CHƯƠNG I NGUỒN GỐC VÀ LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI I.1 NGUỒN GỐC NƯỚC THẢI Nước thải có nguồn gốc nước cấp, nước thiên nhiên sau phục vụ đời sống người ăn uống, tắm giặt, vệ sinh, giải trí, sản xuất hàng hóa, chăn ni …và nước mưa bị nhiễm bẩn chất hữu vô thải hệ thống thu gom nguồn tiếp nhận Có thể phân loại nước thải cách chung là: Nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất, nước mưa nước thấm chảy vào hệ thống cống II.2 LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI Để xác định lưu lượng nước thải khu dân cư, thị trấn, thị xã, thành phố có hệ thống cống thoát nước hoạt động tốt dung phương pháp đo lưu lượng cửa xả Đo lưu lượng tiến hành liên tục 24 ngày, đo ngày tiêu biểu tháng, đo tháng điển hình mùa năm Nếu khu dân cư hay thị xã chưa có hệ thống cống hồn chỉnh xây dựng nơi có nhiều cửa xả, việc đo lưu lượng xác định lưu vực cửa xả gặp nhiều khó khăn, tính tốn lưu lượng nước thải theo loại sau: I.2.1 Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt thường từ 65% đến 80% lưu lượng nước cấp qua đồng hồ hộ dân, quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại, khu giải trí…; 65% áp dụng cho nơi nóng, khơ, nước cấp dùng cho việc tưới cỏ Ở khu thương mại, quan, trường học, bệnh viện, khu giải trí xa hệ thống cống thành phố, phải xây dựng trạm bơm nước thải hay khu xử lý nước thải riêng, tiêu chuẩn thải nước tham khảo bảng I - 1, bảng I - 2, bảng I với số liệu lấy từ Metcalf & Eddy – “wastewater Engineering” Bảng I - 1: Tiêu chuẩn thải nước từ khu dịch vụ thương mại Nguồn nước thải Nhà ga sân bay Gara – ô tơ, sửa xe Qn bar Đơn vị tính Lưu lượng (l/đơn vị tính - ngày) Khoảng dao động Trị số tiêu biểu Hành khách 7,5 – 15 11 Đầu xe 26 – 50 38 Khách hàng 3,8 – 19 11 Người phục vụ 38 – 60 50 1515 – 2270 1900 Nhà vệ sinh Kho hàng hóa Nhân viên phục vụ 30 – 45 38 1515 – 2270 1900 30 - 45 38 151 – 212 180 Người phục vụ 26 – 49 38 Công nhân 26 – 60 49 Nhà vệ sinh Kho hàng hóa Nhân viên phục vụ Khách Khách sạn Hiệu giặt Máy giặt 1703 – 2460 2080 Tiệm ăn Người ăn 7,5 – 15 11 Siêu thị Người làm 26 – 50 38 Cơ quan Nhân viên 26 - 60 49 Bảng I - 2: Tiêu chuẩn thải nước từ công sở Nguồn nước thải Bệnh viện Đơn vị tính Giường bệnh Nhân viên phục vụ Bệnh viện tâm thần Giường bệnh Nhân viên phục vụ Nhà tù Tù nhân Quản giáo Lưu lượng (l/đơn vị tính - ngày) Khoảng dao động Trị số tiêu biểu 473 – 908 625 19 – 56 38 284 – 530 378 19 – 56 38 284 – 530 435 19 – 56 38 Nhà nghỉ Người nhà điều dưỡng 190 – 455 322 Trường đại học Sinh viên 56 – 113 95 Ghi chú: Theo bảng I-2 tiêu chuẩn nước thải bệnh viện nên giảm xuống 450 l/đv.ngày phù hợp với điều kiện nước ta Bảng I - 3: Tiêu chuẩn thải nước từ khu giải trí Nguồn nước thải Đơn vị tính Lưu lượng (l/đơn vị tính - ngày) Khoảng dao động Trị số tiêu biểu Khu nghỉ mát có khách sạn mini Người 189 – 265 227 Khu nghỉ mát lều, trại, ô tô di động Người 30 – 189 151 Quán cà phê giải khát Khách 3,8 – 11 7,5 Cắm trại Nhân viên phục vụ 30 – 45 38 Nhà ăn Người 75 – 150 113 Xuất ăn 15 – 38 26,5 Nhân viên 30 – 189 151 Người tắm 19 – 45 38 Nhà hát Nhân viên 30 – 45 38 Khu triển lãm, giải trí Ghế ngồi 7,5 – 15 11 Người thăm quan 15 - 30 19 Bể bơi I.2.2 Nước thải công nghiệp Lưu lượng nước thải công nghiệp dao động phụ thuộc vào quy mơ, tính chất sản phẩm, quy trình cơng nghệ nhà máy Khi khơng có số liệu cụ thể nhà máy tính lượng nước thải chung theo diện tích khu công nghiệp (số liệu lấy từ Metcalf & Eddy – “wastewater Engineering”) - Khu công nghiệp gồm nhà máy sản xuất sản phẩm khơ, ngậm nước, lưu lượng nước thải dao động từ - 14 m3/ha.ngày - Khu cơng nghiệp có nhà máy sản xuất sản phẩm có ngậm nước loại trung bình, lượng nước thải dao động từ 14 – 28 m3/ha.ngày Lượng nước thải khu cơng nghiệp tính theo lượng nước cấp qua qua trình sản xuất thải 90 – 95% I.2.3 Nước ngầm thâm nhập vào mạng lưới cống dẫn Ở nơi mạng lưới ống thoát nước đặt thấp mực nước ngầm mạch nơng, ln ln có lượng nước ngâm thâm nhập vào hệ thống cống qua thành hố ga, qua chỗ nối ống, qua thành ống có chất lượng xấu qua chỗ gãy vỡ chưa kịp sửa chữa Ở nơi mạng ống thoát nước đặt cao mực nước ngầm, lượng nước thâm nhập vào cống xảy lúc mưa thời gian ngắn sau mưa, nước mưa thấm xuống đất chưa kịp tiêu thoát hết, mực nước ngầm tạm thời dâng cao Lượng nước thâm nhập dao động từ 0,2 m3/ha.ngày vùng khơng có nước ngầm thường xuyên đến 28 m3/ha.ngày vùng có nước ngầm thường xuyên Lượng nước thâm nhập nêu ứng với điều kiện xây dựng quản lý vận hành tốt mạng lưới cống thoát I.2.4 Nước thải mưa a Ở nơi có hai mạng lưới cống nước riêng biệt: Mạng lưới cống thoát nước thải tách riêng mạng lưới cống thoát nước mưa, lượng nước thải nhà máy xử lý gồm: Nước sinh hoạt, nước công nghiệp nước ngầm thâm nhập, sau trận mưa lớn khơng có tượng ngập úng cục Cịn nơi có tượng ngập úng cục bộ, nước mưa tràn qua nắp đạy hố ga chảy vào hệ thống thoát nước thải, lượng nước thâm nhập thấm từ nước ngầm nước mưa lên tới 470 m3/ha.ngày b Ở nơi mạng lưới thoát nước mạng cống chung vừa thoát nước mưa vừa thoát nước bẩn hầu hết mạng lưới thoát nước thị trấn, thị xã, thành phố nước ta, lưu lượng nước thải chảy nhà máy xử lý gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm nhập phần lượng nước mưa Để phải đưa phần nước mưa q1 = nqsh < qmưa nhà máy xử lý, phần lại nước mưa q2 = qmưa – q1 xả trực tiếp nguồn tiếp nhận, mạng cống thoát cửa xả nước mưa phải cấu tạo giếng tách nước có đập tràn, chiều cao chiều dài đập tràn giếng tách nước đặt trước xả nước mưa tính tốn cho: - Khi lưu lượng vào giếng tách nước: qmưa + qsh ≤ (n+1)qsh khơng có nước tràn qua đập tràn toàn lượng nước (n + 1)qsh dẫn bể điều hòa trạm xử lý - Khi lưu lượng nước chảy vào giếng tách nước: qmưa + qsh > (n + 1)qsh hoặc: lượng nước q2 = (qmưa + qsh) – (n + 1)qsh tràn qua đập tràn vào nguồn tiếp nhận lượng nước (n + 1)qsh chảy bể điều hòa lưu lượng chất lượng nhà máy Hoặc: đường cống dẫn nước thải nhà máy sau giếng tách nước đặt van đóng mở tự động theo lệnh đồng hồ đo nước đặt trước giếng tách nước, lưu lượng nước chảy qua đồng hồ q > (n + 1)qsh sau thời gian định để đảm bảo cho nước bẩn pha lỗng hồn tồn nước mưa, thiết bị báo lưu lượng đồng hồ đóng hồn tồn van đường dẫn nước thải nhà máy, lúc tồn lượng nước đến giếng tách nước tràn qua đập tràn nguồn tiếp nhận Sau mưa , lượng nước giếng tách nước giảm dần qmưa + qsh < (n + 1)qsh, van tự động mở trở lại nước lại dẫn nhà máy xử lý Trong cơng thức trên: n hệ số pha lỗng tính theo cơng thức: (1-1) Trong đó: qmưa: Lưu lượng nước mưa cần để pha loãng nước sinh hoạt qsh: Lưu lượng nước sinh hoạt So: Nồng độ BOD COD nước sinh hoạt Smưa: Nồng độ BOD COD nước mưa (thường BOD5 từ – 10 mg/l) So: Nồng độ BOD COD nước cho phép xả vào nguồn tiếp nhận (do Sở Khoa học Công nghệ Môi trường quy định) I.3 ĐỘ DAO ĐỘNG CỦA LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI Lưu lượng nước thải không theo ngày thường dao động so với lưu lượng trung bình giờ: Từ 20 – 400% khu dân cư ≤ 000 người Từ 50 – 300% khu dân cư ≤ 10 000 người Từ 80 – 200% khu dân cư ≤ 100 000 người Ở thành phố lớn, có lượng nước tối thiểu có lưu lượng tối đa so với lưu lượng trung bình ngày thường từ 1,25 đến 1,5 lần Lượng nước thải không mùa năm, tháng mùa ngày tháng Bảng I - 4: Giới thiệu hệ số khơng điều hịa phụ thuộc vào lưu lượng nước thải theo tiêu chuẩn ngành mạng lưới bên ngồi cơng trình 20 – TCN – 51 – 84 Lưu lượng nước thải trung bình (l/s) Hệ số khơng điều hịa K 15 30 50 100 200 300 500 800 1250 3,5 1,8 1,6 1,35 1,25 1,2 1,15 1,4 Khi lưu lượng trung bình nằm trị số cho bảng, xác định hệ số khơng điều hòa K theo nội suy I.4 CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ Khi thiết kế nhà máy xử lý nước thải phải tuân theo quy hoạch phát triển khu dân cư tăng dân số, xây dựng điểm công nghiệp mới, mở rộng mặt đô thị, tăng lượng nước cấp tăng mức sống v.v…trong khoảng thời gian xác định dự án Lưu lượng ngày trung bình: Dùng để tính tốn lượng điện tiêu thụ, lượng hóa chất tiêu thụ, lượng bùn cặn cần xử lý vận chuyển nguồn tiếp nhận, lượng nước xả nguồn tiếp nhận Lượng nước lớn (max), (min) ngày dùng để tính tốn mạng lưới nước, chọn bố trí thiết bị máy bơm trạm bơm nước thải, song chắn rác, bể lắng cát bể điều hòa lưu lượng Khi nhà máy xử lý nước thải có lưu lượng ứng với hệ số khơng điều hịa K ≤ 1,5 khơng xây bể điều hịa lưu lượng mà lấy lưu lượng trung bình cao điểm: 6, 7, 11, 12, 18, 19 để tính tốn tải trọng thủy lực cho cơng trình xử lý sinh học, bể lắng lấy lưu lượng trung bình để tính tốn cơng trình xử lý bùn Ở nhà máy xử lý nước thải từ hệ thống cống chung có giếng tách nước, phải thiết kế hồ chứa nước mưa dư với thể tích: W = nqsh×1 t: Thời gian mưa dài Về mùa mưa lượng nước phải bơm vào nhà máy với lưu lượng: qbổ sung T: Thời gian bơm không dài thời gian hai mưa lưu lượng bổ sung (qbổ sung ) có trị số vừa đủ để không làm tăng tải trọng thủy lực cơng trình xử lý lên 1,5 lần so với tải trọng làm việc bình thường Khi nhà máy xử lý nước thải có lưu lượng ứng với hệ số khơng điều hịa K > 1,5 nên làm bể điều hòa lưu lượng chất lượng Tính tốn cơng trình hệ thống xử lý sau bể điều hòa với lưu lượng chất lượng trung bình 24 làm việc ngày CHƯƠNG II CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI Nước thải sinh hoạt có đặc tính tiêu chất lượng chung phán đốn đánh giá chọn cơng trình xử lý phổ biến, cịn nước thải cơng nghiệp có đặc tính chất lượng khác tùy thuộc vào loại nhà máy, mức độ trang bị cơng nghệ nên khó có tiêu chung để đánh giá chất lượng nước thải chung cho loại cơng nghiệp, loại cơng nghiệp có nước thải khác với nước thải sinh hoạt cần khảo sát, phân tích, đánh giá chất lượng riêng để tìm quy trình xử lý thích hợp Trong tài liệu này, chúng tơi giới thiệu phương pháp tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải phương pháp sinh học, áp dụng cho nước thải sinh hoạt nguồn nước thải khác có đặc tính tương tự nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt chưa bị phân hủy có màu nâu, chứa nhiều cặn lơ lửng chưa bốc mùi khó chịu Trong nước thải có chất rắn lơ lửng phân người động vật, xác số động vật chết, mảnh vụn thức ăn, dầu, mỡ, băng gạc vệ sinh, gỗ, nhựa vụn, vỏ trái phế thải khác sau phục vụ ăn uống sinh hoạt người thải môi trường nước Dưới điều kiện môi trường định, vi khuẩn tự nhiên có nước đất cơng vào chất thải gây phản ứng sinh hóa làm biến đổi tính chất nước thải Nước thải chuyển màu từ nâu sang màu đen bốc mùi khó chịu Nước thải hỗn hợp nhiều hợp chất hóa học phức tạp, nên việc phân tích đánh giá hợp chất riêng rẽ khó khăn khơng thể thực hồn chỉnh được, mà xác định xác cách chung hàm lượng chất hữu hàm lượng chất vơ có nước thải Để phục vụ cho quy trình xử lý làm nước thải phương pháp sinh học, cần phân tích tiêu chất lượng như: Tổng hàm lượng cặn, hàm lượng cặn lơ lửng (SS), cặn hữu cơ, cặn vơ cơ, nhu cầu ơxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), hàm lượng nitơ, hàm lượng phốt pho, pH nhiệt độ nước II.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CẶN CĨ TRONG NƯỚC THẢI Hiện có nhiều phương pháp phân loại cà xác định thành phần tính chất cặn nước thải; tài liệu giới thiệu phương pháp phân loại để xác định thành phần cặn nước thải mức độ mà theo cần thiết cho việc thiết kế cơng trình làm xử lý bùn cặn II.1.1 Tổng hàm lượng cặn Là tổng số tất loại cặn có nguồn gốc hữu vơ có nước thải trạng thái lơ lửng hịa tan (tính mg/l) Để xác định tổng hàm lượng cặn, lấy mẫu nước thải cho vào tủ sấy, giữ nhiệt độ khơng đổi 105oC cho nước bay hết, cặn cịn lại gọi cặn khô, đem cân tổng hàm lượng cặn mẫu biểu thị mg/l II.1.2 Cặn hữu Cặn hữu nước thải có nguồn gốc từ thức ăn người, động vật tiêu hóa phần nhỏ dư thừa thải từ xác động vật chết, thối rữa tạo nên Thành phần hóa học chất hữu cacbon (C), hydro (H2), oxy (O2), số chất có thêm nitơ (N2), photpho (P), lưu huỳnh (S) Dạng tồn cặn hữu nước thải chủ yếu protein, cacbonhydrat, chất béo sản phẩm phân hủy chúng Các hợp chất hữu bị thối rữa hay phân hủy hoạt động sống vi khuẩn vi sinh có nước, dễ cháy, dễ bắt lửa Cặn hữu cháy bay hoàn toàn nhiệt độ cao 550o đến 6000C, nên đơi cịn gọi cặn bay II.1.3 Cặn vô Cặn vô chất trơ, khơng bị phân hủy, đơi có hợp chất hữu phức tạp (như sunfat) điều kiện định bị phân rã Cặn vơ có nguồn gốc khống chất muối khống, cát, sạn, bùn, độ kiềm, độ cứng chất thường gặp nước cấp Cặn vô không bị cháy nhiệt độ cao Đem sấy tiếp cặn khô đến 550oC đến 600oC toàn cặn hữu cháy bay hết, lượng lại cặn vơ cơ, đơi cịn gọi độ tro cặn II.1.4 Cặn lơ lửng Cặn lơ lửng nhận biết mắt thường, loại khỏi nước trình keo tụ, lắng,lọc Để xác định hàm lượng cặn lơ lửng, lấy mẫu nước thải lọc qua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy khô 105oC đem cân hàm lượng cặn lơ lửng biểu thị mg/l Trong nước thải sinh hoạt cặn lơ lửng chứa 70% cặn hữu cơ, 30% cặn vô Cặn lơ lửng gồm cặn lắng cặn dạng keo không lắng II.1.5 Cặn lắng Cặn lắng phần cặn lơ lửng, có kích thước trọng lượng đủ lớn lắng xuống đáy ống nghiệm xuống đáy bể lắng Trong tài liệu đề nghị xác định cặn lắng sau: Lấy lít nước thải, cho vào ống lắng có khắc độ, để lắng tĩnh 30 phút Đo thể tích cặn lắng phía đáy ống nghiệm, kết biểu thị mililít cặn lắng/lít nước (ml/l) hay mililít cặn lắng gram cặn lơ lửng (ml/mg) cịn gọi số thể tích cặn II.1.6 Cặn lơ lửng dạng keo Cặn dạng keo phần cặn lơ lửng, chúng không lắng xuống đáy ống nghiệm thời gian dài hàng đến giờ, cặn keo thường chứa 65% cặn hữu cơ, 35% cặn vô cơ, cặn keo chịu tác động phân hủy phản ứng sinh hóa vi khuẩn tạo , thông số quan trọng q trình xử lý nước thải II.1.7 Cặn hịa tan Cặn hịa tan có kích thước nhỏ, chui lọt qua giấy lọc tiêu chuẩn phịng thí nghiệm Cặn hịa tan có 90% cặn hịa tan thực 10% keo Cặn hịa tan có 40% cặn hữu cơ, 60% cặn vô Trong trình xử lý nước thải phương pháp sinh học, nhiệm vụ người kỹ sư phải thiết kế cơng trình có đủ điều kiện thuận lợi cho vi sinh phát triển tăng trưởng để hấp thụ cặn hữu dạng hòa tan, dạng keo, dạng lơ lửng, chuyển hóa chúng thành cặn dạng ổn định dễ lắng thời gian cng ngn cng tt 1000 m g/l tổng hàm lượng cặn 800 m g/l cặn hòa tan 200 m g/l cặn lơ lửng 130 m g/l cặn lắng70 m g/l cặn dạng keo T hàm lượng cặn chiếm 0.1% thoe träng l­ỵng 100% N ­íc chiÕm 99.9% theo träng l­ỵng Để rõ thêm thành phần cặn nước thải xem sơ đồ minh họa hình (2-1) Hình – Sơ đồ minh họa thành phần cặn nước thải II.2 NHU CẦU OXY SINH HÓA (BOD) VÀ NHU CẦU OXY HÓA HỌC (COD) II.2.1 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): Là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn sống hoạt động để oxy hóa chất hữu có nước thải Nhu cầu oxy sinh hóa tiêu quan trọng tiện dung để mức độ nhiễm bẩn nước thải chất hữu Trị số BOD đo cho phép tính tốn lượng oxy hịa tan cần thiết cấp cho phản ứng sinh hóa vi khuẩn diễn trình phân hủy hiếu khí chất hữu có nước thải Có thể mơ tả sơ lược việc xác định trị số BOD sau: Lấy mẫu nước bão hòa oxy, đo lượng oxy hòa tan ban đầu mẫu (mg), cho lượng định nước thải vào mẫu khuấy thành dung dịch đưa vào tủ nuôi cấy nhiệt độ 20oC, sau ngày, đưa mẫu đo lượng oxy hòa tan lại mẫu (mg) Lấy hiệu số lượng oxy ban đầu lượng oxy lại mẫu sau ngày (mg) chia cho thể tích lượng nước thải cho vào mẫu (l) trị số BOD5 biểu thị (mg/l) Thực nghiệm muốn phân hủy hoàn tồn (> 99,2%) chất hữu có nước thải điều kiện hiếu khí tự nhiên, phải để mẫu tủ nuôi cấy 20oC 20 ngày Lượng oxy tiêu thụ sau 20 ngày gọi BOD20 (mg/l) Đối với nước thải sinh hoạt BOD5 thường 0,68 ~ 0,7 BOD20 II.2.2 Nhu cầu oxy hóa học (COD): Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hồn toàn chất hữu phần nhỏ chất vơ dễ bị oxy hóa có nước thải Chỉ tiêu nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 khơng đủ để phản ánh khả oxy hóa chất hữu khó bị oxy hóa chất vơ bị oxy hóa có nước thải, nước thải cơng nghiệp Vì vậy, cần phải xác định nhu cầu oxy hóa học (COD mg/l) để oxy hóa hồn tồn chất bẩn có nước thải Việc xác định COD tiến hành cách cho chất oxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thải điều kiện dung dịch có tính axit Trị số COD lớn trị số BOD5 tỷ số COD BOD ln thay đổi tùy thuộc vào tính chất nước thải Tỷ số COD : BOD nhỏ xử lý sinh học dễ II.3 OXY HỊA TAN Nồng độ oxy hịa tan nước thải trước sau xử lý tiêu quan trọng Trong q trình xử lý hiếu khí ln phải giữ nồng độ oxy hòa tan nước thải từ 1,5 – mg/l để q trình oxy hóa diễn theo ý muốn để hỗn hợp không rơi vào tình trạng yếm khí Oxy khí có độ hịa tan thấp nồng độ hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ muối có nước Trong trình xử lý nước thải, vi sinh vật tiêu thụ oxy hịa tan để đồng hóa chất dinh dưỡng chất BOD, N, P cần thiết cho việc trì sống, sinh sản tăng trưởng chúng II.4 THÀNH PHẦN THỨC ĂN (CHẤT NỀN) TRONG NƯỚC THẢI Các kết nghiên cứu cho biết thành phần thức ăn quan trọng có nước thải gồm nhiều hợp chất bắt nguồn từ loại thức ăn cacbonhydrat, protein chất béo 10 Y :Số phần trăm cặn tươi hổn hợp cặn (theo số thập phân) Sc :Nồng độ BOD5 dung dịch cặn tươi (mg/l) X : Nồng độ cặn bể ổn định hiếu khí (mg/l) Kd:Hằng số phân hủy (1/ngày)thường từ 0,05- 0,07 P :Tỷ lệ cặn hữu cặn bể ổn định (theo số thập phân ) c :Tuổi cặn hay thời gian lưu cặn bể (ngày)phụ thuộc vào nhiệt độ nước số phân trăm lượng cặn hữu sẻ bị phân hủy tra biu hỡnh 14-3a 60 (%) Phần trăm cặn hữu bị phân hủy 50 40 30 20 10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 2000 Nhiệt độ ( C) x Tuổi cặn (ngày) Hình 14-3a.biểu đồ biểu diễn phụ thuộc số phần trăm cặn hữu bị phân hủy bể ổn định cặn hiếu khí vào nhiệt độ nước vào tuổi cặn Vi dụ : Tính tốn thiết kế bể ổn định cặn hiếu khí cho nhà máy xử lý nước thải công xuất 4.000 m /ngày Nhiệt độ nước mùa hè 30 C , mùa đông 15 C Hàm lượng cặn lơ lửng SS= 200mg/l BOD5 = 150 mg/l Cặn vô chiếm 25% (xem ví dụ chương 13) -Cặn bể lắng đợt : G1 = 480 kg/ngày ;tỷ trọng S = 1,02 ;nồng độ 5%; thể thích V1 =9,41 m /ngày -Cặn bể lắng đợt : 226 G2 = 340 kg/ngày ;tỷ trọng S = 1,005 ;nồng độ 1%; thể thích V2 =33,8 m /ngày - Qua bể lắng , lượng BOD5 giảm 30% -Hệ số phân hủy K d = 0,06 15 C -Yêu cầu xử lý ổn định để giảm 40% lượng cặn bay -Dùng khơng khí để oxy hóa khuấy trộn Giải : Tổng lượng cặn cần xử lý : G  G1  G2  480  340  820kg / ngày Trong cặn hữu : G '  0,75  820  615kg / ngày Cần giảm 40% cặn hữu 15 C Tra biểu đồ Hình (14-3) ,ứng với 40$ tích só nhiệt độ thời gian lưu cặn cần 475, thời gian lưu cặn  c  475 : 15  31,6ngày Ở nhiệt độ mùa hè : 30 C , Tích số : 30  31,6  965 Tra biểu đồ ngược lại , mùa hè lượng hữu giảm 45% Tổng thể tích cặn đưa vào bể ổn định : Qc  V1  V2  9,41  33,3  43,21m / ngày Trong , cặn tươi chiếm Y=9,41 : 43,21 =0,21 phần Tính nồng độ BOD5 cặn tươi : Qua bể lắng , lượng BOD5 giảm 30% , cặn hữu xơ chưa bị phân hủy , lượng BOD5 theo cặn tươi ; BOD5  Q (150  0,3).10  4000  1509  0,3  10 3  180kg / ngày Nồng độ BOD5 cặn tươi : Sc  180  19,13kg / m  19130mg / l 9,41 Nồng độ cặn vào bể ổn định : X  G 820   18,97 kg / m  18970mg / l Qc 43,21 Trong : Phận cặn hữu chiếm P = 0,75 227 thể tích bể ổn định cặn hiếu khí tính theo 14-2 : 43,21  (18970  0,21  19130)  432m lấy tròn 450 m 30000  (0,06  0,75  ) 31,6 V  Kiểm tra thời gian lưu lượng : T 450  10,41 ngày ( phù hợp với tiêu cho bảng 14-3) 43,21 Lượng cặn hữu giảm sau 10,5 ngày ổn định , tính cho ngày Mùa đông Mùa hè : G  0,4  615  246kg / ngày : G  0,45  615  276,5kg / ngày Lượng oxy cần cấp Cứ kg cặn hữu bay giảm cần 2,3 kg oxy ( bảng 14-3) Lượng oxy ngày cần : Mùa đông Mùa đông : 246  2,3  565,8kgO2 / ngày : 276,5  2,3  636,5kgO2 / ngày 10 Tính lượng khơng khí cần cấp Chọn thiết bị làm thoáng kiểu ống đứng bơm ảirlift suất cấp oxy g/ m khơng khí m sâu bể Chọn chiều sâu bể H = m Năng suất cấp oxy  c    28 g/ m khơng khí Lượng khơng khí cần thiết mùa hè : Qk  636500  15,78 m /phút 28  24 gi  60 phut 11 Kiểm tra điều kiện khuấy trộn Lượng khơng khí cấp vào Qk  15,78 m /phút cho dung tích bể 450 m , tiêu khuấy trộn ; qk  15,78  1000  35 m /phutsbcho 000 m 450 Nằm khoảng 20- 40 m /phút 000 m (bảng 14 – 3), đạt yêu cầu khuấy trộn Bể ổn định hiếu khí đồng thời làm nhiệm vụ bể đặc cặn tính tốn lượng cặn đưa vào máy ép khô vá lượng cặn đưa bãi thải (xem ví dụ chương 13) 228 Chú ý : Thời gian cặn  c  31,6 ngày , vào lượng cặn cô đặc rút khỏi bể ngày Áp dụng cơng thức tính tuổi cặn chương Tính nồng độ cần thiết Xtrong bể ổn định xiv.3.4.Thiết bị làm khô cặn Cặn nhà mày xử lý nước thải, sau xử lý ổn định cô đặc đến nồng độ từ – % đưa tiếp sang công đoạn làm khô để giảm độ ẩm xuống 70 – 80 % để tăng nồng độ cặn khô từ 20 – 30 % với mục đích : - Giảm khối lượng vận chuyển bãi thải - Cặn khô dể đưa chôn lấp hay cải tạo đất cặn nước - Giảm lượng nước bẩn thấm vào nước ngầm bải thải - Ít gây mùi khó chịu độc tính Có nhiều loại thiết bị làm khô cặn , tài liệu chứa số loại thông dụng phù hợp với điệu kiện nước ta Sân phơi bùn - Điều kiện áp dụng : nơi có đất rộng , cách xa khu dân cư ,mực nước ngầm mặt đất  m , có sẵn lao động thủ công để xúc bùn khô từ sân phơi bùn lên xe tải - Cấu hình xem hình (14 – 4a) (14 – 4b) ,sân phơi bùn chia thành ơ, khích thước mổi phụ thuộc vào cách bố trí đường xe vận chuyển bùn khởi sân phơi độ xa xúc bùn từ ô phơi lên xe (nếu xúc xẻng) thuận tiện , số ô làm việc đồng thời phụ thuộc vào lưu lượng bùn xả hàng ngày , độ dày bùn cần làm khô, thời gian chu kỳ phơi (sẽ nói phần sau ) Dáy phần ô phơi bùn thường làm bê tông cốt thép hay xây gạch đảm bảo cách ly hoàn toàn dung dịch bùn với môi trường xung quanh - Trên đáy ô phơi đổ lớp sởi cỗ hạt : – 10 mm dày 200 mm, lớp sỏi đặt hệ thống ống khoan lỗ D8 – D10 mm hình xương cá để rýt nước hố thu, đáy ô phơi bùn phải cao mực nước ngầm để dể thu nước 229 Hình 14 – 4a.Sân phơi bùn, lấy bùn thủ công,  20 - Trên lớp sỡi lớp cát lọc cỡ hạt 0,5 – mm, dày 150 – 200 mm.Làm khô bùn sân phơi xảy theo giai đoạn, giai đoaạn 1, lọc qua lớp cát, sảo, giai đoạn làm khô bốc nước tự nhiên bề mặt rộng.cặn xử lý ổn định có chu kỳ phơi khô ngắn cặn chua xử lý ổn định Hình 14-4b Mặt cắt cấu tạo ngăn phơi bùn Sỏi Ống khoan lỗ thu nước Cát Cặn - Sân phơi bùn có mái che hay khơng có mái che, khơng có mái che,về mùa mưa khơng làm việc - tiêu thiết kế : Để đạt nồng độ cặn 25% ( độ ẩm 75%) + Chiều day bùn cm, thơi gian phơi bùn tuần(21 ngày) 230 + Chiều day bùn 10 cm, thơi gian phơi bùn tuần(28 ngày) + Chiều day bùn 12 cm, thơi gian phơi bùn tuần(42 ngày) Ví dụ : Tính sân phơi bùn nồng độ bùn vao 5% ,bùn khô 25% Trọng lượng bùn đưa phơi hàng ngày 600kg tỷ trọng dung dịch S =1,02 tỷ trọng bùn khô : 1,07.Sân phơi có mái che, làm việc 365 năm Xác định diện tích sân phơi Giải: Thể tích dung dịch bùn 5% đưa vào sân phơi hàng ngày : V1  G 0,600   11,76 m S P 1,02  0,05 Chọn chiều dày bùn 25% cm sau 21 ngày m sân phơi lượng cặn : G=V S P V= m  0,08 = 0,08 m S = 1,07 ; P = 0,25 G 0,08  1,07  0,25  0,0214 = 21,4 kg/21 ngày Lượng bùn cần phơi 21 ngày : G  21  600  12.600 kg Diện tích sân phơi : F G 12.600   588 m g 21,4 Đó diện tích phơi, diện tích đường bao quanh,hố thu nước ,tram bơm đua nước đầu khu xử lý lấy 50% diện tích phơi Tổng diện tích sân phơi : F  1,5  588  8383,2 m - Có thể bố trí 21 Diện tích ơ: f  588 28 m 21 Ơ có kích thước  (m) Tính dung dịch bùn xúc bùn khô theo chu kỳ 21 ngày lần Chiều cao thành sân phơi : H  h1  h2  h3  h4 h1 :Chiều cao lớp sỏi = 20 cm 231 h2 :Chiều cao lớp cát = 20 cm h3 :Chiều cao dung dịch bùn h3 = V1 11,76   0,42m  42cm f 28 H = 0,2 + 0,2 + 0,42 +0,3 =1,12 m Máy lọc cặn chân không Máy lọc chân khơng thiết bị làm khơ bùn giảm độ ẩm bùn từ 99% xuống 70 – 80% tùy thuộc vào tích chất cặn tốc độ quay máy (thời gian làm khô) Loại thiết bị áp dụng nhiều khứ, mười năm gần có nhiều loại thiết bị có hiệu cao hơn, chi pphis đầu tư chi phí quản lý dẻ nhiều lần, lại có q trình vận hành đơn giảm hơn, nên thiết bị chân khơng khơng cịn sử dụng Hình 14-5 giới thiệu sơ đồ làm việc ttoor hợp thiết bị hệ thống làm khô cặn lọc chân không Thiết bị lọc cặn chân không gồm trống lọc hình trụ đặt nằm ngang, vanh ngồi bọc vải lọc sợi ni lông, hoaawcj sợi thép không rỉ, mắt lưới 80 – 100 m Trống lọc đặt ngập thùng chứa cặn 1 đến Đường kính Khi lọc trống quay quanh trục nằm ngang, bên trống lọc máy bơm chân không rút khơng khí nước dể tạo độ chân khơng từ 300 – 650 mm Hg.Bên trống áp lực khí trời, bên chân khơng, nên nước qua vải lọc vào phía cịn cặn bị giữ lại bên mặt trống, cặn làm khô đến độ ẩm 70 – 80% - Chỉ tiêu thiết kế :Năng suất làm khô cặn đến 75% 17,0 kg cặn/ m bề mặt trống 232 Thùng cấp bùn Không khí Bơm bùn Nước Thùng tách nước Băng tải Van ngắt chân không Chân không Trống lọc Dao gạt cặn Cặn khô Bơm chân không Thoát nước Nước Đưa khu xử lý Hỡnh 14 – Sơ đồ lắp đặt máy lọc cặn chân không Máy lọc ép băng tải Máy làm khô cân lọc ép băng tải dùng phổ biến ví quản lý đơn giản, tốn điện, hiệu làm khô cặn chấp nhận Hình 14 – Giới thiệu sơ đồ cấu tạo loại máy lọc ép cặn băng tải - Nguyên tắc làm việc : Hệ thống lọc ép cặn băng tải gồm máy bơm bùn từ bể đặc đến thùng hịa trộn hóa chất keo tụ (nếu cần) định lượng cặn (1), thùng đặt đầu vào băng tải , hệ thống băng tải trục ép, thùng đựng xe vận chuyển cặn khô,bơm nước để rửa băng tải, thùng thu nước lọc bơm nước lọc đầu khu xử lý Đầu tiên cặn từ thùng định lượng phân phôi (1) vào đoạn đầu băng tải (2) đoạn nước lọc qua băng tải theo nguyên tắc lọc trọng lực, qua cần gạt (3) để san cặn toàn chiều rộng băng, qua trục ép (4) (5) có lực ép tăng dần Hiệu suất làm khô cặn phụ thuộc vào nhiều thơng số :đặc tính cặn, cặn có trộn với hóa chất keo tụ hay khơng, độ rổng 233 băng lọc tộc độ di chuyển lực nén băng tải Nồng độ cặn sau lam khô máy loc ép băng tải đạt từ 15 – 25% - Chỉ tiêu thiết kế : Máy ép bùn băng tải có tren thị trường có chieuf rộng băng từ 0,5 - 3,5 m, phổ biến loại máy có chiều rộng băng 1,0 m, 1,2 m, 1,5 m 2,0 m Chất keo tụ Cặn khô Nước lọc Dung dịch cặn Hình 14 -6 Sơ đồ nguyên tắc làm việc máy làm khô cặn máy lọc ép băng tải Tải trọng cặn m rộng băng tải dao động từ 90 – 680kg/m chiều rộng băng.h, tùy thuộc vào loại cặn loại máy.Lượng nước lọc qua băng từ 1,6 đến 6,3 l/m rộng.giây.Máy lọc ép băng tải nên đặt nơi rộng, thoang gió đề phịng nồng độ H S mực cho phép Ví dụ : Tính máy ép cặn băng tải để làm khô cặn xử lý ổn định va cô đặc đến 5% (ví dụ chương 13 ) trọng lương cặn 513 kg/ngày Thể tích cặn : 10.2 m /ngày Máy ép làm việc ngày, tuần làm ngày Giải : Lượng cặn đưa vào máy tuần : G1   513 = 591 kg Q   10,2 = 71,4 m 234 Lượng cặn đưa vào máy : G q 3591  897,75kg / h 58 71,4  1,785 m /h 58 Chiều rộng băng tải chọn suất 600 kg/m rộng giờ: b 897,75  1,49m 600 Chọn máy có chiều rộng băng 1,5 m; suất 600 kg cặn/m.h Máy ép cặn ly tâm Làm khô thoe nguyên tắc lắng ép lực ly tâm.hinh 14-7 giới thiệu sơ đồ cấu tạo nguyên tức làm việc máy Dung dịch bơm vào máy theo ống cố định đặt dọc tâm máy,nằm lõi trục bánh vít chuyển đồng chậm ngược chiều với thùng quay để dồn cặn khô đến cửa xả Cặn qua khỏi ống đặt cuối thùng quay,cặn chịu tác dụng lực ly tâm dính chặt vào mặt thùng, nước trào qua tháo qua lỗ đặt cuối thùng quay - Các thông số thiết kế:Lưu lượng cấp vào q,Đặc tính nồng độ cặn P,Nhiệt độ t0, Vận tốc quay thùng ly tâm vận tốc quay ngược chiều trục vít dồn cặn Vỏ bao che Thùng quay ép cặn ly tâm ổ bi Trục vít quay tải cặn Xả nước hóa chất keo tụ vào Bánh xe truyền động ống dẫn hỗn hợp cặn Hộp số điều chỉnh tốc độ Xả cặn khô 235 Hỡnh 14-7 Mỏy li tõm lm khơ cặn có trục vít ép cặn thùng chứa cặn quay ngược chiều Máy ép xung ly tâm sử dụng phổ biến nhà máy xử lý nước thải:Vì vốn đầu tư ít,chi phí vận hành thấp,tuy có tốn điện máy khác,hệ thống kín khơng có mùi,chiếm diện tích,khơng phải thương xun theo dõi Nhước điểm:Tốn diện tích loại máy ép bang tải,lượng cặn nước lọc cao băng tải -Ống dẫn rút bùn từ cơng trình phải có đường kính 200 mm,tinh tốn ống dẫn bùn máy bơm bùn xem tài liệu tính tốn thủy lực dòng bùn cặn 236 CHƯƠNG XV TIỆT TRÙNG VX.1.GIỚI THIỆU Nước thải sau thải phương pháp sinh học chứa khoảng 105-106 vi khuẩn ml.Hầu hết vi khuẩn nước thải vi trùng gây bệnh,nhưng loại trừ khả tồn vi khuẩn gây bệnh đó.Nếu thải nước thải nguồn nước cấp hồ bơi,hồ nuôi cá khả lây truyền bệnh lớn,do phải có biện pháp triệt trùng nước thải trước xả xuống nguồn tiếp nhận.Các biện pháp triệt trùng là: 1.Dùng Clo qua thiết bị định lượng Clo 2.Dùng hypoclorit-Canxi dạng bột-Ca(Clo)2 hòa tan tùng dung dịch 3-5% định lượng vào bể xúc 3.Dùng Hypoclorit-nitrat,nước Zaven NaClo 4.Dùng Ozon,Ozon sản xuất từ khung khí máy tạo Ozon đặt nhà máy xử lý nước thải.Ozon sản xuất ra,được dẫn vào bể hòa tan tiếp xúc 5.Dùng tia cực tím (UV) đèn thủy ngân áp lực thấp sản ra.Đèn phát tia cực tím đặt ngập mương có nước thải chảy qua Từ trước đến nay,khi triệt trùng nước thaỉ hay dung Clo hay hợp chất cua Clo Clo hóa chất nghành cơng nghiệp dung nhiều,có sẵn thị trường,giá thành chấp nhận được,hiệu triệt trùng cao.Nhưng năm gần nhà khoa học đưa khuyến cáo hạn chế dung Clo để triệt trùng nước thải vì: -Lượng Clo dư 0,5 mg/l nước thải để đảm bảo an toàn ổn định trình triệt trùng gây hại đến cá sinh vật có ích khác -Clo kết hợp với Hydrocacbon thành hợp chất có hại môi trường sống Ở nước tiên tiến thay dần Clo Ozon làm chất tiệt trùng nước thải,và thay nghiên cứu áp dụng sát trùng thiết bị tia cực tím Động học trình tiệt trùng Clo,các thiết bị định lượng,quy trình vận hành trình cấp nước như: -Xử lý nước cấp cho dân dụng công nghiệp-nhà sản xuất kỹ thuật 1998 -Tính tốn thiết kế cơng trình hệ thống cấp nước sạch-Nhà xuất khoa học ky thuật 1999 Trong tài liệu xin giới thiệu khái quát phương pháp tiệt trùng Ozon tia cực tím XV.TRIỆT TRÙNG BẰNG OZON 237 Ozon có cơng thức hóa học O3,ở điều kiện thường Ozon chất không bền vững bị phân hủy nhanh thành oxy dạng bền vững O2.Ozon chất bền vững lưu giữ lâu bình nên phải dung máy sản xuất ozon ngya nơi sản xuất Ozon sản xuất cách cho Oxy qua thiết bị phóng tia lửa điện,như tượng ta thấy thiên nhiên sau chớp điện bão,khơng khí trở nên mát tác dụng làm Ozon Để cấp lượng ozon tiệt trùng cho nhà máy sản xuất nước thải,nhà máy phát tia lửa điện gồm điện cực kim loại đặt cách đoạn cho khung khí chạy qua.Cấp dòng điện xoay chiều vào điện cực để chuyển phần Oxy thành Ozon.Nguồn khung khí vừa nguồn cung cấp Oxy vừa chất điện môi để san diện tích phóng tồn diện tích điện cực,ngăn cản tượng phóng điện tải cục bộ.Sản phẩm phụ trình sản xuất Ozon nhiệt lượng.Luồng khung khí qua khe hở qua điện cực không đủ để làm lạnh (hại nhiệt) điện cực,do nhiệt độ cao Ozon sản xuất dễ bị phân hủy thành oxy cẩn phải lắp thiết bị làm lạnh điện cực nhà máy sản xuất ozon.Có loại làm lạnh điện cực: Làm lạnh khơng khí Làm lạnh nước Dưới tác dụng tia lửa điện,1 phần Nitơ phản ứng với nước thành Axit Nitric có tác dụng ăn mịn kim loại máy phát,do để loại trừ tượng này,khơng khí cho vào máy tạo ozon phải làm để khử toàn độ ẩm Nồng độ ozon khơng khí khỏi máy phát 1-2% tính theo trọng lượng đưa thẳng vào bể hòa tan tiếp xúc với nước thải tiệt trùng.Hiệu tiệt trùng phụ thuộc vào chất lượng nước thải,cường đọ khuấy trộn thời gian tiếp xúc.Dựa vào thời gian tiếp xúc cần đến phút,thường thiết kế loại hòa tan khuấy trộn ozon vào nước thải: 1.Đi qua lớp lọc 2.Dùng Ezector 3.Dùng cách khuấy để hịa tan khí Ưu nhược điểm Ozon: + Ưu điểm: 1.Khơng có mùi 2.Làm giảm nhu cầu Oxy nước,giảm nồng độ chất hữu cơ,giảm nồng độ chất hoạt tính bề mặt 3.Khử màu,phenol,Xiamua 4.Tăng nồng độ oxy hịa tan 238 5.Khơng có sản phẩm phu gây độc hại 6.Tăng vận tốc lắng hạt lơ lửng +Nhược điểm: 1.Vốn đầu tư ban đầu cao 2.Tiêu tốn lượng điện Khả tiệt trùng ozon: Độ hòa tan vào nước ozon gấp 13 lần độ hòa tan oxy.Khi vừa cho ozon vào nước,tác dụng tiệt trùng xảy ít,khi ozon hịa vào đủ liều lượng,đối với hàm lượng đủ để hòa tan chất hữu vi khuẩn nước,lúc tác dụng tiệt trùng ozon mạnh nhanh gâp 3100 lần so với Clo,và thời gian tiệt trùng xảy khoảng đến giây Liều lượng Ozon cần để tiệt trùng nước thải lắng bể đợt thường giao động từ 5-15 mg/l,tủy thuộc vào nước xử lý.Ozon có tác dụng tiệt virut mạnh thời gian tiếp xác đủ dài khoảng phút Khả sử dụng Ozon quy trình xử lý nước thải: 1.Ozon có khả khử chất rắn nước thải cách tác dụng oxy hóa tuyển nổi, bọt cặn lên cho ozon hòa tan vào nước thải,các bọt trình lên hấp thụ số lượng cặn cứng, hợp chất Nito photphat pH nước thải tăng lên chút CO2 thoát Khử màu độ đục tác dụng Oxy hóa Ozon với hợp chất tạo màu Chuyển hóa NH4+ thành NO3 Nồng độ ozon khơng khí cao mg/l gây độc cho người quản lý vận hành,do cần có biện pháp phát phòng ngừa thời gian đặt máy XV.3 TIỆT TRÙNG BẰNG TIA CỰC TÍM Tia cực tím (UV) tia xạ điện từ có bước sóng khoảng - 400nm (nanometer) Độ dài song tia cực tím nằm ngồi vùng phát hiện, nhận biết mắt thường Dùng tia cực tím để tiệt trùng khơng làm thay đổi tính chất hóa học lý học nước Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước song 254 nm, có khả diệt trùng cao Trong nhà máy xử lý nước thải, dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn phát tia cực tím 253,7 nm, bóng đèn đặt hộp thủy tinh khơng hấp thụ tia cực tím, ngăn cách đèn nước thải Đèn lắp thành hộp đựng có vách ngăn phân phối để nước chảy qua hộp cao Lớp nước qua đèn có độ dày 239 khoảng nm, lượng tiêu thụ lượng tiêu thụ từ 6000 - 13000 miccrowat/s, độ bền 3000 đến 8000 Nhược điểm tia cực tím : Chi phí vận hành cao Độ vẩn đục nước chất nhờn bám vào đèn ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn, hiệu tiệt trùng thấp Các thực nghiệm gần cho kết Nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng SS ≤50 mg/l, sau qua hộp đèn cực tím với tiêu chuẩn lượng nêu cho kết : Trong nước 200 ColiForm/.Kết khich lệ việc nghiên cứu để áp dụng đèn cực tím nhiều 240 ... Cặn lơ lửng dạng keo Cặn dạng keo phần cặn lơ lửng, chúng không lắng xuống đáy ống nghiệm thời gian dài hàng đến giờ, cặn keo thường chứa 65% cặn hữu cơ, 35% cặn vô cơ, cặn keo chịu tác động... chất bắt nguồn từ loại thức ăn cacbonhydrat, protein chất béo 10 - Cacbonhydrat sản phẩm dạng phân nhỏ axit hữu cơ, thành phần bị phân hủy trình hoạt động sống vi sinh.Cacbonhydrat thường tồn loại... hóa chất cần thiết tính mg/l để khử mg/l axit mg/l kiềm tính theo lượng kiềm axit CaCO3 (mg/l) Cacbonat canxi CaCO3 Oxyt canxi CaO 0,56 Hydroxit canxi Ca(OH)2 0,74 Oxyt magiê MgO 0,403 Hydroxit