Chương 3 xử lý nước thảy (bộ môn quản lý tài nguyên nước)

1
1
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.1. ðại cương
3.1. Các quá trình và công nghệ XLNT (xem lại Chương 1, Mục 1.3)
3.2. Cơ sở lựa chọn dây chuyền công nghệ XLNT
Quy mô/công suất của nguồn thải (lưu lượng thiết kế).
ðặc ñiểm nước thải (thành phần, nồng ñộ).
Mức ñô XLNT cần thiết (ñặc ñiểm và kha năng tư làm sạch nguồn nước,
yêu cầu theo tiêu chuẩn khi xa nước thải ra nguồn).
ðiều kiện tư nhiên nơi xây dựng (khí hậu, ñịa hình, ñịa chất công trình và
ñịa chất thuy văn… ).
ðặc ñiểm kinh tế xã hội (nguồn tài chính, kha năng cung ứng nguyên vật
liệu ñê xây dựng và vận hành công trình, nguồn nhân lực…).
Sư tham gia của cộng ñồng (sư chấp nhận của cộng ñồng, ñóng thuế
nước thải, giám sát hoạt ñộng của dư án ).
2
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.2. Xử lý sơ bộ và xử lý bậc một
3.2.1. ðiều hòa lưu lượng (Equalization)
Lưu lượng, thành phần các nguồn thải thường dao ñộng theo thời gian
Mục ñích của ñiều hòa lưu lượng:
duy trì dòng thải vào các thiết bị xử lý ổn
ñịnh, không thay ñổi.
Thường nếu nguồn thải có K ≥ 1,4 phải có bể ñiều hòa lưu lượng.
Vị trí bể ñiều hòa: thường sau bể lắng cát, trước bể lắng bậc 1.
ðôi khi có thể sử dụng bể ñiều hòa ñể ñiều chỉnh pH, sục khí sơ bộ.

Thể tích bể ñiều hòa xác ñịnh dựa vào ñường cong tích lũy lưu lượng (Hình
3.1).

Biểu diễn ñường cong tích lũy Q theo thời gian

Vẽ ñường tiếp tuyến với ñường cong song song với ñường Q
TB

Thể tích bể ñiểu hòa V
= khoảng cách theo chiều thẳng ñứng từ tiếp ñiểm ñến ñường Q
TB
(H.3.1.a),
hay
= khoảng cách giữa 2 tiếp ñiểm theo chiều thẳng ñứng (H.3.1.b)
2
3
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hình 3.1.
ðường cong tích lũy lưu lượng dùng xác ñịnh thể tích bể ñiều hòa
ab
4
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Ví dụ xây dựng ñường cong tích lũy lưu lượng dùng xác ñịnh thể tích bể ñiều hòa
3
5
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế

PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.2.2. Chắn rác (Screening)
3.2.2.1. ðối tượng xư lý:
Các vật thô như rác, túi nilon, vo cây,
Vị trí chắn rác: ñặt tại mương dẫn NT, trước trạm bơm và các công trình xư lý.
3.2.2.2. Thiết bị chắn rác
Phô biến là các song chắn rác (bar racks hay bar screens)
Cấu tạo song chắn rác:
Gồm những thanh kim loại ñặt kế tiếp nhau (khoảng hơ 15 - 75 mm)
Các thanh có tiết diện hình chữ nhật, tròn hay elip.
Các thanh chắn rác ñặt nghiêng so với hướng dòng chảy (45 – 900)
Theo phương thức làm sạch rác phân biệt 2 nhóm chắn rác :
làm sạch thu công (manual cleaning)→ lượng rác < 0,1 m
3
/d
làm sạch cơ giới (mechanical cleaning) → lượng rác > 0,1 m
3
/d
60 – 9045 – 60Góc nghiêng so với phương ngang,
0
15 – 7525 – 50Khoảng hở giữa các thanh chắn, mm
5 -1 55 – 15Bề rộng thanh chắn, mm
Làm sạch cơ giớiLàm sạch thủ côngThông số
Bảng 3.1.
Một số thông số của song chắn rác
6
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Hình 3.2.
Cấu tạo thiết bị song chắn rác
a) Bề mặt
b) Mặt cắt dọc
4
7
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Thiết kế song chắn rác

Vận tốc dòng chảy trước chắn : v ≥ 0,6 m/s

Vận tốc dòng chảy qua chắn : V ≥ 0,8 – 1,0 m/s

Tổn thất áp lực qua song chắn : h
L
≤ 150 mm

Sư dụng lưu lượng lớn nhất (Q
max
) trong tính toán thiết kế
8
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Thiết bị chắn rác kết hợp nghiền rác: barminutor
Dao cắt (di chuyển
lên-xuống)
Song chắn rác

Hình 3.3.
Barminutor
5
9
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.2.3. Lắng cát (Grit chamber: G.C)
3.2.3.1. ðối tượng xư lý
Các hạt vô cơ có kích thước và ty trọng lớn:
d ≥
≥≥
≥ 0,2 mm hay U
0
≥
≥≥
≥ 18 mm/s (U
0
: ñô lớn thủy lực)
3.2.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt ñộng của thiết bị
Nguyên tắc:
Xem mục 2.3.1 (Chương 2) – lắng loại 1.
Vận tốc dòng chảy (v) phải
ñu lớn
ñê các phần tư nho, nhe (chất rắn hữu cơ) không
lắng ñược và
ñu nho
ñê cát và các hạt vô cơ bị giữ lại trong bê lắng: v = 0,15 ~
0,30 m/s
3 loại bê lắng cát:

Bê lắng cát ngang
- tiết diện bề mặt hình chữ nhật, dòng nước thải chuyển ñộng dọc
theo chiều dài bề, có hố tập trung cát ở một ñầu.
Bê lắng cát ñứng
- có hình lăng tru ñứng, nước thải ñược dẫn vào từ dưới ñáy và ra
khỏi bê ở phía trên.
Thiết bị lắng cyclone
- có hình lăng tru với phần ñáy hình côn, dòng nước thải chảy
theo phương tiếp tuyến với thành thiết bị.
Phô biến nhất là bê lắng cát ngang (Hình 3.4)
10
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.2.3.3. Tính toán bê lắng cát ngang
Thê tích bê lắng cát gồm 2 phần: phần công tác và phần gom cát.
Chiều dài phần công tác của bê lắng ngang ñược tính theo công thức:
L - chiều dài phần công tác bê, m
H - chiều sâu công tác bê lắng, m
v - vận tốc dòng chảy trong bê khi lưu lượng lớn nhất, m/s
U
0
- ñô lớn thủy lực của hạt cát muốn giữ lại trong bê, mm/s
K - hê số (K=1,7 với U
0
= 18,7 mm/s và K = 1,3 với U
0
=24,2 mm/s)
)2.3(
1000

o
U
HvK
L
×
×
×
=
Hình 3.4.
Sơ ñồ nguyên tắc bể lắng cát ngang
NT vaìo NT ra
häú gom caït
L
H
6
11
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Bảng 3.2. Gia trị U
0
ñối với một sô cơ hạt khác nhau (ty khối 2,65)
• Chiều rộng bê lắng cát ngang tính theo công thức:
Q - lưu lượng nước thải thiết kế, m
3
/s
• Thông thường thiết kế bê lắng cát ngang với:
 Số bê nhiều hơn 1
 H = 0,25 ~ 1,0 m
 Cỡ hạt d = 0,2 mm và U0 = 18,7 mm/s

 v = 0,3 m/s
 Thời gian lưu nước thải = 0,5 ~ 2,0 phút
 Lưu lượng thiết kế: Q
max
)3.3(
Hv
Q
B
×
=
40,734,528,324,218,711,55,12U
0
(mm/s)
0,400,350,300,250,200,150,10d (mm)
12
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Ví dụ tính toán bê lắng cát
Tính toán thiết kế bê lắng cát ngang cho xư lý NT sinh hoạt có lưu lượng lớn nhất là
12.000 m
3
/d ñê loại các hạt có ñường kính 0,2 mm; chọn v ứng với lưu lượng lớn
nhất là 0,3 m/s.
Giải:
Thiết kế bê lắng thành 2 ngăn:
Q = 12000 m
3
/d = 0,14 m
3

/s → Q
tk
(mỗi bể) = 0,14/2 = 0,07 m
3
/s
v = 0,3 m/s ⇒ tiết diện ướt = 0,07/0,3 = 0,23 m
2
Chọn ñô sâu công tác H = 0,5 m
⇒ bề rộng B = 0,23/0,5 = 0,46 m – Lấy B = 0,5 m.
Chiều dài công tác của bê:
Lấy L = 14m
Vậy kích thước phần công tác: L x B x H = 14 m x 0,5 m x 0,5 m
Thể tích mỗi bể V = 3,5 m
3
Thời gian lưu NT = V/Q = 3,5/0,07 = 50 s
m
U
HvK
L
o
6,13
7,18
5,03,07,110001000
=
×
×
×
=
×
×

×
=
7
13
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.2.4. Lắng bậc 1 (primary settling)
3.2.4.1. ðối tượng xư lý
Bê lắng bậc 1 ñược sư dụng ñê loại các chất rắn lơ lửng khỏi nước thải trước khi ñi
vào hê xư lý sinh học.
Lắng bậc 1 có thê loại 40 – 60 % SS và 25 – 35 % BOD.
3.2.4.2. Nguyên tắc và cấu tạo thiết bị
Nguyên tắc lắng
: xem mục 2.3.1, Chương 2. Lắng bậc 1 là lắng loại 2 hay lắng tạo
bông (flocculent settling).
Cấu tạo bê lắng:
Theo hình dạng của tiết diện bề mặt bê, phân biệt:

Bê lắng hình chữ nhật (Rectangular tanks)

Bê lắng hình tròn (Circular tanks)
Theo hướng dòng chảy NT trong vùng lắng, phân biệt:

Bê lắng ngang – dòng NT chảy ngang qua bê (Horizontal flow)
(Hình 3.5)

Bê lắng ñứng – dòng NT chảy từ dưới lên (Upflow)
(Hình 3.6)


Bê lắng theo phương bán kính – dòng NT phân phối từ ống trung tâm ra thành bê
(Radial flow)
(Hình 3.7)

Bê lắng hình chữ nhật - lắng ngang

Bê lắng hình tròn – lắng ñứng và theo phương bán kính
14
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hình 3.5.
Bể lắng ngang
8
15
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hình 3.6.
Bể lắng ñứng
Hình 3.7.
Bể lắng theo phương bán kính
16
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
12 – 40 mðường kính
3 – 4 mChiều cao
Bể lắng tròn
5 – 10 mChiều rộng

25 – 50 mChiều dài
3 – 4 mChiều cao
Bể lắng chữ nhật
Giá trị tiêu
biểu
Thông số
4032 ~ 50Với Q
TB
SLR, m
3
/m
2
/d
248124 ~ 490WOR, m
3
/m/d
10081 ~ 122Với Q
max,h
2,01,5 ~ 2,0Thời gian lưu, h
Giá trị
tiêu biểu
Khoảng giá
trị
Thông số
SLR: Surface Loading Rate: Tải trọng bề mặt
WOR: Weir Overflow Rate: Tải trọng máng tràn
Thiết kế bể lắng bậc 1
Bảng 3.3.
Kích thước ñiển hình của
bể lắng bậc 1

Bảng 3.4.
Thông số thiết kế tiêu biểu của bể
lắng bậc 1
9
17
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3. Xư lý bậc hai
3.3.1. Một số khái niệm
Xư lý bậc hai = các quá trình xư lý sinh học: các vi sinh vật (VSV) sư dụng chất cần
loại bo trong nước thải (chất hữu cơ, N, P) làm cơ chất cho quá trình sinh trưởng
(gồm tạo năng lượng và tạo tế bào mới).
3.3.1.1. Vi sinh vật trong xư lý nước thải
Sư chuyển hóa sinh học chất thải liên quan ñến nhiều nhóm VSV khác nhau:
(1). Vi khuẩn
(Bacteria): ñóng vai trò quan trọng hàng ñầu trong chuyển hóa chất thải:
(2). Nấm
(Fungi): có vai trò quan trọng trong XLNT một số công nghiệp nhờ kha năng
phân hủy cellulose.
(3). ðộng vật nguyên sinh
(Protozoa): sư dụng VK và các hạt chất hữu cơ làm thức ăn
nên hoạt ñộng như những “tác nhân làm sạch” (polisher) nước thải sau XLSH, và có
vai trò duy trì cân bằng quần thê.
(4). Trùng bánh xe
(Rotifers): sư dụng VK và ñộng vật nguyên sinh làm thức ăn; ñặc
biệt hiệu quả trong tiêu thu các VK phân tán và tập hợp, các bông cặn hữu cơ.
(5). Tảo
(Algae): ñóng vai trò quan trọng trong các hồ hiếu khí và tùy nghi do kha năng
sinh O

2
và làm giảm N và P bởi quang tổng hợp.
18
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Phân biệt các vi khuẩn:
Theo nguồn carbon cần cho trao ñổi chất

VK tư dưỡng (Autotrophic) – nguồn C vô cơ (CO
2
, carbonat)

VK di dưỡng (Heterotrophic) – nguồn C hữu cơ
Theo nhu cầu oxy (O
2
)

VSV hiếu khí (Aerobic) - hoạt ñộng chỉ trong ñiều kiện có O
2

VSV ky khí (Anaerobic) - hoạt ñộng chỉ trong ñiều kiện không có O
2

VSV tùy nghi (Facultative) – có thê hoạt ñộng trong ñiều kiện có hoặc không có
O
2
.
Theo khoảng nhiệt ñô hoạt ñộng


VK ưa nóng (Thermophilic) – hoạt ñộng tốt nhất ở 50 ~ 65
o
C

VK ưa ấm (Mesophilic) – hoạt ñộng tốt nhất ở 25 ~ 40
o
C

VK ưa lạnh (Psychrophilic) – hoạt ñộng tốt nhất ở 12 ~ 18
o
C
Thành phần hóa học của vi khuẩn

Tế bào VK: 80% nước, 20% chất khô (90% là chất hữu cơ, 10% là chất vô cơ)

Thành phần nguyên tố tế bào VK (% chất khô): C (45 – 55), O (16 – 22), N (12
– 16), H (7 – 10), P (2 – 5) và các nguyên tố khác.

Công thức tượng trưng gần ñúng tế bào VK: C
5
H
7
NO
2
10
19
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Tùy theo ñiều kiện sinh trưởng của VSV trong hệ xử lý, phân biệt:


Quá trình hiếu khí (Aerobic process)
- quá trình xử lý sinh học xảy ra với sư có
mặt của oxy (O
2
)

Quá trình ky khí (Anaerobic process
) - quá trình xử lý sinh học xảy ra với sư
vắng mặt của oxy (O
2
)

Quá trình thiếu khí (Anoxic process
)- quá trình xử lý sinh học xảy ra với sư vắng
mặt của oxy (O
2
) nhưng nguồn nhận electron thay cho O
2
trong sư oxy hóa sinh
học là các chất vô cơ có oxy (NO
3
-
, NO
2
-
)

Nitrat hóa (Nitrification)-
quá trình chuyển hóa sinh học NH

3
(hay NH
4
+
) thành
NO
2
-
rồi NO
3
-

Khử nitrat (Denitrification
)- quá trình chuyển hóa sinh học NO
3
-
thành N
2

Quá trình sinh trưởng thê lơ lửng (Suspended-growth process
): quá trình xử lý
sinh học trong ñó VSV liên quan ñến chuyển hóa chất thải tồn tại dưới dạng lơ
lửng.

Quá trình sinh trưởng thê bám (Attached-growth process
): quá trình xử lý sinh
học trong ñó VSV liên quan ñến chuyển hóa chất thải tồn tại dưới dạng bám trên
bề mặt vật liệu mang.
20
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế

PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.1.2. Sơ lược ñộng học của sư sinh trưởng vi khuẩn
Trong hê thống xư lý NT, VK sinh trưởng ở ñiều kiện giới hạn cơ chất.
Tốc ñô sinh trưởng VK:
r
g
= µ
µµ
µ ×
××
× X (3.4)
X: nồng ñô vi khuẩn, mg/L
µ : tốc ñô sinh trưởng riêng, ngày
-1
µ tuân theo phương trình Monod:
µ
m:
tốc ñô sinh trưởng riêng cực ñại, ngày
-1
S: nồng ñô cơ chất, mg/L
K
S
: hằng số bão hòa (= nồng ñô cơ chất ở µ=µ
m
/2), mg/L
)5.3( .
SK
S
S

m
+
=
µµ
µ
1/2µ
m
K
s
S
µ
m
11
21
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Cơ chất bị tiêu thu bởi VK ñê:

sinh năng lượng (di hóa), và

tổng hợp tế bào VK mới (ñồng hóa).
Do chỉ phần nào cơ chất tiêu thu ñê tạo tế bào mới, nên:
r
g
= r
su
× Y (3.6)
r
su

: tốc ñô tiêu thu cơ chất, mg/L/h
Y : hiệu suất tạo tế bào (mg sinh khối tạo ra/mg cơ chất tiêu thu).
Từ ñó:
k =µ
m
/Y: tốc ñô tiêu thu cơ chất cực ñại/ñv khối lượng VK
Ở ñiều kiện cạn kiệt cơ chất, sẽ xảy ra quá trình hô hấp nội
sinh ñể sinh năng lượng, với tốc ñộ:
r
d
= k
d
× X (3.8)

k
d
: hằng số tốc ñô phân hủy nội sinh, ngày
-1
)7.3(
SK
kSX
SK
SX
Y
r
SS
m
su
+
=

+
=
µ
22
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.1.3. Một số thông số ñặc trưng cho hệthống XLSH
X: nồng ñô vi sinh vật, thường ñánh giá qua nồng ñô VSS, mg/L
S: nồng ñô cơ chất (BOD, COD, NH
4
-N, TKN,…), mg/L
Y : hiệu suất tạo tế bào, mg-VSS/mg-BOD
5
hay mg-VSS/mg-N,…
Thời gian lưu thủy lực: HRT (Hydraulic Retention Time) hay θ
Thời gian lưu bùn (với các hê có hồi lưu hay thê bám): SRT (Sludge
Retention Time) hay θ
C
Hiệu suất xư lý E = (C
0
-C) × 100/C
0
, %
Lượng bùn trong hệ xử lý
SRT =
Lượng bùn ra khỏi hệ mỗi ngày
Thể tích hệ xử lý (V)
HRT =
Lưu lượng nước thải qua hệ (Q)

12
23
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.2. Xử lý sinh học hiếu khí loại BOD/COD
3.3.2.1. ðại cương
Cơ chế loại chất hữu cơ trong xử lý sinh học hiếu khí:

bị oxy hóa thành CO
2
, H
2
O,… (dị hóa)
(C,H,O,N) + O
2
→ CO
2
+ H
2
O + NH
3
+ + Năng lượng [3.1]

dùng ñể tổng hợp tế bào VK mới (ñồng hóa)
(C,H,O,N) + O
2
+ Năng lượng → C
5
H

7
O
2
N [3.2]
Các ñặc ñiểm chung của xử lý hiếu khí:

Cần phải cung cấp oxy (tự nhiên, thiết bị sục khí)

Nhu cầu dinh dưỡng C:N:P = 100:5:1

Hiệu suất tạo sinh khối cao Y = 0,4 ~ 0,6 mgVSS/mgBOD
5

Hiệu suất xử lý BOD cao, có thể ñến 95%
Các hệ thống xử lý hiếu khí:

Thể lơ lửng: ví dụ bùn hoạt tính (activated sludge)

Thể bám dính: ví dụ lọc sinh học (trickling filter)
24
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.2.2. Quá trình bùn hoạt tính
Bể
sục khí
NT vào NT sau xử lý
Bùn ho
ạ
t tính h

ồ
i lưu
Bùn thải
Bể lắng
Nước thải (qua xư lý sơ bô và bậc một) + bùn hồi lưu  bê sục khí (bể aeroten).
VSV hiếu khí ñược duy trì ở thê lơ lửng và khuấy trộn ñều nhờ sục khí.
Khối “chất lỏng trộn lẫn” (mixed liquor) ñược dẫn vào bê lắng. Một phần bùn lắng
ñược hồi lưu, phần còn lại thải bo (thường là ñược xư lý tiếp theo).
Phần bùn hồi lưu chứa các VSV ñã quen với các ñiều kiện trong bê sục khí, bô
sung VSV ñê ñạt nồng ñô yêu cầu - ñược gọi là
bùn hoạt tính
.
Hình 3.8.
Sơ ñồ nguyên tắc quá trình bùn hoạt tính
13
25
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Tính toán một số thông số thiết kế và kiểm soát vận hành quan trọng trong QT bùn
hoạt tính:
(3.10)
00
θX
S
VX
QS
F/M ==
(3.9)
1

0
k
θX
SS
=Y
θ
d
C
−
−
(3.13)
1
Cd
obs
θ+k
Y
=Y
V, X
Q, S
0
Q
R
, X
R
Q
W
, X
R
Q
e

, S
(3.12)
X-X
X

R
==
Q
Q
R
R
(3.11) 10
3-
0
×=
V
QS
OLR
P
x
=Y
obs
×
××
×
Q
×
××
×
(S

0
- S)
×
××
×
10
-3
(3.14)
Chú thích:
•
F/M: Food/Microorganisms, mgBOD
5
/mgVSS/ngày hay
ngày
-1
•
OLR: Organic Loading Rate – tải trọng hữu cơ,
kgBOD
5
/m
3
/ngày
•
Q
R
: Lưu lượng bùn hồi lưu, m
3
/ngày
•
R: tỷ số hồi lưu

•
Y
obs
: Hiệu suất tạo bùn thực tế, ngày
•
P
X
: Lượng bùn sinh ra, kg/ngày
•
Y, k
d
: các thông số ñộng học, thu ñược từ thí nghiệm
hay tra cứu
26
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Bảng 3.5.
Các thông số thiết kế ñiển hình với QT bùn hoạt tính thông thường
4 ~ 8hHRT
1500 ~ 3000mg/LMLVSS
0,25 ~ 0,75R
0,32 ~ 0,64kg-BOB
5
/m
3
/ngàyOLR
0,2 ~ 0,4 kg-BOD
5
/kg-MLVSS/ngàyF/M

5 ~15ngày
θ
C
Khoảng giá trịðơn vịThông số
Chỉ số thể tích bùn (Sludge Volume Index, SVI)
Dùng ñánh giá kha năng lắng của bùn hoạt tính trong bê lắng bậc 2
SVI < 100 : bùn lắng rất tốt
100 < SVI < 150 : bùn lắng ñạt
SVI > 200 : bùn lắng kém
Thê tích bùn lắng ñược tư 1 L mẫu sau 30 phút (mL)
SVI =
Khối lượng khô của chất rắn trong 1 L mẫu (g)
14
27
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Ví dụ tính toán hệ thống bùn hoạt tính
Tính các thông số thiết kế và vận hành cho quá trình bùn hoạt tính trộn lẫn hoàn toàn
xư lý nước thải có lưu lượng 2.000 m
3
/ngày và BOD
5
= 300 mg/L. Nước thải sau khi xư
lý phải ñạt BOD
5
= 50 mg/L. Các ñiều kiện sau ñược áp dụng: nồng ñô bùn trong bể
phản ứng X = 2.500 mg/L; tỷ số hồi lưu R = 0,5; giá trị thiết kế SRT= 10 ngày; Y = 0,50
mgVSS/mgBOD
5

; k
d
= 0,05 ngày
-1
Giải:
(1). Tính HRT
Từ công thức (3.9)
→
HRT = Y(S
0
-S)/X/(1/SRT+k
d
)
= 0,5(300-50)/2500/(0,1+0,05) = 0,33 ngày = 8 h
(2). Tính thể tích bể thông khí: V = Q
×
HRT = 2000 m
3
/ngày
×
0,33 ngày = 660 m
3
(3). Tính tỷ số F/M: (3.10)
→
F/M = 300/0,33/2500 = 0,36 mgBOD
5
/mgVSS/ngày
(4). Tính OLR: (3.11)
→
OLR = 2000

×
300/660/1000 = 0,9 kgBOD
5
/m
3
/ngày
(5). Tính Q
R
: (3.12)
→
Q
R
= 0,5
×
2000 = 1000 m
3
/ngày
(6). Tính Y
obs
: (3.13)
→
Y
obs
= 0,5/(1+0,05
×
10) = 0,33 mgVSS/mgBOD
5
(7). Tính P
x
: (3.14)

→
P
x
= 0,33
×
2000
×
(300-50)/1000 = 165 kg/ngày
28
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.2.3. Lọc sinh học (Trickling filter)
Hình 3.9.
Sơ ñô cấu tạo một tháp lọc
Nước thải ñược phun từ bên trên và
chảy nho giọt qua tháp lọc chứa vật liệu
lọc trên ñó các VSV bám vào. Quá trình
phân hủy chất thải xảy ra khi nước thải
chảy qua lớp lọc.
Hê thống ống hay rá ñục lỗ thu gom
nước thải lẫn với chất rắn sinh học và có
tác dụng thông khí cho tháp lọc.
Một phần nước thải chưa lắng hoặc ñã
lắng có thê ñược hồi lưu ñê pha loãng
nước thải vào.
Vật liệu lọc: ñá sỏi, xỉ, plastic,…
Các VSV bám trên vật liệu lọc tạo thành
màng sinh học.
Có thê ñạt SRT dài với HRT ngắn, lượng

bùn tạo ra ít.
15
29
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.3. Xử lý sinh học kỵ khí loại BOD/COD
3.3.3.1. ðại cương
Cơ chế loại chất hữu cơ trong xử lý sinh học kỵ khí:

bị phân hủy thành CO
2
, CH
4
,… (dị hóa)
(C,H,O,N,S) → CO
2
+ CH
4
+ H
2
S + NH
3
+ + Năng lượng [3.3]

tổng hợp tế bào VK mới (ñồng hóa)
(C,H,O,N) + Năng lượng→ C
5
H
7

O
2
N [3.4]
Các ñặc ñiểm chung của xử lý kỵ khí:

Áp dụng xử lý nước thải có hàm lượng SS và chất hữu cơ cao

Hiệu suất tạo sinh khối thấp Y = 0,02 ~ 0,05 mgVSS/mgBOD
5

Hiệu suất xử lý COD thấp hơn hiếu khí, thông thường 80-85%
→Thư
ờ
ng ñược
sư dụng như một giai ñoạn “tiền xư lý” cho quá trình xư lý hiếu khí tiếp theo.
Các hệ thống xử lý kỵ khí:

Thể lơ lửng: ví dụ bể phân hủy kỵ khí thông thường (anaerobic digestor), UASB

Thể bám dính: ví dụ lọc kỵ khí (anaerobic filter)
30
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hình 3.10.
Các giai ñoạn chuyển hóa chất hữu cơ thành CH
4
và CO
2
Các chất hữu cơ phức tạp

(polysaccharide, protein, lipid,…)
Các chất hữu cơ phức tạp
(polysaccharide, protein, lipid,…)
Các chất hữu cơ ñơn giản
(glucose, amino acid, acid béo,…)
Các chất hữu cơ ñơn giản
(glucose, amino acid, acid béo,…)
Các VFA, alcol,
(acetic, propionic, lactic, etanol,…)
Các VFA, alcol,
(acetic, propionic, lactic, etanol,…)
Acetat, CO
2
, H
2
Acetat, CO
2
, H
2
CH
4
, CO
2
CH
4
, CO
2
VK thủy phân (Hydrolytic bacteria)
VK lên men tạo acid
(Fermentative acidogenic bacteria)

VK tạo acetat
(Acetogenic bacteria)
VK tạo metan
(Methanogens)
Giai ñoạn
thủy phân
Giai ñoạn tạo acid
Giai ñoạn
tạo metan
16
31
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Các yếu tố môi trường ñể duy trì sự vận hành
tốt của hệ xử lý kỵ khí:
Nhiệt ñộ: 30 – 38
o
C, tối ưu 35
o
C (với trường hợp
mesophilic)
pH : 6,7 - 7,4 (tối ưu 7,0 -7,2); không ñược dưới
6,2.
ðộ kiềm: 2.500 - 5.500 mg CaCO
3
/L (nếu thiếu, bổ
sung bằng NaHCO
3
, Na

2
CO
3
)
Tỷ lệ C/N = 25/1 ~ 30/1
Không có mặt các chất ñộc, chất ức chế như DO,
kim loại nặng, NH
3
, CN
-
, S
2-
32
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.3.2. Bể phân hủy kỵ khí thông
thường
Hình 3.11
. Sơ ñồ bể phân hủy kỵ khí
thông thường
• Bê kín, chất hữu cơ bị phân hủy
khi lưu bùn/NT trong thiết bị 1
thời gian nhât ñịnh.
• Ở ñiều kiện không khuấy trộn,
không gia nhiệt, bể làm việc ở tải
trọng thấp với HRT= 30-60 ngày;
xảy ra sự phân tầng trong bể
(Hình 3.11)
• Khi có gia nhiệt và khuấy trộn,

bể có thể làm việc ở tải trọng cao
hơn với HRT ngắn hơn (~15
ngày)
Thoát khí
Lớp váng
Lớp nước lắng
Lớp bùn ñang
phân hủy
Lớp bùn ñã
phân hủy
Xả nước lắng
Xả bùn
Khí
Bùn/NT
vào
17
33
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hỗn hợp khí sinh ra (chu yếu CH
4
và CO
2
) có thê thu hồi ñê sư dụng hoặc thải bo.
Trường hợp có thu hồi khí
→
”Công nghê biogas” (Biogas Technology)
Thành phần biogas: 55 - 65% CH
4

, 35 - 45% CO
2
, 0 - 3 % N
2
, 0 - 1% H
2,
H
2
S
Nhiệt trị: CH
4
= 9.000 kcal/m
3
; Biogas = 4.500 – 6.300 kcal/m
3
.
ðốt 1m
3
biogas có thê: cung cấp 1,25 kWh/nấu 3 bữa ăn cho 4 người/chạy tu lạnh
1m
3
trong 1 giờ.
1m
3
biogas tương ñương v
ớ
i 0,4 kg dầu diesel; 0,8 kg than ñá; 0,43 kg khí hóa l
ỏ
ng
(LPG).

40 - 70Hiệu suất loại VS, %
30 - 70Hiệu suất loại COD, %
10 - 60HRT, ngày
1 - 4Tải trọng chất rắn, kgVS/ m
3
/ngày
1 - 6Tải trọng hữu cơ, kg COD/m
3
/ngày
Giá trị tiêu biểuThông số
Bảng 3.6.
Một số thông số làm việc của bể PHKK thông thường
34
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NT vào từ ñáy thiết bị, chảy ngược lên qua
lớp ñệm bùn-gồm các hạt bùn (granule) tạo
bởi sinh khối và VK hoạt ñộng bám vào
nhau. Sư phân hủy chất hữu cơ sẽ xảy ra
khi NT chảy qua lớp ñệm này.
Khí tạo thành (CH
4
và CO
2
) kéo theo các hạt
bùn nổi lên, va vào thành bô tách pha rắn-
khí dạng hình nón lật ngược  các bọt khí
ñược giải phóng, thoát lên; các hạt bùn lại
rơi trơ lại lớp ñệm bùn.

ðể duy trì lớp ñệm bùn, tốc ñô dòng NT
phải ở mức 0,6 - 0,9 m/h.
Ưu ñiểm UASB
: hiệu suất loại chất hữu cơ
cao, HRT ngắn (0,5~1 ngày), yêu cầu năng
lượng ít, không cần vật liệu bám cho VSV.
Nhược ñiểm
: khó kiểm soát trạng thái và
kích thước các hạt bùn.
Khí
NT ra
Lớp ñệm
bùn
NT
vào
Bộ tách
rắn-khí
3.3.3.3. Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Hình 3.12.
Cấu tạo bể UASB
18
35
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
9 ~ 1412 ~ 1835
6 ~ 98 ~ 1230
3 ~ 64 ~ 825
2 ~ 32 ~ 420
NT chưa lắng b.1NT ñã qua lắng b.1

OLR, kgCOD/m
3
/dNhiệt ñô vận
hành,
o
C
Bảng 3.7. Tải trọng COD của bê UASB với bùn hoạt tính dạng hạt
Hạt bùn (granule):
Kích thước hạt = 0.5 ~ 2.5 mm
Nồng ñộ = 50 ~ 100 g VSS/L ở dưới
= 5 ~ 40 VSS g/L ở phần trên
36
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.3.4. Bể lọc kỵ khí dòng chảy ngược (UAF)
Khí
NT ra
NT vào
Vật liệu lọc
• Bê thường hình tru, NT chảy từ dưới lên
qua lớp vật liệu lọc.
• Vật liệu lọc: ñá, sỏi, sành sứ vỡ, plastic với
ñô rỗng
≥
50%.
• Tải trọng hữu cơ thiết kế thông thường 1~
7 kgCOD/m
3
/ngày; tối ña là 10 ~16

kgCOD/m
3
/ngày.
75 - 850,96 - 4,8024 - 4810000 - 20000UAF
75 - 85 4,0 - 12,04 - 12 5000 - 15000UASB
Hiệu suất loại COD, %OLR, kgCOD/m
3
/dHRT, hCOD vào, mg/LThiết bị
B
ả
ng 3.8.
Một số thông sô vận hành của UASB và UAF
Hình 3.13.
Cấu tạo bê lọc ky khí dòng chảy ngược
19
37
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.4. Xử lý sinh học loại nitơ
3.3.4.1. ð
ạ
i cương
Nitơ trong nước thải: nitơ hữu cơ (Org-
N), amoni (NH
4
+
), nitrit (NO
2
-

) hay nitrat
(NO
3
-
).
Mục tiêu xư lý: chuyển hóa các dạng N
này thành N
2
. Ngoài ra, một phần N
cũng sẽ bị loại dưới dạng sinh khối của
VSV.
Cơ sơ lý thuyết của xư lý loại N: các
chuyển hóa sinh học trong chu trình nitơ
(Hình 3.14).
Các quá trình xư lý N:
QT xư lý N truyền thống = Nitrat hóa
+ Khư nitrat
QT xư lý N mới = Nitrit hóa +
Anammox
N
2
NH
4
+
NO
2
-
NO
3
-

N
2
O
Org-N
NO
N
2
H
4
NH
2
OH
Hình 3.14.
Chu trình nitơ-cơ sở các quá trình
xử lý sinh học loại nitơ
38
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.4.2. X
ử
lý nitơ b
ằ
ng quá trình k
ế
t h
ợ
p nitrat hóa-kh
ử
nitrat

Các phản ứng chuyển hóa:

Giai ño
ạ
n nitrat hóa
-NH
4
+
bị oxy hóa ñến NO
3
-
theo 2 bước
2 NH
4
+
+ 3 O
2
→ 2 NO
2
-
+ 4 H
+
+ 2 H
2
O [3.5]
2 NO
2
-
+ O
2

→ 2 NO
3
-
[3.6]
P/
ứ
t
ổ
ng c
ộ
ng:
NH
4
+
+ 2 O
2
→ NO
3
-
+ 2 H
+
+ H
2
O [3.7]

Giai ño
ạ
n kh
ử
nitrat:

Nitrat ñược khử ñến N
2
qua 2 bước
6 NO
3
-
+ 2 CH
3
OH → 6 NO
2
-
+ 2 CO
2
+ 4 H
2
O [3.8]
6 NO
2
-
+ 3 CH
3
OH → 3 N
2
+ 3 CO
2
+ 3 H
2
O + 6 OH
-
[3.9]

P/ư t
ổ
ng c
ộ
ng:
6 NO
3
-
+ 5 CH
3
OH → 3 N
2
+ 5 CO
2
+ 7 H
2
O + 6 OH
-
[3.10]
T
0
, DO
µ
m
’= µ
m
× 1,09
(T-20)
× (1 - DO)
µ

m
: ở 20
0
C
T
0
, DO, pH
µ
m
: ở 15
0
C
Các yếu tố ảnh
hưởng tốc ñộ
sinh trưởng
C hữu cơ (CH
3
OH, ) (Dị dưỡng)C vô cơ (CO
2
, carbonat) (Tự dưỡng)Nguồn carbon
Thiếu khí, cần hạn chế O
2
Hiếu khí, cần cung cấp O
2
ðiều kiện O
2
Khử nitratNitrat hóaðặc ñiểm
( )
[ ]
pH

DOK
DO
e
O
T
mm
−×−×
+
××=
−
2,7833.01'
2
)15(098.0
µµ
Bảng 3.9.
Một số ñặc ñiểm vi khuẩn nitrat hóa và khử nitrat
20
39
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Các sơ ñồ công nghệ xử lý - Về nguyên tắc có 2 kiểu bố trí:

Khử nitrat sau (Post-denitrification) – hay
quá trình Ludzack-Ettinger
(
Hình
3.15.a
): cần cung cấp nguồn C hữu cơ bên ngoài (CH
3

OH, C
2
H
5
OH, CH
3
COOH,
glucose, )

Khử nitrat trước (Pre-denitrification) – hay
quá trình Ludzack-Ettinger c
ả
i ti
ế
n
(MLE) (
Hình 3.15.b
): sử dụng nguồn C hữu cơ có sẵn trong nước thải, tuy
nhiên phải bơm hồi lưu nước thải sau bể nitrat hóa với lưu lượng 2-3 lần lưu
lượng NT vào.
Hình 3.15.
Các sơ ñồ công nghệ kết hợp nitrat hóa-khử nitrat xử lý N
Aerobic
(Nitrat hóa)
Anoxic
(Khử nitrat)
Lắng
Org-C
Hồi lưu bùn
Aerobic

(Nitrat hóa)
Anoxic
(Khử nitrat)
Lắng
Hồi lưu bùn
Hồi lưu NT chứa nitrat
a)
b)
NO
3
-
NH
4
+
OrgC
NH
4
+
40
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Vùng thiếu
khí
(Kh
ử
nitrat)
Vùng hiếu khí
(Oxi hóa BOD
và nitrat hóa)

Vùng
hiếu
khí
(ñu
ố
i
N
2
)
Vùng thiếu
khí
(Kh
ử
nitrat)
Bể lắng
Hồi lưu bùn
NT
vào
NT sau
xử lý
Bùn thải
Hồi lưu NT chứa NO
3
-
Hình 3.16
. Sơ ñồ công nghệ Bardenpho 4 giai ñoạn xử lý nitơ
• Một dạng cải tiến của MLE là công nghệ Bardenpho 4 giai ñoạn (Hình
3.16)
21
41

BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.4.3. Xư lý nitơ bằng các quá trình mới trên cơ sơ anammox
(1). Phản ứng anammox (
Anaerobic ammonium oxidation)
ðược phát hiện năm 1995
Oxy hóa sinh học NH
4
+
dưới ñiều kiện ky khí với NO
2
-
là phần tư nhận
ñiện tư tạo thành N
2
:
NH
4
+
+ NO
2
-
→ N
2
+ 2 H
2
O [3.11]
Hệ số tỷ lượng p/ư anammox tính ñến sự tăng trưởng sinh khối:
NH

4
+
+ 1.32 NO
2
-
+ 0.066 HCO
3
-
+ 0.13 H
+
→ 1.02 N
2
+ 0.26 NO
3
-
+0.066 CH
2
O
0.5
N
0.15
+ 2.03 H
2
O [3.12]
Các vi khuẩn anammox:

Kỵ khí, tự dưỡng

Sinh trưởng rất chậm (thời gian nhân ñôi = 10 ngày; so với 0,8 ngày của
Nitrosomonas

)

Hiệu suất tạo sinh khối thấp (Y = 0,066 mgVSS/mgN)
42
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
(2). Công nghệ xử lý nitơ trên cơ sở anammox
Về nguyên tắc, ñể áp dụng phản ứng anammox, trong nước thải phải chứa
NH
4
+
và NO
2
-
với tỷ lệ mol 1: 1,32 như ở phản ứng [3.12].
Trên thực tế, NT chứa chủ yếu NH
4
+
nên:
 hoặc phải bổ sung NO
2
-

 hoặc phải chuyển hóa ~50% NH
4
+
thành NO
2
-

ñể phần NO
2
-
tạo ra phản
ứng với NH
4
+
còn lại.
Hướng thứ hai là nguyên lý cho các ứng dụng thực tế của anammox.
Công nghệ xử lý nitơ mới gồm nitrit hóa bán phần (partial nitritation) theo
sau là anammox:
2 NH
4
+
NH
4
+
+ NO
2
-
N
2
Nitrit hóa bán phần: 2NH
4
+
+ 1,5 O
2
→ NH
4
+

+ NO
2
-
+ 2 H
+
+ H
2
O [3.13]
Có thể ñạt ñược nitrit hóa bán phần bằng cách kiểm soát ñiều kiện phản
ứng ñể ức chế VK
Nitrobacter
và khuyến khích VK
Nitrosomonas
:

Nhiệt ñộ cao (> 30oC)

DO thấp (<1 mg/L)

Nồng ñộ NH3 tự do cao
Nitrit hóa bán phần
Anammox
22
43
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Có 2 kiểu công nghệ:

Nitrit hóa và anammox trong 2 thiết bị riêng

– ví dụ SHARON-Anammox (Hình 3.17)
– ñã có ở quy mô trạm xử lý lớn.
So với hệ thống nitrat hóa-khử nitrat, tiết kiệm 50% nhu cầu oxy và 100% nhu cầu
bổ sung nguồn carbon hữu cơ.

Nitrit hóa và anammox trong 1 thiết bị
– ví dụ các quá trình:

CANON (Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite

OLAND (Oxygen-Limited Autotrophic Nitrification-Denitrification)

SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation)
Hình 3.17.
Sơ ñồ SHARON-Anammox
44
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
VFA
Năng lợng
PO
4
3-
ði
ề
u ki
ệ
n k
ỵ

khí
CO
2
+ H
2
O
ði
ề
u ki
ệ
n hi
ế
u khí
O
2
Các hợp chất carbon ñược tích lũy Hạt volutin
Năng lợng
PO
4
3-
-ñồng hóa các chất hữu cơ hòa tan (các
VFA);
- năng lượng từ sư phân cắt liên kết
phosphate trong các hạt volutin
- hấp thu P trơ lại ñê dư trữ năng lượng vào
dạng liên kết phosphate.
- lượng P hấp thu cao hơn mức bình thường
→ hấp thu thêm P từ nước thải.
3.3.5. Xử lý sinh học loại phospho
3.3.5.1. Nguyên tc

Liên quan kha năng nha - hấp thu phospho của các VK Acinetobacter:
Hình 3.18.
Nguyên tắc xử lý phospho
23
45
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.5.2. Các công nghệ xử lý phospho
Hình 3.19.
Quá trình A/O (Loại P ở dây chuyền chính)
Vùng kỵ
khí
Bể lắng
Bùn hồi lưu
Bùn th
ả
i (giàu P)
NT vào
NT sau xử
lý
Vùng hiếu
khí
Bể thông khí
Bùn h
ồ
i lưu tr
ự
c ti
ế

p
Bùn th
ả
i
NT vào
NT sau xử lý
Bể kỵ khí giải
phóng P
Bể kết
tủa
Vôi, muối
kim loại
Bùn th
ả
i ch
ứ
a P
Bể lắng
Bùn h
ồ
i lưu ñã tách P
Nư
ớ
c l
ắ
ng h
ồ
i lưu
Hình 3.20.
Quá trình PhoStrip (loại P ở dây chuyền phu)

46
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.6. Một số hê thống xư lý tư nhiên
3.3.6.1. Các hồ sinh học (Biological ponds)
Hồ sinh học: thủy vực tư nhiên hoặc nhân tạo trong ñó xảy ra các quá trình
phân hủy chất thải bởi các VSV và các sinh vật khác.
Theo bản chất QT sinh học xảy ra trong hồ:

Hồ hiếu khí (Aerobic ponds) – oxy hóa chất thải do các VSV hiếu khí

Hồ ky khí (Anaerobic ponds) – phân hủy chất thải do các VSV ky khí

Hồ tùy nghi (Facultative ponds) – cả quá trình oxy hóa hiếu khí (tầng trên) và
phân hủy ky khí (tấng ñáy)

Theo chức năng trong hê thống xư lý:

Hồ xư lý bậc 2
→
nhận nước thải thô hay ñã qua xư lý bậc 1

Hồ xư lý triệt ñê (maturation pond)
→
nhận nước thải ñã qua xư lý bậc 2
Có thê kết hợp tha các thực vật nổi trong hồ (bèo tây, bèo tấm, bèo cái,…)
24
47
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế

PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
H
H
ồ
ồ
k
k
ỵ
ỵ
kh
kh
í
í
c
c
ó
ó
thu
thu
h
h
ồ
ồ
i
i
biogas
biogas
Ví
Ví

du
du
̣
̣
:
:
công
công
nghê
nghê
̣
̣
CIGAR (Covered
CIGAR (Covered
In
In
-
-
Ground Anaerobic Reactor)
Ground Anaerobic Reactor)
xư
xư
̉
̉
ly
ly
́
́
NT
NT

sả
sả
n
n
xu
xu
ấ
ấ
t
t
tinh
tinh
b
b
ộ
ộ
t
t
ở
ở
Thá
Thá
i
i
Lan
Lan
Ưu ñiểm của các hồ sinh học:

Chi phí ñầu tư, vận hành và bảo trì thấp


Cho phép tận dụng các ao hồ, khu ruộng trũng có sẵn

Có thê kết hợp mục ñích khác (nuôi trồng thủy sản, ñiều hòa nước mưa,…)
Hạn chế của hồ sinh học:

Yêu cầu mặt bằng lớn

Thời gian lưu nước thải dài

Dễ bị ảnh hưởng bởi các thay ñổi thời tiết, khí hậu
48
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hồ kỵ khíHồ tùy nghiHồ hiếu khíThông số
Sản phẩm chuyển hóa
cơ bản
Hiệu suất loại BOD
5
,
%
Tải trọng BOD
5,
kg/ha/ngày
T
o
hoạt ñộng,
o
C
Thời gian lưu, ngày

Kiểu vận hành
ðô sâu, m
Diện tích, ha
CO
2,
CH
4
, Tế́ bào VK
Tảo, CO
2,
CH
4
, Tế
bào VK
Tảo, CO
2,
Tế bào
VK, NO
3
-
50 - 8580 - 9560 - 80
224 - 56056 - 200
≤
17
6 - 500 - 500 - 30
20 - 505 - 305 - 20
Nối tiếp
Nối tiếp/ Song
song
Nối tiếp/ Song

song
2,4 - 4,81,2 - 2,40,9 - 1,5
0,2 - 0,80,8 - 40,8 - 4
Bảng 3.10.
Một số ñặc ñiểm của các hồ sinh học xử lý nước thải
25
49
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.6.2. Các bãi l
ọ
c tr
ồ
ng cây (Wetlands)
Các hê thống xư lý NT trên ñất bão hòa nước (mực nước ngang hay cao hơn bề mặt
ñất), có thực vật sinh sống và các chất thải ñược loại trừ bởi tô hợp các quá trình vật
lý, hóa học, sinh học.
Phân biệt:

bãi lọc trồng cây tư nhiên (Natural wetlands):

tận dụng các ñiều kiện tư nhiên (ñất, ñịa hình, hê thực vật, ñộng vật) chỉ xây dựng hê thống phân
phối và thu nước thải.

Giá thành xây dựng rẻ, quản lý ñơn giản, hiệu quả kinh tế.

Khó ñiều khiển và kiểm soát do phu thuộc vào các yếu tố ngoại cảnh.

bãi lọc trồng cây nhân tạo (Constructed wetlands):


Các bãi ñất ñược quy hoạch sẵn, phân thành từng ô thửa;

Có thê thay ñất bằng các loại vật liệu lọc có kha năng lọc cao (sỏi, ñá dăm…)

Hê thống phân phối và thu nước bố trí phù hợp kha năng thấm lọc của vật liệu lọc

Hiệu quả xư lý ổn ñịnh do có thê kiểm soát ñược quá trình làm việc.
Theo ñặc ñiểm làm việc, phân biệt:

bãi lọc dòng chảy bề mặt (FSW: Free Surface Water Wetlands)

bãi lọc dòng chảy ngầm (SSF: Subsurface Flow Wetlands)
50
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI
FSW wetland
Vật liệu thường là ñất tự nhiên.
Lớp nước bề mặt cao 0.1 - 0.6 m; cây cắm
rễ trong ñất, 1 phần ngập trong nước, 1
phần trên mặt nước; thu nước thải ra ở bề
mặt
Phân hủy chất thải xảy ra chủ yếu trong
nước, do các VSV bám trên thân, cành, lá
của cây sống và lớp mục ruỗng ở ñáy
Phụ thuộc nhiều vào ñiều kiện tự nhiên,
việc thu hoạch cây…
Vấn ñề phát triển các SV truyền bệnh:
muỗi, ruồi,…

SSF wetland
Sử dụng các vật liệu lọc ñá dăm, sỏi,…
Cây cắm rễ trong lớp vật liệu và thân trên
mặt ñất; nước thải ñược cho chảy ngầm
qua lớp vật liệu và thu nước thải ra ở ñáy.
Phân hủy chất thải xảy ra trong lớp vật
liệu, do các VSV bám trên bề mặt vật liệu
và rễ cây.
Quá trình xử lý nước thải khá ổn ñịnh.
Hạn chế phát triển các SV truyền bệnh
Hình 3.21.
Sơ ñồ các hệ thống bãi lọc trồng cây FSW và SSF