2S và CH4 cũng có thể có mặt trong n ước thải. Nồng độ nitơ trong nước thải sinh hoạt thô (nước thải chưa xử lý) từ 25 – 85 mg/l đối với tổng nitơ (bao gồm N-nitrat, N-amoni, N-nitrit và N- hữu cơ); 12 – 50 mg/l là N – NH4+; 8 – 35 mg/l là N – hữu cơ. Nồng độ nitơ hữu cơ được xác định bằng tổng nitơ kieldahl (TKN). Tổng nồng độ phốt pho trong nước thải thô nằm trong khoảng từ 2 – 20 mg/l, trong đó bao gồm từ 1 – 5 mg/l là ph ốt pho hữu cơ và từ 1 -15 mg/l là phốt pho vô cơ. Phốt pho và nitơ trong nước thải là những chất dinh dưỡng cho sự phát triển và tái tạo của vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải và trong nước tự nhiên. Nồng độ chất hữu cơ của nước thải thường được đo bằng nhu cầu oxy sinh hóa trong thời gian 5 ngày (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và tổng cacbon hữu cơ (TOC). Đo BOD5 là đo lượng oxy đòi hỏi để oxy hóa chất hữu cơ trong mẫu trong thời gian 5 ngày ổn định sinh học ở 200C. Giai đoạn n ày là giai đo ạn oxy hóa cacbon BOD (CBOD). Xử lý nước thải bậc hai đ ược thiết kế đặc biệt để khử CBOD. Tỷ lệ của C, N và P trong nước thải là một tham số hết sức quan trọng đối với quá trình xử lý sinh học. Tỷ lệ chung chấp nhận được trong nước thải BOD/N/P để xử lý sinh học là 100/5/1 tương ứng, nghĩa là 100 mg/l BOD, 5 mg/l N và 1 mg/l P. Nhu cầu oxy hóa học (COD) là đo lượng tương đương oxy với hàm lượng chất hữu cơ trong mẫu bị oxy h óa bởi chất oxy hóa mạnh như là K2CrO4. Đo COD thuận tiện cho việc kiểm soát quá trình xử lý nước thải vì thời gian xác định nhanh h ơn BOD5. Giá trị COD thư ờng cao hơn BOD5. Tỷ lệ điển hình giữa COD và BOD5 trong nước thải thô thường là 0,5 : 1 và có thể giảm xuống 0,1 : 1 đối với nước thải sau khi xử lý bậc hai. Vùng COD tiêu chu ẩn đối với nước thải thô từ 200 – 600 mg/l. 6
  7. 1. 2. 3. Đặc tính sinh học của nước thải Các nhóm vi sinh vật chủ yếu tìm thấy trong nước thải là các vi khuẩn, nấm, protozoa, vi thực vật, động vật và virus. Hầu hết các vi sinh vật (vi khuẩn và protozoa) có lợi trong xử lý nước thải. Tuy nhiên, một số vi khuẩn gây bệnh, nấm, protozoa và virus tìm th ấy trong n ước thải cũng đư ợc quan tâm đặc biệt do tính độc hại của chúng. Vi khuẩn chỉ thị : các vi sinh vật gây bệnh thư ờng được đào thải bởi con ngư ời từ hệ thống tiêu hóa. Nguồn bệnh lan truyền trong nư ớc thường là b ệnh tiêu chảy, thương hàn, sốt thương hàn, lỵ, v.v. Nói chung, nồng độ vi khuẩn gây bệnh trong nước thải có nồng độ rất thấp và rất khó nhận b iết. Hiện nay, một số loại vi khuẩn như tổng coliforms (TC), coliform của phân (FC) và khu ẩn nhiễm trùng phân (FC) được sử dụng làm vi sinh vật chỉ thị cho nguồn nước và nước thải bị ô nhiễm nguồn bệnh. 1. 3. TÁC Đ ỘNG CỦA NƯỚC THẢI CHƯA ĐƯỢC XỬ LÝ Các chất bẩn trong nước thải là tác nhân tác động trực tiếp đối với môi trường và sức khỏe con người. Đó là chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân hủy sinh học, vi khuẩn gây bệnh, hợp chất hữu cơ khó phân hủy, chất d inh dưỡng (N, P), kim loại nặng và các chất vô cơ hòa tan. Bảng 1.1. đưa ra sự tác động điển h ình của các chất ô nhiễm trong nước thải đối với môi trường và con người. Chất rắn trong nư ớc thải sinh hoạt có thể lắng đọng th ành cặn, làm tắc hệ thống ống thoát nước, lấp đầy kênh rạch và sông ngòi. Dầu mỡ tạo th ành bọt trôi nổi gây mất thẩm mỹ của nguồn nước tự nhiên. Chất dinh dư ỡng N và P gây ra sự phú dư ỡng trong nước. Các hồ và nước sông ch ảy với tốc độ chậm bị ảnh hưởng nhiều hơn so với n ước sông chảy tốc độ nhanh hơn. Trong các hồ và sông có dòng chảy chậm, tảo được nuôi d ưỡng bằng các chất dinh dư ỡng, khi chúng bị phân hủy sẽ lắng xuống mặt đáy như trầm tích. Sau đó, chất dinh dưỡng lại được giải phóng khỏi trầm tích trở lại pha nước. Đây là chu trình sinh sản và chết của tảo trong môi trường nước. Trong giai đoạn đầu, sự sống dưới nước phú dưỡng khá phong phú , tảo phát triển rất mạnh, một lượng lớn tảo bắt đầu chết để cho một chu kỳ sinh sản mới. Sự phân hủy tảo chết làm cho BOD của n ước tăng lên, dẫn đến n ước bị suy giảm lượng oxy. Một số loại tảo tiết ra ch ất độc có thể làm nguy hại đến các loại chim ăn cá và làm gây b ỏng lên da khi tiếp xúc với nước. Nước bị phú dưỡng sẽ nâng giá thành xử lý, đặc biệt trong xử lý nước cho mục đích sinh hoạt. Kim loại nặng và các chất độc hại khác đư ợc sử dụng trong nhà là những nguồn ô nhiễm cho nguồn nước. Kim loại nặng bao gồm Cu, Zn, Cd, Ni, Cr và Pb có nguồn gốc từ những vật liệu chế tạo đư ờng ống cung cấp nước, các chất tẩy rửa, các loại vật liệu sử dụng để lợp mái nhà, hệ thốn g thoát nước, v.v. Khi hàm lư ợng kim loại nặng trong nước thải đủ cao, chúng sẽ đầu độc vi khuẩn, thực vật, động vật và con người. Các nguồn khác của những vật liệu độc hại có trong n ước thải gia đình là thuốc chữa bệnh quá đát, chất diệt côn trùng và diệt cỏ, các dung môi hữu cơ, sơn và các chất hóa học khác. Các chất này có thể ăn mòn đường ống dẫn nước thải và làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ thống của nhà máy xử lý nư ớc thải. Khi có mặt với hàm lượng cao, kim loại nặng trong nước thải sẽ gây bất lợi cho quá trình xử lý. 7
  8. Bảng 1.1. Ảnh hư ởng của nước thải đến môi trường Chất ô nhiễm Nguồn gốc Tác động đến môi trường Ch ất rắn lơ lửng Nước sinh ho ạt, nước thải Gây ra sự lắng đọng bùn và điều công nghiệp, xói mòn bởi kiện kỵ khí trong môi trường (SS) dòng ch ảy. nước. Hợp chất hữu cơ Nước thải sinh hoạt và Gây ra phân h ủy sinh học dẫn đến phân rã sinh học nước thải công nghiệp. sử dụng quá lượng oxy mà nguồn nước có thể tiếp nhận dẫn đến các đ iều kiện không thích hợp. Vi khu ẩn gây bệnh Nước th ải sinh hoạt. Truyền bệnh cho cộng đồng. (Pathogens) Ch ất dinh dưỡng Nước thải sinh hoạt và Có thể gây ra hiện tượng phú nước thải công nghiệp. dưỡng Các ch ất hữu cơ Nước thải công nghiệp. Có thể gây ra m ùi và vị, có thể là khó phân hủy chất độc hoặc chất gây ung thư. Kim loại nặng Nước thải công nghiệp, Độc nước hầm mỏ… Các ch ất vô cơ hòa Nước sử dụng cho sinh Ảnh hưởng đến việc sử dụng lại hoạt và công nghiệp. n guồn nước thải. tan Để ngăn cản sự hủy hoại môi trường, nước thải cần phải được xử lý. Xử lý nước thải là loại bỏ các chất rắn và BOD của nước thải. Trên cơ sở đó, cần phải đưa ra mức độ xử lý nước thải để đạt được nồng độ tới hạn của chất bẩn trước khi thải ra môi trường. Mức độ xử lý nước thải sẽ phụ thuộc vào các tiêu chuẩn cho phép của từng quốc gia. 1. 4. HỆ THỐNG THU GOM NƯỚC THẢI 1. 4. 1. Mạng lưới thu gom nước thải Trước khi đưa vào hệ thống xử lý, nước thải cần phải đ ược thu gom từ các cơ sở sản xuất (nước thải công nghiệp) hoặc từ các khu vực dân cư (nước thải sinh hoạt). Hệ thống thu gom nước thải được tính toán thiết kế đồng bộ và phù hợp với công suất của nhà máy xử lý. Hình 1.1 d ưới đây đưa ra sơ đồ điển hình hệ thống thu gom nước thải bao gồm hệ thống thu gom nước thải riêng biệt và h ệ thống thu gom nước thải kết hợp với nước mưa pha trộn. 8
  9. 1. 4. 2. Hệ thống thu gom nước thải kết hợp Sử dụng cho cả nư ớc mưa và nước thải. Hệ thống thích hợp với những vùng có mùa mưa kéo dài và những vùng khó lắp đặt hai hệ thống trong đường phố d ày đặc các mạng lưới dịch vụ khác như điện, viễn thông, ống dẫn khí… Hệ thống thu gom kết hợp không thích hợp với những vùng có mùa mưa ngắn và những vùng có đường giao thông còn xấu dẫn đến tích lũy cát trong đường ống. Hệ thống thu gom kết hợp có giá thành thấp hơn 40% so với hệ thống riêng biệt. H ệ thống thu gom nước thải điển hình H ệ thống kết hợp H ệ thống riêng biệt Nước mưa Nước vệ sinh và nước H ệ thống nước vệ mưa sinh Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống thu gom nước thải 1. 4. 3. Thiết kế hệ thống thu gom nước thải Để thiết kế và lắp đặt hệ thống thu gom nước thải cần thiết phải nắm đư ợc những điểm chính sau đây: 1. Xây dựng bản đồ chi tiết của khu vực 2. Nghiên cứu về thổ nhưỡng (các lo ại đất) 3. Nghiên cứu thủy văn (nư ớc ngầm) 4. Các số liệu về thời tiết (mưa) 5. Xây d ựng chi tiết sơ đồ nơi giao nhau của các con đường, các khu vực lắp đặt hệ thống điện, cáp viễn thông… 6. Nghiên cứu khả năng tiêu thụ nước và cung cấp nước sạch. 7. Ghi nhận những vùng phát triển công nghiệp, dịch vụ thương mại, các khu vực dân cư… 9
  10. 8. Chỉ ra những điểm thu nước thải, trạm bơm và nơi lấy n ước thải để xử lý 9. Dự đoán phát triển dân số . 10. Dự đoán các vùng sẽ phát triển . Thiết kế hệ thống dẫn nước là tìm ra các phần chênh lệch của dòng chảy trên cùng một đ ường ống. Tuy nhiên, vẫn có những thay đổi về tính chất dòng ch ảy trong hệ thống ống dẫn cho nên cần phải đư ợc xem xét các điểm sau đây một cách cẩn thận trong thiết kế: 1. Nước cống chứa các chất lơ lửng. Ch ất lơ lửng có khả năng lắng ở đáy của đường ống và làm cho tốc độ dòng chảy chậm lại d ẫn đến làm tắc ống dẫn. Để tránh lắng trong đường ống, cần thiết phải đặt ống dẫn với một độ nghiêng (gradient) để tạo ra tốc độ chảy có khả năng tự làm sạch . 2. Đường ống dẫn nước thải tuân theo nguyên lý trọng lực và được lắp đặt theo một độ nghiêng liên tục tới nơi thải. Ở đó n ước thải được xử lý hoặc chôn lấp. 3. Tốc độ dòng chảy trong cống đủ mạnh sao cho chất lơ lửng trong nước th ải không bị kết lại với nhau để lắng; nghĩa là tốc độ sẽ tạo ra khả năng tự làm sạch trong đường ống. Điều n ày hết sức quan trọng bởi vì, n ếu như một số chất lắng đọng xảy ra mà không bị loại bỏ sẽ làm cản trở dòng chảy, gây ra sự lắng đọng tiếp theo dẫn đến làm tắc đ ường ống. Bề mặt phẳng b ên trong đường ống bị tắc do bị ăn mòn liên tục gây bởi chất rắn lơ lửng trong nước thải. Do vậy, cần thiết phải giới hạn dòng ch ảy cực đại trong đường ống. 1. 4. 4. N hững công trình phụ của hệ thống cống Các công trình phụ của hệ thống cống bao gồm cửa cống, lỗ đ èn chiếu sáng, bể hãm, siphon, trạm bơm...Cửa cống có d ạng hình tròn hoặc hình chữ nhật, liên kết với cống dẫn để đảm bảo cho công nhân bảo h ành có th ể đi vào để quan sát, làm sạch và cọ rửa. Cửa cống còn được xem là hệ thống thông gió với các lỗ ở nắp đậy. Cửa cống, tại đó là nơi nối liền của hai hay nhiều đường cống, đ ường kính ống dẫn, hướng ống dẫn có thể thay đổi hoặc sắp đặt các vị trí ghép nối các đường ống có độ cao khác nhau. 1. 4. 5. Đ ịnh lượng lưu lượng nước thải Để đảm bảo lượng n ước sử dụng trong một khu vực dân cư hay một khu đô th ị, xây dựng hệ thống cấp nước cần phải có những số liệu sau: 1. Tốc độ tiêu thụ nước (số lít nước trong một ngày trên một đầu ngư ời) 2. Số lượng dân sẽ được cung cấp: (Lượng nước) = (Nhu cầu trên đầu người)  (dân số) (1.9) 10
  11. Sẽ rất khó khăn đánh giá một cách chính xác số lư ợng nước có thể đảm bảo nhu cầu cho cộng đồng vì có rất nhiều những tham số thư ờng xuyên thay đổi ảnh hưởng đến sự tiêu thụ nước. Những yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu sử dụng nước trên một đầu người là: 1. Quy mô của thành phố; nhu cầu nước trên một đầu người đối với thành phố . 2. Hiện diện các khu công nghiệp. 3. Điều kiện về thời tiết. 4. Thói quen sử dụng nước và tình trạng về kinh tế. 5. Chất lượng của nước: Nếu nước có chất lượng cao và an toàn, mức độ tiêu thụ sẽ tăng lên vì người ta không tìm các nguồn nước khác để sử dụng (ví dụ như đào giếng và sử dụng nước mưa...). 6. Áp suất trong hệ thống phân phối nước. 7. Giá thành của n ước. Tương ứng với lượng tiêu thụ nước sạch, một lư ợng nước thải thải ra hàng ngày vào hệ thống cống dẫn. Sự thay đổi lưu lượng nư ớc thải tương ứng theo thời gian của ngày, ngày của tuần và mùa của năm (hình 1.2). Định lượng sự biến đổi lưu lượng nước thải hết sức quan trọng để thiết kế và vận h ành nhà máy xử lý nước thải. Bằng cách sử dụng giờ, ngày, tháng sử dụng nư ớc, hệ số cực đại của lưu lượng nước th ải có thể được xác định theo công thức: Lưu lượng cực đại (1.10) H ệ số cực đại (PF) Lưu lượng trung b ình trong m ột thời gian dài = Lưu lượng cực đại (nước sinh hoạt) Lưu lượng 15,00h 21,00h 3,00h 9,00h 3,00h Thời gian Hình 1.2. Sự thay đổi lưu lượng nước thải theo thời gian trong ngày 11
  12. Các tham số lưu lượng cực đại và lưu lượng trung bình th ường được xác định bằng cách so sánh các giá trị lưu lượng cực đại có sẵn từ các nhà máy xử lý khác nhau. Để có những kết quả chính xác về lưu lượng cực đại cần phân tích các số liệu và thời gian ít nh ất là 3 năm. Lượng nước thải khi không có nước m ưa trong mùa khô đư ợc xác định theo đầu người như sau: (Lượng nước thải) = (Nước thải trên đầu người đóng góp mỗi ngày (Dân số ) 1. 4. 6. Thiết kế thời gian sử dụng và dự đoán dân số cho hệ thống thu gom nước thải Cần phải dự đoán chính xác số lượng nước th ải và sự phát triển dân số kèm theo trong tương lai. Nói chung, hệ thống thu gom nước thải phải đảm bảo ho ạt động có hiệu quả từ 5 – 10 năm sau khi xây d ựng. Thiết kế thời gian sử d ụng được thiết lập như sau: - Kéo dài thời gian sử dụng của các thiết bị. - Có khả năng mở rộng - Có thể tiên đo án trước sự tăng trưởng dân số, bao gồm phát triển công nghiệp, phát triển thương m ại, di cư và nhập cư, v.v. - Các nguồn nguyên liệu có sẵn Phương p háp dự đoá n dâ n số: Một số phương p háp đ ã được chấp nhận để dự đo án dân số trong tương lai cho dưới đây: 1. Phương pháp tăng hình học 2. Phương pháp tăng số gia 3. Tỷ lệ giảm của phương pháp tăng trưởng 4. Phương pháp đồ thị đ ơn giản 5. Phương pháp đồ thị so sánh 6. Phương pháp t ỷ lệ 7. Phương pháp đường cong logic Phương pháp gia tăng hình học – dựa trên giả thiết phần trăm tốc độ tăng trưởng là không đổi và tuân theo biểu thức: dP/dt = kP ; lnP = lnP0 + kt. Khi sử dụng phương 12
  13. pháp gia tăng h ình học, ph ải chú ý vì có thể tạo ra một kết quả quá lớn đối với một thành phố phát triển nhanh trong một thời gian ngắn. Phương pháp tăng số gia - tốc độ tăng trưởng được giả thiết là trong quá trình tăng ho ặc giảm phụ thuộc vào độ trung bình tăng số gia trong quá khứ là dương hoặc là âm. Dân số trong thập niên tương lai sẽ tìm được bằng cách bổ sung sự gia tăng số học trung b ình vào số lượng đ ã biết trước đó trong các thập kỷ tiếp theo. Tỷ lệ giảm của phương pháp tăng trưởng - độ giảm trung bình trong phần trăm tăng được tìm thấy, sau đó được trừ phần trăm tăng mới nhất để nhận phần trăm tăng ở thập kỷ tiếp theo. Phương pháp đồ thị đ ơn giản - đồ thị được xây dựng từ các số liệu có sẵn giữa thời gian và số lượng dân số. Đồ thị sau đó được làm trơn và m ở rộng tới năm thích hợp. Phương pháp này cho các kết quả gần đúng và nên sử dụng cùng với các giá trị thu được của các phương pháp khác. Phương pháp đồ thị so sánh - các thành phố có những điều kiện và đặc trưng tương tự như thành phố trong tương lai, có số dân đã được xác định để lựa chọn. Tiếp theo, giả thiết thành phố sẽ phát triển như thành phố được lựa chọn tương tự như thành phố phát triển trong quá khứ. Phương pháp tỷ lệ - d ân số địa phương và dân số của cả nước đối với bốn hoặc năm th ập kỷ đã biết từ các cuộc điều tra dân số. Tỷ lệ của dân số địa phương và dân số quốc gia sau đó được xác lập trong các thập kỷ đ ã đ iều tra. Xây dựng đồ thị giữa thời gian và tỷ lệ rồi ngoại suy đến những năm trong tương lai. Tỷ lệ tìm được sẽ nhân với dân số của cả nước trong tương lai tại năm cuối cùng của thời kỳ thiết kế. 1. 5. MỤC ĐÍCH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. 5. 1. Mục đích xử lý nước thải Mục đích của xử lý nước thải là đ ảm bảo nước sau khi xử lý thải ra môi trường phải an toàn, không làm nguy h ại đến sức khỏe cộng đồng và không làm ô nhiễm các nguồn nước hoặc gây ra thiệt hại cho môi trường khác. Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế để làm giảm một số th ành ph ần trong nước thải (giảm thiểu hoặc loại bỏ các vật liệu hữu cơ, chất rắn, chất dinh dưỡng (N, P), các vi sinh vật gây bệnh và các ch ất ô nhiễm khác tới mức ch ấp nhận theo quy định của từng quốc gia. Ở Việt nam, có bộ tiêu chuẩn nư ớc thải công nghiệp và tiêu chuẩn thải TCVN (xem phần phụ lục). Các nguồn tiếp nhận của nước thải sau khi xử lý chủ yếu là sông suối, ao hồ. Nước thải sau khi được xử lý phải đạt được nồng độ tới hạn. Nghĩa là, khi thải ra nguồn tiếp nhận không làm cho các chất bẩn vượt quá ngưỡng m à sông suối, hồ, ao có khả năng tự làm sạch. 13
  14. 1. 5. 2. Các phương pháp xử lý nước thải Tùy thuộc vào tính chất của các loại nước thải (nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải công nghiệp và sinh hoạt), các phương pháp xử lý sau đây thường đư ợc áp dụng: - Phương pháp vật lý: chắn bằng lưới lọc các vật liệu thô trôi nổi trong nước th ải; khuấy trộn; keo tụ/ bông tụ, tuyển nổi, lắng, lọc… - Phương pháp hóa học: kết tủa; hấp phụ, hấp thụ; o xy hóa kh ử và khử trùng. - Phương pháp sinh học: quá trình hiếu khí; quá trình kỵ khí Phương pháp xử lý bậc cao bao gồm phương pháp vật lý và hóa học như quá trình khử nitơ và phốt pho trong nước thải (xử lý bậc ba), là sự kết hợp của cả ba quá trình: vật lý, hóa học và sinh học, trong đó chủ yếu là quá trình sinh học (đối với quá trình nitrat hóa và khử nitrat). Để khử phốt pho, trước hết sử dụng quá trình sinh h ọc để chuyển đổi phốt pho hữu cơ thành các ortho phốt phát bằng chu trình kỵ khí/hiếu khí, sau đó, phốt pho dưới dang ortho phốt phát được kết tủa bằng các tác nhân hóa học. Hình 1.3 đưa ra sơ đồ tổng quát của các phương pháp xử lý n ước thải. Trong thực tế, một nhà máy xử lý nước thải thường có th ể kết hợp cả ba phương pháp: vật lý, hóa học Các phương pháp xử lý nước thải Bằng phương Bằng phương Bằng phương pháp hóa học pháp sinh học pháp vật lý Hiếu khí Kỵ khí Kết tủa Hấp phụ Khử trùng Tuyển Truyền Lưới Trộn Bông tụ Lọc Lắng chắn nổi khí rác Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát các phương pháp xử lý nước thải 14
  15. và sinh học hoặc sử dụng từng phương pháp riêng rẽ. Ví dụ, khi xử lý nước thải sinh hoạt chỉ chứa chất thải dễ phân hủy bằng vi sinh vật, thường kết hợp phương pháp vật lý (lưới chắn rác, khuấy trộn, lắng…), phương pháp sinh học (hiếu khí hoặc kỵ khí hoặc cả hai) và phương pháp hóa học (khử trùng). Nhiều loại nước thải có thành phần phức tạp (chứa kim loại nặng, h àm lượng COD cao) như nước thải dệt nhuộm, nước thải thuộc da, xi mạ, v.v., cần phải kết hợp cả ba phương pháp với tất cả các kỹ thuật mới đạt hiệu quả xử lý. 1. 5. 3. Phân loại mức độ xử lý nước thải - Xử lý bậc một, trong giai đoạn xử lý bậc một, các phương pháp vật lý như chắn rác, lắng, tuyển nổi, v.v., đ ược sử dụng để loại bỏ các vật rắn trôi nổi và có khả năng lắng. Chất lượng nước thải đáp ứng gần loại C (TCVN-5945). - Xử lý bậc hai, các quá trình hóa học và sinh học được sử dụng để loại bỏ hầu hết các vật chất hữu cơ. Ch ất lượng nư ớc thải đạt lo ại A, B (TCVN – 5945). - Xử lý bậc ba, tách các thành ph ần khác như nitơ và phốt pho, hai thành phần này rất khó loại bỏ trong xử lý bậc hai. Chất lượng nước đ ược nâng cao và có thể sử dụng lại. - Xử lý bậc 4, đ ể loại bỏ các hạt keo tan. Loại bỏ các vật liệu hữu cơ không phân hủy sinh học - Xử lý bậc 5, lo ại bỏ các chất vô cơ. Xử lý bậc bốn trở đi còn được gọi là xử lý bậc cao. Sơ đồ xử lý nước thải đưa ra trong hình 1.4. Bảng 1.2 trình bày tóm tắt mức độ xử lý đ ược áp dụng trong xử lý nước thải. Bảng 1.3 mô tả sự phân loại các quá trình xử lý nước thải được đề nghị bởi WHO. Mục tiêu của xử lý bậc một là h ạn chế sự hư hại gây ra bởi các chất rắn có độ cứng và rác cho các thiết bị và đường ống ở các các quá trình xử lý tiếp theo. Trong xử lý sơ bộ, sử dụng phương pháp vật lý (lọc, lắng sơ bộ) có thể được tăng cường bằng cách thêm vào các chât hóa học. Các chất hữu cơ được loại bỏ chủ yếu trong xử lý bậc hai với các quá trình hóa học và sinh học. Trong xử lý bậc cao, chất rắn lơ lửng còn lại và các thành phần khác của nư ớc thải không thể giảm thiểu trong quá trình xử lý trư ớc đó được loại bỏ bằng sự kết hợp các quá trình khác nhau như hấp phụ, oxy hóa, lọc sâu, v.v. 15
  16. Bảng 1.2 Mức độ xử lý nước thải Mức độ xử Mục đích lý Tiền xử lý Loại bỏ các thành phần của nước thải như là rẻ, mảnh gỗ, vật trôi nổi, cát và dầu mỡ . Bậc một Loại bỏ hoàn toàn hoặc từng phần chất rắn lơ lửng và các vật chất hữu cơ từ nước thải Bậc hai Loại bỏ vật chất hữu cơ có khả năng phân rã sinh học (hòa tan hoặc lơ lửng) và các chất lơ lửng. Khử trùng cũng là một trường hợp điển hình trong xử lý bậc hai Bậc ba Loại bỏ các chất lơ lửng tàn dư (sau xử lý bậc hai) thường được sử dụng bằng phương pháp lọc với môi trường lọc là cát hoặc lọc bằng lưới lọc kích thước lỗ nhỏ hoặc lưới lọc mịn. Khử trùng cũng là một trường hợp trong xử lý bậc ba. Loại bỏ các chất dinh dưỡng cũng có thể tiến hành trong giai đoạn này. Xử lý bậc Loại bỏ các vật liệu lơ lửng và hòa tan còn lại sau khi xử lý sinh học khi mà nước thải được yêu cầu sử dụng lại. cao Bảng 1.3. Đặc trưng của quá trình xử lý nước thải theo mức độ tăng dần (WHO) Xử lý sơ bộ Bậc hai Bậc 3 Bậc cao Song, lưới chắn rác Bùn hoạt tính Xử lý bằng hóa học Nitrat hóa Loại bỏ cát Sục khí kéo dài Khử nitrat Thẩm thấu ngược Lắng sơ bộ Bể sục khí Kết tủa hóa học Điện ly Hấp phụ bằng than hoạt Nghiền rác Lọc nhỏ giọt Khử trùng tính Tách dầu mỡ Đĩa quay sinh học Lọc trực tiếp Trao đổi ion chọn lọc Ổn định dòng chảy Xử lý kỵ khí /UASB Oxy hóa bằng hóa chất Lọc áp suất Tách phốt pho bằng Lọc kỵ khí Trung hòa pH Ox y hóa sinh học Hồ ổn định Xây dựng các bể chứa Khử độc Imhoff tank Cánh đồng tưới Nuôi trồng thủy sản Nuôi trồng thủy sản 16
  17. Nước thải chưa x ử lý Lưới lọc Xử lý Sơ bộ Máy nghiền rác Điều hòa dòng chảy Đo dòng chảy Bể lọc cát Xử lý bậc một Sục khí sơ bộ T hải Khử trùng Lắng sơ bộ Quàn lý bùn sơ cấp Bùn hoạt tính, A/S Lọc nhỏ Xử lý bậc hai giọt Thải Bể làm trong Tiệt trùng bậc hai Quản lý bùn bậc hai Tách chất rắn T hải Kiểm soát nitơ Tiệt trùng Loại bỏ phốt pho Xử lý bậc cao Quản lý bùn bậc ba Hình 1.4. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải 17
  18. Chương 2 XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC THẢI Xử lý sơ bộ là giai đo ạn đầu tiên của nhà máy xử lý nước thải. Khử trùng đôi khi cũng được sử dụng trong giai đoạn xử lý sơ bộ. Hệ thống và thiết bị sử dụng trong giai đoạn xử lý sơ bộ bao gồm: 1. Song và lư ới chắn rác 2. Máy nghiền rác 3. Bể lắng cát, dầu mỡ 4. Bể làm thoáng sơ bộ 5. Tiệt trùng 2. 1. THIẾT BỊ CHẮN RÁC 2. 1. 1. Lưới chắn rác Sử dụng lưới chắn rác để loại bỏ hoàn toàn các vật liệu trôi nổi như rác, rẻ rách, giấy, nilon, xác chết động vật, mảnh vỡ kim loại đ ể b ảo vệ cho hệ thống bơm của nh à máy cũng như ngăn cản không cho chúng đi vào giai đoạn xử lý sau. Lưới chắn rác có thể được chia ra nhiều loại: lưới chắn rác thô, chắn rác trung bình ho ặc lưới chắn rác mịn (hình 2.1). Hoạt động làm sạch của lưới chắn rác có thể bằng thủ công hoặc cơ học. Bảng 2.1 đưa ra các lo ại lưới chắn rác thường được dùng trong giai đoạn xử lý sơ bộ. Lưới chắn rác thô làm sạch bằng thủ công sử dụng phổ biến nhất được đặt ở trước hệ thống bơm nước thải. Sau đây, chúng ta sẽ nghiên cứu về cơ sở lý thuyết và thiết kế song ch ắn rác (bar rack) trong nh à máy xử lý nước thải. Bảng 2.1. Các loại lưới chắn rác Loại lưới chắn rác Bề mặt lưới Phân loại Kích thước Vật liệu chế tạo lưới Áp dụng kích thước lỗ (inch) (inch) Song chắn rác Thép, thép không rỉ Xử lý sơ bộ Thô 0,6 – 1,5 Lưới chắn nghiêng Thép không rỉ Xử lý thứ cấp Trung bình 0,01 -0,1 Lưới nghiêng quay Tấm đồng Xử lý sơ bộ Thô 0,03 ×0,09×2 18
  19. Dạng trống (quay) Thép không rỉ, dây Xử lý sơ bộ Thô 0,1 -0,2 thép đan Thép không rỉ, sợi Xử lý sơ bộ Trung bình 0,01 – 0 ,1 thép đan Mịn Thép không rỉ Xử lý thứ cấp 0,01 – 0 ,1 Đĩa quay Thép không rỉ Xử lý sơ bộ Trung bình 0,01 – 0 ,4 Mịn Thép không rỉ Xử lý sơ bộ 0,001 – 0 ,02 Mịn Thép không rỉ, Xử lý sơ cấp, Ly tâm 0,002 -0,02 b ậc hai polyeste… Hình 2.1. Các loại lưới lọc 2. 1. 2. Song chắn rác Song chắn rác (hình 2.2) bao gồm các thanh bằng thép không rỉ sắp xếp song song với nhau tạo thành các khe h ở. hình dáng bề mặt của các thanh h ướng về phía dòng thải chảy tới. Thanh có thể là hình chữ nhật, h ình chữ nhật có cạnh sắc, h ình bán nguyệt, h ình tròn… 19
  20. Hình 2.2. Song chắn rác Tổn thất thủy lực qua song chắn rác là một hàm của tốc độ dòng ch ảy tới và tốc độ dòng chảy qua song chắn rác (hình 2.3). Phương trình Bernoulli có thể sử dụng để xác định tổn thất thủy lực qua song chắn rác: v2 V2 (2.1) h1   h2   h 2g 2g h v h1 h2 V V   Hình 2.3. Tổn thất thủy lực qua song chắn rác Độ chênh lệch dòng n ước thải chảy qua song chắn rác được xác định bởi công thức: V 2  v2 ( 2.2 ) h  h1  h2  2 gC 2 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản