Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải kim liên trên cơ sở mô hình số
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.49 MB, 164 trang )
bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
=================
TRN TH MIấN
Nghiờn cu nõng cao hiu qu x lý nc thi ca nh
mỏy x lý nc thi Kim Liờn trờn c s mụ hỡnh s
Luận văn thạc sĩ khoa học
Ngành: công nghệ môi trờng
ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS ng Xuõn Hin
Hà Nội - 2011
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ MỘT SỐ CÔNG
NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ HIỆN NAY ................................................... 3
1.1. Nguồn gốc, phân loại và số lượng nước thải ......................................................... 3
1.1.1. Nước thải sinh hoạt ...................................................................................... 4
1.1.2. Nước thải công nghiệp ................................................................................. 7
1.1.3. Hiện trạng nước thải đô thị của thành phố Hà nội ....................................... 9
1.2. Hệ thống thu gom nước thải nước thải đô thị ....................................................... 10
1.3. Các bước trong công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay ............................. 12
1.4. Kiểm soát và loại bỏ Nitơ và Phospho trong nước thải ........................................ 15
1.4.1. Quá trình kiểm soát và loại bỏ Nitơ ........................................................... 16
1.4.2. Quá trình khử Photpho ................................................................................ 18
1.5. Một số công nghệ được ứng dụng để xử lý nước thải đô thị hiện nay................................... 19
1.5.1. Cụm thiết bị hợp khối USBF ....................................................................... 19
1.5.2. Cụm thiết bị hợp khối JOHKASOU (Nhật Bản) ......................................... 21
1.5.3. Công nghệ xử lý nước thải Bio-Sac (Hàn Quốc) ........................................ 23
CHƯƠNG II: MÔ HÌNH HÓA TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ................................ 24
2.1. Tìm hiểu chung về mô hình hóa ............................................................................ 24
2.1.1. Vai trò của mô hình hóa hệ thống ............................................................... 24
2.1.2. Định nghĩa ................................................................................................... 25
2.1.3. Một số nguyên tắc khi xây dựng mô hình ................................................... 26
2.2. Mô hình hóa trong nghiên cứu môi trường ........................................................... 27
2.2.1. Lịch sử phát triển của mô hình hóa quá trình xử lý nước thải .................... 27
2.2.2. Các loại mô hình được sử dụng trong công nghệ môi trường ..................... 29
2.2.3. Phương pháp trình bày mô hình bùn hoạt tính ............................................ 33
2.3. Mô hình được lựa chọn để mô phỏng và các thông số động học ......................... 34
CHƯƠNG 3: NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI KIM LIÊN ..................................... 42
3.1. Giới thiệu chung ...........................................................................................................42
3.2. Đặc trưng nguồn thải và hệ thống gom nước thải .................................................. 44
3.3. Hệ thống xử lý nước thải của trạm xử lý nước thải Kim Liên .............................. 44
3.4. Các phương pháp xử lý được áp dụng trong nhà máy XLNT Kim Liên .............. 48
3.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ........................................................................ 49
3.6. Chế độ xả nước thải .............................................................................................. 51
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 52
4.1. Thu thập số liệu vận hành của nhà máy XLNT Kim Liên .................................... 52
4.2. Các kịch bản mô phỏng ......................................................................................... 53
4.3. Các kết quả mô phỏng ........................................................................................... 54
4.3.1. Mô phỏng vận hành nhà máy với số liệu trong tháng 3/2009 để đánh giá
sự tương hợp của mô hình. .................................................................................... 55
4.3.2. Kịch bản mô phỏng trường hợp tăng tải lượng của chỉ tiêu để đánh giá
hiệu suất xử lý của nhà máy trong các trường hợp quá tải .................................... 64
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
1
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
2
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
MỞ ĐẦU
Hiện nay, việc quản lý nước thải tại các đô thị là một vấn đề nan giải của các
nhà quản lý môi trường trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng nên việc thiết
kế hệ thống thu gom và xử lý nước thải là rất cần thiết cho các khu dân cư, khu
công nghiệp, trung tâm thương mại…, ngay cả khu dân cư, đô thị mới được qui
hoạch xây dựng nhằm cải thiện môi trường và phát triển theo hướng bền vững. Để
đáp ứng yêu cầu phát triển và bảo vệ môi trường, nâng cao chất lượng cuộc sống
cho người dân, trong những năm gần đây việc đầu tư cho thoát nước và vệ sinh đô
thị quy mô tương đối lớn đã được quan tâm.
Lựa chọn công nghệ phù hợp và tối ưu hóa các thông số công nghệ của quá
trình thiết kế và vận hành các nhà máy xử lý nước thải, trước hết nhằm bảo đảm yêu
cầu vệ sinh, đảm bảo sự phát triển bền vững, đồng thời phù hợp với điều kiện kinh
tế - xã hội nước ta hiện nay.
Ở Hà Nội hiện nay, khi mà hệ thống thoát nước của thành phố là hệ thống
chung chủ yếu được xây dựng từ thời Pháp thuộc, đường ống nước thải và đường
ống nước mưa còn chung nhau, dẫn đến việc khó khăn trong quá trình xử lý nước
thải, chưa đáp ứng với mức phát triển hiện nay của thành phố, cũng như quy mô dân
số và các cơ sở sản xuất ở trong thành phố. Do vậy việc thoát nước chủ yếu thông
qua việc thải ra các con sông hay các cống trong thành phố.
Việc xây dựng Nhà máy XLNT thí điểm cho khu vực Kim Liên và Trúc
Bạch (gói thầu CP12 – ICB)” của Ban QLDA các công trình GTCC, ngoài mục
đích khắc phục tình trạng môi trường một số sông hồ trong thành phố đang xuống
cấp, còn có ý nghĩa khởi động giai đoạn đầu tư cho việc xử lý nước thải, đồng thời
qua đó từng bước tiếp nhận công nghệ hiện đại và xây dựng đội ngũ cán bộ kỹ thuật
cho tương lai. Theo đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu nâng
cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số.”
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
3
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên
* Mục đích nghiên cứu
- Ứng dụng mô hình BioWin để đánh giá hiệu quả xử lý của nhà máy xử lý
nước thải Kim Liên. Trên cơ sở đó, nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của
nhà máy.
- Mô phỏng vận hành của nhà máy trong các trường hợp vận hành quá tải.
* Đối tượng nghiên cứu:
- Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên được thiết kế theo công nghệ AAO để
xử lý Cacbon, Nitơ, Photpho trong nước thải đầu vào.
* Phạm vi nghiên cứu: Theo quy mô lý thuyết
Nội dung nghiên cứu và đóng góp mới
* Nội dung nghiên cứu chính:
- Trường hợp 1. Kịch bản mô phỏng kịch bản duy trì chế độ DO trong các
bể yếm khí và thiếu khí để đánh giá sự tương hợp của mô hình cũng như hiệu
quả xử lý của nhà máy.
- Trường hợp 2. Kịch bản mô phỏng trường hợp tăng tải lượng của chỉ tiêu
để đánh giá hiệu suất xử lý của nhà máy trong các trường hợp quá tải.
* Đóng góp mới
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải
Kim Liên – là nhà máy thí điểm trong kế hoạch giai đoạn 1 nhằm khôi phục
điều kiện vệ sinh và môi trường đô thị. Cung cấp cơ sở để khắc phục những
điểm hạn chế và nâng cao hiệu quả xử lý trong các nhà máy được xây dựng
trong tương lai.
Phương pháp nghiên cứu
Ứng dụng mô hình BioWin để nghiên cứu, đánh giá thông qua việc chạy các
kịch bản khác nhau.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
4
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ MỘT SỐ CÔNG
NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ HIỆN NAY
1.1. Nguồn gốc, phân loại và số lượng nước thải
Nước thải đô thị là hỗn hợp phức tạp thành phần các chất, trong đó chất bẩn
thuộc nguồn gốc hữu cơ thường tồn tại dưới dạng không hòa tan, dạng keo và dạng
hòa tan. Thành phần và tính chất của chất bẩn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện
thiết bị, trạng thái làm việc của hệ thống, mạng lưới vận chuyển, tập quán sinh hoạt
của người dân, mức sống xã hội, điều kiện tự nhiên … Do tính chất hoạt động của
đô thị mà chất bẩn của nước thải thay đổi theo thời gian và không gian.
Khi tính toán công trình xử lý chung cho nước thải sinh hoạt và nước thải
công nghiệp, người ta thường căn cứ vào chất nhiễm bẩn sinh hoạt hoặc căn cứ theo
tiêu chuẩn cho phép xả nước thải sản xuất vào hệ thống thoát nước chung của đô
thị, xả ra môi trường xung quanh. Như vậy, phần chất bẩn công nghiệp coi như
được giữ lại ở các công trình xử lý cục bộ (đặt trong các xí nghiệp công nghiêp) với
mục đích đảm bảo an toàn của hệ thống mạng lưới và xử lý nước thải đô thị [15].
Bảng 1.1. Trị số trung bình một số thành phần trong nước thải đô thị [9]
Đơn
vị
Tỷ lệ
thay đổi
pH
mg/l
7,5 – 8,5
Chất khô
mg/l
1000 - 2000
10%
Chất rắn lơ lửng (SS)
mg/l
150 - 500
50 - 60%
BOD5
mg/l
100 - 400
20 - 30%
COD
mg/l
300 - 1000
20 - 30%
TOC (Tổng các chất carbon hữu cơ)
mg/l
100 - 300
T-N
Các thông số
Phần lắng gạn
được
mg/l
30 - 100
10%
+
mg/l
20 - 80
0%
N – NO2-
mg/l
<1
0%
NO3-
mg/l
<1
0%
Chất tẩy rửa
mg/l
6 – 13
0%
P
mg/l
10 - 25
10%
N - NH4
N–
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
5
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Nước thải đô thị là hỗn hợp của các loại nước thải: nước thải sinh hoạt
(khoảng 50 - 60%), các loại nước thấm qua (khoảng 10 - 14%) và nước thải sản
xuất (khoảng 30 - 36%). Nhu cầu cấp nước và nước thải đô thị ở các nước công
nghiệp phát triển cao hơn rất nhiều so với các nước đang phát triển. Khoảng 65 –
85% lượng nước cấp cho một người trở thành nước thải.
Lưu lượng và hàm lượng các chất thải của nước thải đô thị thường dao động
trong phạm vi rất lớn. Lưu lượng và tính chất nước thải đô thị còn thay đổi theo
mùa, giữa ngày làm việc và ngày nghỉ trong tuần cũng cần được tính đến khi đánh
giá sự biến động lưu lượng và nồng độ chất gây ô nhiễm [6].
1.1.1. Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước thải ra từ các hoạt động sinh hoạt của con người
như ăn uống, tắm giặt, vệ sinh cá nhân (QCVN 14:2008/BTNMT) của các khu dân
cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công
cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn…cũng tạo ra các loại nước thải có thành
phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.
Theo đặc điểm hệ thống thoát nước sẽ hình thành nên hai loại nước thải:
- Nước thải hệ thống thoát nước riêng: nước thải từ các thiết bị vệ sinh được
thu gom và vận chuyển về trạm xử lý theo tuyến cống riêng.
- Nước thải hệ thống thoát nước chung. Các loại nước thải sinh hoạt (nước
xám và nước đen) cùng với nước mưa đợt đầu trong khu vực thoát nước được thu
gom và vận chuyển theo đường cống chung về trạm xử lý.
Trong một số trường hợp nước đen được xử lý sơ bộ tại chỗ qua các công
trình như bể tách dầu mỡ, bể tự hoại, sau đó cùng nước xám xả vào tuyến cống
thoát nước chung của thành phố.
Việc phân loại nước thải theo hệ thống thoát nước phụ thuộc vào đối tượng
thoát nước, đặc điểm hệ thống thoát nước của đô thị hoặc khu dân cư và các điều
kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội khác của đô thị.
Nước thải sinh hoạt có các đặc trưng cơ bản sau:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
6
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
- Về hàm lượng khoáng hoà tan thường cao hơn nước cấp một chút, nhất là
về độ kiềm và NaCl.
- Độ pH nhìn chung là trung tính hoặc kiềm nhẹ.
- Chất hữu cơ hoà tan, thông qua các chỉ số COD, BOD ở mức độ vừa phải.
- Có chứa nhiều N, P.
- Chứa nhiều cặn lơ lửng, chủ yếu là hữu cơ, nhiều vi khuẩn.
- Có thể chứa một số hoá chất độc hại với vi sinh (các loại hoá chất dân dụng
như thuốc sát trùng, khử mùi, mĩ phẩm, xà phòng ..., các loại thuốc, kể cả kháng
sinh) ở mức độ vi lượng.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra
còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất
hữu cơ chứa trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như protein (40 –
50%); hydrat cacbon (40 - 50%); và các chất béo (5 -10%). Nồng độ chất hữu cơ
trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 – 450% mg/l theo trọng lượng
khô. Có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư
đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích
đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng [5, 6].
Bảng 1.2. Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
Chỉ tiêu
Trong khoảng
Trung bình
Tổng chất rắn (TS), mg/l
350 – 1200
720
- Chất rắn hòa tan (TDS)
250 - 850
500
- Chất rắn lơ lửng
100 - 350
220
BOD5, mg/l
110 - 400
220
Tổng Nitơ, mg/l
20 - 85
40
- Nitơ hữu cơ, mg/l
8 - 35
15
- Nitơ Amoni, mg/l
12 - 50
25
- Nitơ Nitrit, mg/l
0 – 0,1
0,05
- Nitơ Nitrat, mg/l
0,1 – 0,4
0,2
Clorua, mg/l
30 - 100
50
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
7
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Độ kiềm, mg CaCO3/l
50 - 200
100
Tổng chất béo, mg/l
50 - 150
100
Tổng Photpho, mg/l
8
Nguồn: Metcalf&Eddy.Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse.
Fourth Edition, 2004/
Lưu lượng nước thải sinh hoạt và diễn biến theo thời gian có thể đánh giá
nhanh thông qua các số liệu thống kê về nước cấp sử dụng. Lượng nước thải sinh
hoạt của khu dân cư đô thị được xác định trên cơ sở nước cấp. Nhìn chung, lượng
nước thải bằng 80 - 90% nước cấp, tuỳ chất lượng hệ thống thu gom. Về diễn biến
lưu lượng theo giờ hàng ngày thường phụ thuộc vào tập quán khu dân cư.
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn thải nước của một số cơ sở dịch vụ và công trình công cộng
Nguồn nước thải
Đơn vị tính
Lưu lượng, l/ngày
Hành khách
7,5 – 15
Khách
152 – 212
Nhân viên phục vụ
30 – 45
Nhà ăn
Người ăn
7,5 – 15
Siêu thị
Người làm việc
26 – 50
Giường bệnh
473 - 908
Nhân viên phục vụ
19 – 56
Trường đại học
Sinh viên
56 – 113
Bể bơi
Người tắm
19 – 45
Người tham quan
15 - 30
Nhà ga, sân bay
Khách sạn
Bệnh viện
Khu triển lãm, giải trí
Nguồn: Metcalf&Eddy.Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse.
Fourth Edition, 2004/
Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là 100 đến
250 l/người.ngày đêm (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 đến 500 l/người.
ngày đêm (đối với các nước phát triển). Ở nước ta, tiêu chuẩn cấp nước dao động từ
120 đến 180 l/người.ngày [1]. Đối với những khu thương mại, cơ quan, trường học,
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
8
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
bệnh viện, khu giải trí ở xa hệ thống thoát nước của đô thị, phải xây dựng trạm bơm
và khu xử lý nước thải riêng.
1.1.2. Nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp là dung dịch thải ra từ các cơ sở sản xuất, chế biến,
kinh doanh, dịch vụ vào nguồn tiếp nhận nước thải (QCVN 24:2009/BTNMT).
Thành phần và tính chất của nước thải công nghiệp rất đa dạng và phụ thuộc vào
nhiều yếu tố của sản xuất công nghiệp gồm như lãnh vực, nguyên liệu tiêu thụ, loại
công nghệ áp dụng, qui mô hoạt động, ... Một số tài liệu cho biết khối lượng nước
thải công nghiệp thường chiếm 30 - 35% tổng lượng nước thải đô thị. Khi tính toán
công trình xử lý chung nước thải sinh hoạt và công nghiệp, ta căn cứ vào chất
nhiễm bẩn sinh hoạt. Chất bẩn công nghiệp phải giữ lại để xử lý cục bộ nhằm bảo
đảm tính an toàn cho hệ thống dẫn và xử lý nước thải đô thị.
Đối với xí nghiệp công nghiệp, có hai loại nước thải: Nước thải sinh hoạt và
nước thải sản xuất.
Nước thải sản xuất là nước đã dùng rồi trong quá trình sản xuất, kể cả nước
thu được khi khai mỏ. Nước thải sản xuất chứa nhiều chất bẩn khác nhau về cả số
lượng và chất lượng, có loại chứa chất bẩn chủ yếu là chất vô cơ, có loại chứa chất
bẩn chủ yếu là hữu cơ. Một số loại nước thải chứa các chất độc hại như nước thải
mạ điện, một số khác có thể nguy hiểm về mặt vệ sinh, dịch bệnh như nước thải các
xí nghiệp giết mổ, nhà máy da, nhà máy chế biến thuốc phòng dịch, …
Nước thải sinh hoạt tạo ra từ các khu vệ sinh của nhà hành chính, nhà sản
xuất, rửa nền nhà, từ các nhà tắm của các phân xưởng, hoặc ở vị trí độc lập riêng
biệt [1,6,10].
Bảng 1.4. Nhu cầu cấp nước và lượng nước thải một số ngành công nghiệp [1]
Ngành công nghiệp
Sản xuất bia
Công nghiệp đường
Công nghiệp giấy
Nhu cầu
Lượng
cấp nước
nước thải
lít nước/ lít bia
10 - 20
6 - 12
m3 nước/ tấn đường
30 - 60
10 - 50
m3 nước/tấn giấy
300 - 550
250 – 450
Đơn vị
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
9
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Dệt nhuộm
m3 nước/tấn vải
400 - 600
380 – 580
Sợi nhân tạo
m3 nước/tấn sản phẩm
150 - 200
100
m3 nước/ m3 khí
4-6
3,5 – 5,5
Đúc gang
m3 nước/tấn gang
2-5
1–4
Luyện đồng
m3 nước/tấn đồng
300 – 400
300 - 400
Luyện kim đen
Làm sạch khí lò cao
Đặc điểm chung của nước thải công nghiệp (không phải công nghiệp chế
biến nông sản và thực phẩm) là nước thải mang đặc trưng của sản xuất, chứa nhiều
hoá chất có nguồn gốc nhân tạo, vì vậy:
- Nước thải có thể nóng (nhiệt điện, hoá chất ...)
- Nước thải có thể chứa axit hoặc bazơ (công nghiệp hoá chất, mạ, alumina,
giấy, nhuộm ...)
- Hàm lượng cặn lơ lửng cao (công nghiệp khai khoáng, xi măng ...)
- Nước thải có thể chứa hàm lượng dầu mỡ khoáng cao (công nghiệp hoá
dầu, chế tạo máy, xử lí bề mặt kim loại ...)
- Nước thải có thể chứa hàm lượng kim loại nặng cao, xyanua (luyện kim, xử
lí bề mặt kim loại, luyện kim màu, kim loại quý ...)
- Nước thải có thể chứa các hợp chất hữu cơ, màu bền vi sinh (công nghiệp
nhuộm, bột giấy, boxit, hoá dầu ...)
- Nước thải thường thiếu N, P
Trong các khu công nghiệp tập trung, lưu lượng nước thải sản xuất cũng có
thể chọn từ 25 đến 40 m3/ha.ngày, phụ thuộc vào các loại hình sản xuất trong các
khu công nghiệp và chế xuất đó.
Ngoài hai thành phần là nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp ra thì
trong nước thải đô thị còn có:
Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều hình
thức khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố ga hay hố
chôn người.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
10
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Đây là lọai
nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và lôi kéo các chất cặn bã, dầu mỡ,…
khi đi vào hệ thống thoát nước. Ở những thành phố lớn, nước thải tự nhiên được thu
gom theo một hệ thống thoát nước riêng.
1.1.3. Hiện trạng nước thải đô thị của thành phố Hà nội
Theo Sở Giao thông công chính (GTCC), hiện thành phố Hà Nội có khoảng
369 nhà máy xí nghiệp, 15.880 cơ sở sản xuất tư nhân, hơn 1000 cơ quan trung
ương, 29 bệnh viện, 10 khu công nghiệp. Trong số các cơ quan đơn vị trên, chỉ có
40 xí nghiệp, nhà máy, 25 cơ sở dịch vụ lớn và 10 bệnh viện có đầu tư hệ thống xử
lý nước thải. Nước thải sinh hoạt từ các khu nhà ở của người dân đô thị, các khu
thương mại, văn phòng … được xử lý sơ bộ bằng hệ thống bể tự hoại, sau đó nước
thải được thu gom về các hệ thống xử lý nước thải đô thị tập trung. Ðây là nguyên
nhân chính khiến cho hệ thống thoát nước của thành phố bị ô nhiễm nặng.
Nước thải trong nội đô của chúng ta thường vẫn đổ ra các con sông trong khu
vực nên nếu được xử lý từ gốc là tốt nhất, tránh gây ô nhiễm trên các con sông.
Theo đánh giá của Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hà nội tại Hội thảo
“Môi trường và người Hà Nội” diễn ra ngày 24 – 25/06/2010, tổng lượng nước thải
trên địa bàn Hà Nội hiện nay khoảng 670.000 m3/ngày đêm, trong đó nước thải sinh
hoạt, dịch vụ ở khu vực thành thị chiếm tới 400.000 m3/ngày đêm. Tuy nhiên, việc
xử lý nước thải còn rất hạn chế, mới chỉ có gần 47.000 m3 được xử lý chiếm khoảng
7% tổng lượng nước thải phát sinh hàng ngày. Nước thải nhà vệ sinh phần lớn chảy
qua bể tự hoại rồi xả ra hệ thống thoát nước chung tới kênh, mương, ao hồ tự nhiên
hay thấm vào đất. Nước xám và nước mưa chảy trực tiếp ra nguồn tiếp nhận. Ở
nhiều khu đô thị mới, mặc dù nước thải sinh hoạt đã được tách ra khỏi nước mưa từ
ngay trong công trình, nhưng do sự phát triển không đồng bộ và sự gắn kết kém với
hạ tầng kỹ thuật khu vực xung quanh, nên khi ra đến bên ngoài, các loại nước thải
này chưa được xử lý, lại đấu vào một tuyến cống chung, gây ô nhiễm và lãng phí.
Hơn nữa, Hà Nội là nơi tập trung nhiều bệnh viện và cơ sở y tế nhưng mới
chỉ có một số bệnh viện lớn đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung, còn
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
11
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
lại là chỉ xử lý bằng hệ thống bể phốt kết hợp với khử trùng Clo… Mặc dù tổng
lượng nước thải từ hoạt động khám chữa bệnh của các bệnh viện so với nước thải
sinh hoạt chỉ chiếm một phần nhỏ nhưng mức độ gây ô nhiễm môi trường lớn hơn
rất nhiều so với nước thải sinh hoạt.
Hiện tại, Hà Nội vẫn đang tiến hành thu phí nước thải công nghiệp, theo tinh
thần “người gây ô nhiễm phải trả tiền” nêu trong Nghị định 67/2003 của Thủ tướng
Chính phủ [4,12].
1.2. Hệ thống thu gom nước thải nước thải đô thị
Một hệ thống thu gom nước thải không đơn giản là lắp các ống dài dọc theo
các phố. Một hệ thống được gọi là hoàn chỉnh phải đáp ứng được các tiêu chí về
thiết kế, thi công và bảo dưỡng. Tùy theo các điều kiện địa phương, hệ thống bao
hàm một số công trình mà nó sẽ đảm bảo sự hoạt động tốt của hệ thống chung trong
một khoảng thời gian dài.
Ở các nước phát triển, xử lý nước thải cũng là gánh nặng dù thiết kế hạ tầng
thoát nước hiện đại hơn với hai hệ thống riêng biệt cho thoát nước thải và thoát
nước mưa. Trong khi đó, thiết kế hạ tầng của đô thị Hà Nội chủ yếu tồn tại từ thời
Pháp thuộc, là thiết kế kiểu cũ. Ở những nơi có hai mạng lưới cống thoát nước riêng
biệt: Mạng lưới cống thoát nước thải tách riêng với mạng lưới cống thoát nước mưa,
lượng nước thải đi về nhà máy xử lý bao gồm: Nước thải sinh hoạt, nước thải công
nghiệp và nước ngầm thâm nhập. Ở những nơi mạng lưới thoát nước là mạng cống
chung vừa thoát nước mưa vừa thoát nước bẩn như ở hầu hết các mạng lưới thoát
nước ở các thị trấn, thị xã, thành phố của nước ta thì lưu lượng nước thải chảy về
nhà máy xử lý gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm
nhập và một phần lượng nước mưa [3,5].
Sơ đồ cổ điển nhất thường gặp trong các thành phố thường là kiểu chung, có
một hệ thống cũ nối dần với các hệ thống riêng biệt. Đó là một hệ thống dẫn hỗn
hợp nước mưa và nước thải được tách ra trên một số đoạn nhưng lại chung nhau
trong một số đoạn khác dẫn đến việc khó khăn trong quá trình xử lý nước thải.
Người ta phân biệt nhiều kiểu hệ thống nước thải [5]:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
12
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
- Hệ thống riêng: dùng để dẫn nước thải
- Hệ thống chung: duy nhất dùng để dẫn cả nước thải và nước mưa, nước rửa
- Hệ thống nửa riêng biệt: là hệ thống dẫn chung cả 3 loại nước thải, nước mưa và
nước rửa
Hình 1.1 : Hệ thống thu gom nước thải
Hệ thống chung
Khu vực công cộng
Khu vực tư nhân
Máng hứng nước mưa
Miệng
cống
Lưới chắn và bãi đỗ xe
Nước thải sinh hoạt và
nước thải bệnh viện
Nước mưa và nước rửa
----------------------------------------------------------------------------------------------------Hệ thống riêng biệt
Khu vực công cộng
Khu vực tư nhân
Máng hứng nước mưa
Miệng
cống
Lưới chắn và bãi đỗ xe
Nước thải sinh hoạt và
nước thải bệnh viện
EU
Nước mưa và nước rửa
-----------------------------------------------------------------------------------------------------Hệ thống nửa riêng biệt
Khu vực công cộng
Khu vực tư nhân
Máng hứng nước mưa
Miệng
cống
Lưới chắn và bãi đỗ xe
Nước thải sinh hoạt và
nước thải bệnh viện
EU
Nước mưa và nước rửa
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
13
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Nước thải có thể được thu gom và xử lý trong các loại hệ thống thoát nước
chung, riêng, nửa riêng hay hỗn hợp, theo các mô hình tổ chức thoát nước tập trung
hay phân tán. Hệ thống thoát nước tập trung thường được xây dựng cho các khu
trung tâm đô thị, có mật độ dân số cao, có điều kiện xây dựng đồng bộ. Tuy nhiên,
phương thức thoát nước truyền thống này có nhiều hạn chế, vì thế, ngày nay trên thế
giới khuyến khích áp dụng mô hình phân tán, đặc biệt là cho các khu đô thị mới, các
vùng ven đô, nông thôn với các công trình thu gom, xử lý, xả hay tái sử dụng nước
thải cho các hộ riêng lẻ (giải pháp tại chỗ) hoặc khu dân cư (giải pháp phân tán theo
cụm) [12].
1.3. Các bước trong công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay
Quy trình công nghệ xử lý nước thải sinh họat đô thị như sau [13]:
- Nước thải từ tất cả các nguồn (sau khi đã xử lý bằng bể tự hoại) được cho
qua các song chắn rác để loại bỏ rác có kích thước lớn. Các loại rác có kích thước
lớn sẽ bị giữ lại. Lượng rác này được thu gom, chứa trong các thùng rác chuyên
dùng, sau đó hàng ngày được chuyển đến trạm trung chuyển rác tại khu vực dự án
trước khi thuê công ty có chức năng thu gom, xử lý tại bãi rác tập trung.
- Nước thải được đưa về bể điều hòa để cân bằng nồng độ và lưu lượng nước
thải. Hiệu quả lắng tại bể đều hòa là 30 – 40%. Cặn lắng được định kỳ lấy ra khỏi
bể và đưa vào bể chứa bùn.
- Nước thải từ bể điều hòa được bơm qua bể sinh học hiếu khí (Aeroten).
Không khí được sục vào bể Aeroten. Các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy vi sinh hiếu
khí và tạo thành các bông cặn (bùn hoạt tính). Vi khuẩn và các vi sinh vật sống
dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng
thành các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hoá
thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau, biến đổi các chất hữu cơ có cấu
trúc phức tạp thành các chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản hơn, các chất hữu cơ có
cấu trúc đơn giản trở thành thức ăn cho các vi khuẩn khác và quá trình được diễn ra
theo trình tự cho đến khi không còn thức ăn cho các loài vi sinh vật nào nữa. Quá
trình làm thoáng bằng khí nén hoặc khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
14
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy ôxy cấp cho quá trình sinh
hoá xảy ra trong bể Aeroten. Việc xử lý nước thải bằng phương pháp này có ưu
điểm là hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ tương đối cao (90 – 95%).
- Sau khi qua bể Aeroten, nước thải có chứa bùn họat tính được đưa qua bể
lắng. Tại bể lắng một lượng bùn dư tại đáy sẽ được đưa trở lại bể Aeroten nhằm duy
trì đủ nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể đáp ứng yêu cầu xử lý đặt ra.
- Nước thải sau khi tách bùn họat tính sẽ được khử trùng bằng Clo trước khi
thải ra nguồn tiếp nhận.
Thông thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai loại
chính: nước đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn
các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.
Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ô
nhiễm không đáng kể. Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước
thải sinh hoạt là BOD5, COD, Nitơ và Phốt pho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm
lượng N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước
thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng N và
P cao, trong đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm
cho nguồn nước trở nên ô nhiễm.
Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là
trong phân, đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong
phân. Vi sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác
nhau, qua tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây trồng, vật
nuôi, côn trùng…), thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hô
hấp,…,và sau đó có thể gây bệnh. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các
nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán.
Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất khác nhau, từ
các loại chất không tan đến các chất ít tan và cả những hợp chất tan trong nước, việc
xử lý nước thải sinh hoạt là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và có thể đưa nước
vào nguồn tiếp nhận hoặc đưa vào tái sử dụng. Việc lựa chọn phương pháp xử lý
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
15
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
thích hợp thường được căn cứ trên đặc điểm của các loại tạp chất có trong nước thải.
Các phương pháp chính thường được sử dụng trong các công trình xử lý nước thải
sinh hoạt là: phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học.
Các phương pháp hóa học dùng trong HTXLNT sinh hoạt gồm có: trung hòa,
oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợp chất độc hại. Cơ sở của
phương pháp này là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất
thêm vào, do đó, ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được
sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hóa học
có nhược điểm là chi phí vận hành cao, không thích hợp cho các HTXLNT sinh
hoạt với quy mô lớn.
Bản chất của phương pháp hoá lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là
áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó
để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới
dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường.
Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ,
tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc… Giai đoạn
xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp
cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ XLNT hoàn chỉnh.
Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt
là sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các
chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh
học chủ yếu có năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình trung gian anoxic,
quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic – kị khí các quá trình
hồ. Đối với việc xử lý nước thải sinh hoạt có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe đối
với chỉ tiêu N và P, quá trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quá trình xử lý
sinh học thường được ứng dụng nhất [14, 15].
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
16
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Hình 1.2. Các loại hình công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học
Các phương pháp sinh học xử lý nước thải
Bùn hoạt tính (acrobic actived sludge)
Màng lọc sinh học (strickling filters)
Hiếu khí
(aerobic)
Đĩa quay sinh học (potaling biological confator)
Ao, hồ ổn định nước thải (waste stabilization
ponds and lagoons)
Thiếu khí
(anoxic)
Khử nitrat (denitrification)
Bể kị khí (anaerobic sludge digestion)
Kị khí
(anaerobic)
Bể lọc kị khí UASB (upflow anaerobic sludge blanked)
1.4. Kiểm soát và loại bỏ Nitơ và Phospho trong nước thải
Nitơ và Phospho có trong nước thải như là các chất dinh dưỡng cùng với
BOD làm các chất để vi sinh vật xây dựng tế bào và cũng là nguồn thức ăn thích
hợp cho các loại tảo hoặc thực vật thủy sinh khác.
Sau khi xử lý sinh học, bình thường nước thải có thể giảm được 90 – 98%
BOD, nhưng tổng Nitơ chỉ giảm được 30 – 40% và khoảng 30% lượng Phospho.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
17
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
1.4.1. Quá trình kiểm soát và loại bỏ Nitơ
Quá trình đồng hóa và quá trình Nitrat hóa và khử Nitơ là hai quá trình cơ
bản để khử Nitơ trong nước thải. Quá trình đồng hóa khử Nitơ xảy ra đồng thời với
quá trình khử BOD trong bể Aerotank còn quá trình Nitrat hóa và khử Nitơ có thể
được thực hiện bằng 3 cách [3]:
- Tách riêng 3 công đoạn: Khử BOD, Nitrat hóa và khử khí N2
- Kết hợp 2 công đoạn đầu khử BOD và Nitrat hóa đồng thời, tách riêng công
đoạn khử khí N2
- Tổng hợp chung cả 3 công đoạn trong một công trình.
* Nitrat hóa bằng phương pháp sinh học: được thực hiện chủ yếu bởi quá
trình sinh trưởng lở lửng hoặc sinh trưởng gắn kết. Khi thực hiện quá trình khử chất
hữu cơ và nitrat hóa trong cùng một bể, thì coi như quá trình nitrat hóa thực hiện
một giai đoạn. Khi tách riêng quá trình nitrat hóa thì cũng cần có bể phản ứng, bể
lắng giống như quá trình bùn hoạt tính thong thường. Đây được coi là quá trình
nitrat hóa hai giai đoạn [13].
Khi khử Amonia (NH4+ ) bằng phương pháp sinh hóa, NH4+ bị oxy hóa theo
hai bước [3]:
- Bước 1: NH4+ bị oxy hóa thành NO2- do tác động của vi khuẩn nitrit hóa
NH4+
+
1,5 O2
VK nitrit hóa
2H+
NO2- +
+
H2O
- Bước 2: Oxy hóa NO2- thành NO3- do tác động của vi khuẩn nitrat hóa
NO2-
+ 0,5 O2
VK nitrit hóa
NO3-
Tổng hợp quá trình chuyển hóa NH4+ thành NO3NH4+ + 2 O2
VK nitrit hóa
NO3- + 2H+ + H2O
Khoảng 20 – 40 % NH4+ bị đồng hóa thành vỏ tế bào
4 CO2
+ HCO3- + NH4+ + H2O
C5H7O2N
+ 5O2
Có thể tổng hợp các quá trình trên bằng phản ứng sau:
NH4+ + 1,731O2 + 1,962HCO3-
0,038 C5H7O2N + 0,96NO3- +
1,077H2O + 1,769 H2CO3
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
18
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
* Khử NO3- bằng phương pháp sinh học: Trong xử lý nước thải, NO3- thường
được khử trong điều kiện thiếu ôxy (Anocix) tức không cấp ôxy từ ngoài vào. Vi
khuẩn thu năng lượng để tăng trưởng từ quá trình chuyển NO3- thành khí N2 và cần
có nguồn Cacbon để tổng hợp thành tế bào. Do đó, khi khử NO3- bằng công đoạn
riêng sau các công đoạn khử BOD và nitrat hoá mà thiếu các hợp chất hữu cơ
cacbon thì phải thêm các hợp chất chứa cácbon vào nước để vi khuẩn thu nhận làm
nguồn tổng hợp thành tế bào. Khí Nitơ được hình thành trong các phản ứng thường
ngăn cản quá trình lắng của hỗn hợp lỏng nên phải dùng thiết bị khuấy trộn để đuổi
khí Nitơ bay đi trước khi cho hỗn hợp đi qua bể lắng [3,13].
Quá trình khử NO3- được mô tả bằng các phản ứng sau:
NO3- + 1,183CH3OH + 0,273H2CO3
0,091C5H7O2N + 0,454N2 +
1,82H2O + HCO3NO2- + 0,681CH3OH + 0,555H2CO3
0,047C5H7O2N + 0,476N2 +
1,251H2O + HCO3O2- + 0,952CH3OH + 0,061NO30,585H2CO3
+ 0,061HCO3
0,061C5H7O2N + 1,075H2O +
-
Sự tồn tại của Nitơ trong nước thải sinh hoạt được coi là điều không mong
muốn bởi những nguyên nhân sau:
- Amoniac tự do độc hại đối với cá và nhiều động vật thủy sinh khác.
- Ion Amoniac được coi là chất tiêu thụ ôxy và sẽ làm suy giảm ôxy hòa tan
trong nguồn nước tiếp nhận.
- Ở tất cả các dạng, Nito có thể được coi là chất dinh dưỡng cho thực vật
thủy sinh và góp phần làm tăng hiện tượng phì dưỡng.
- Nitrat trong nước cấp sinh hoạt vượt quá 45mg/l cũng có thể gây ra mối đe
dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người. Mặc dù bản thân nitrat không phải là
chất gây nguy hiểm. Tuy nhiên, trong đường ruột trẻ nhỏ thường tìm thấy loại vi
khuẩn có thể chuyển hóa nitrat thành nitrit. Nitrit này có ái lực với hồng cầu trong
máu mạnh hơn ôxy, khi nó thay thế ôxy sẽ tạo thành methemoglobin, hợp chất này
có thể nhận ôxy và gây ra bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ, thậm chí có thể gây tử vong.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
19
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
1.4.2. Quá trình khử Photpho
Photpho tồn tại trong nước thải dưới nhiều dạng khác nhau. Các dạng tồn tại
điển hình của Photphat được phân loại theo các đặc tính vật lý: photphat hòa tan và
photphat dạng hạt và đặc tính hóa học: orthophotphat (PO43-, HPO42-, H2PO4-,
H3PO4), polyphotphat [Na3(PO4)6], photphat hữu cơ.
Hiệu quả xử lý phôtpho phụ thuộc vào hai yếu tố môi trường là: điều kiện kế
tiếp của yếm khí/thiếu khí và sự vắng mặt nitrat trong giai đoạn yếm khí. Điều kiện
yếm khí giúp cho quá trình chọn lọc, làm giàu loại vi sinh tích lũy phôtphate hoạt
động trong giai đoạn hiếu khí sau đó. Sự có mặt của nitrat gây ra hai tác động: sử
dụng cạnh tranh nguồn cơ chất dễ sinh hủy giữa vi sinh Denitrifier và bio – P (1,26
mol axit axetic/mol NO3-), làm thay đổi cơ chế trao đổi chất của bio – P dẫn đến
mất khả năng tích lũy phôtphate trùng ngưng.
Có nhiều phương pháp xử lý photpho trong nước thải, trong đó phổ biến nhất
là phương pháp kết tủa hóa học và phương pháp sinh học. Quá trình xử lý photpho
có thể sử dụng riêng từng phương pháp trên hoặc kết hợp cả hai phương pháp này.
Quá trình khử photpho bằng phương pháp sinh học là quá trình cải tiến của
quá trình bùn hoạt tính. Quá trình khử sinh học là sự kết hợp của 3 quá trình sau:
- Quá trình đồng hóa photpho thông thường
- Quá trình kết tủa hóa học, trung gian sinh học
- Quá trình hấp thụ sinh học
Trong thực tế khi xử lý photpho bằng phương pháp sinh học áp dụng quy
trình yếm khí tiếp nối với quy trình hiếu khí.
- Đầu tiên trong điều kiện yếm khí (anoxic) vi khuẩn tác động đến các axit
béo bay hơi có sẵn trong nước thải để giải phóng photpho.
- Tiếp đến trong môi trường hiếu khí (oxic) vi khuẩn hấp thụ photpho cao
hơn mức bình thường, photpho lúc này không những chỉ cần cho việc tổng hợp, duy
trì tế bào và vận chuyển năng lượng mà còn được vi khuẩn chứa thêm một lượng dư
thừa vào trong tế bào để sử dụng ở những giai đoạn tiếp sau.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
20
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Khi biến các tế bào này liên kết với nhau thành bông cặn lắng xuống đáy bể
lắng, photpho chứa trong cặn được tháo ra ngoài đưa đi xử lý riêng hoặc được dùng
lại như là chất lên men để tác dụng với các axit béo bay hơi làm tăng hiệu quả quá
trình khử photpho. Quá trình tách loại phôtpho trong một hệ thống xử lý nước thải
có thể thực hiện phối hợp với oxy hóa BOD, với khử hợp chất nitơ theo các phương
án kỹ thuật khác nhau.
1.5. Một số công nghệ được ứng dụng để xử lý nước thải đô thị hiện nay
1.5.1. Cụm thiết bị hợp khối USBF [14]
Công nghệ lọc dòng ngược bùn sinh học USBF (Upflow Sludge Blanket
Filter) được thiết kế dựa trên trên mô hình động học xử lý BOD, nitrate hoá
(nitrification) và khử nitrate hóa (denitrification) của Lawrence và McCarty, Inc.
lần đầu tiên được giới thiệu ở Mỹ những năm 1900 sau đó được áp dụng ở châu âu
từ 1998 trở lại đây.
Nghiên cứu sử dụng mô hình công nghệ USBF để xử lý nước thải đô thị, là
công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp 3 quá trình Anoxic,
Aeration và lọc sinh học dòng ngược trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây chính là
điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời ba quá trình
trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp. Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống
xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ
thống. Đồng thời hệ thống có thể xử lý nước thải có tải lượng hữu cơ, N và P cao.
Cấu tạo của mô hình (hình 1): Mô hình gồm 3 module chính: ngăn thiếu khí
(anoxic), ngăn hiếu khí (aerobic) và ngăn lọc bùn sinh học dòng ngược (USBF).
Mương chảy tràn thu nước đầu vào nhằm hạn chế tác động của dòng vào đối với
ngăn thiếu khí và tăng hiệu quả xáo trộn giữa dòng nước thải đầu vào và bùn tuần
hoàn. Mương chảy tràn và thu nước đầu ra, ống thu bùn, bộ phận sục khí… Các
thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định lượng bơm nước thải đầu vào, 1 máy
bơm bùn và 1 máy thổi khí.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
21
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo của mô hình
(A):Mương thu nước đầu
vào;
(B) :Ngăn thiếu khí;
(C) : Ngăn hiếu khí;
(D) : Ngăn USBF;
(E) : Các thanh sục khí;
(G) : Ống thu bùn;
IV : vị trí tuần hoàn bùn
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình
Nguyên tắc hoạt động của mô hình: Mô hình được thiết kế nhằm kết hợp các
quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), quá trình nitrat hoá/khử nitrat và quá trình
loại bỏ dinh dưỡng (N và P). Nước thải được loại bỏ rắn, sau đó, được bơm vào
mương chảy tràn thu nước đầu vào cùng trộn lẫn với dòng tuần hoàn bùn. Hồn hợp
nước thải và bùn hoạt tính chảy vào ngăn thiếu khí. Ngăn này có vai trò như là ngăn
chọn lọc thiếu khí (Anoxic Selector) thực hiện hai cơ chế chọn lọc động học
(Kinetic Selection) và chọn lọc trao đổi chất (Metabolism Selection) để làm tăng
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
22
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
cường hoạt động của vi sinh vật tạo bông nhằm tăng cường hoạt tính của bông bùn
và kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi gây vón bùn và nổi bọt. Quá
trình loại bỏ C, khử nitrat và loại bỏ P diễn ra trong ngăn này. Sau đó, nước thải
chảy qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưỡi đáy ngăn USBF. Ở đây ô xy được cung cấp
nhờ các ống cung cấp khí qua một máy bơm.
Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn USBF và di chuyển tử dưới lên,
ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng. Đây chính là công
đoạn thể hiện ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học của chính
khối bùn hoạt tính. Phần nước trong đã được xử lý phía trên chảy tràn vào mương
thu nước đầu ra. Một phần hỗn hợp nước thải và bùn trong ngăn này được tuần hoàn
trở laị ngăn thiếu khí.
1.5.2. Cụm thiết bị hợp khối JOHKASOU (Nhật Bản)
Công nghệ xử lý hiếu khí, thiếu khí kết hợp, sử dụng quá trình lọc sinh học
ngập nước JOHKASOU của Nhật Bản.
- Thiết bị hiện đại, hiệu quả xứ ly cao
- Dạng hợp khối nên có thể xây nổi hoặc gầm dưới đất. Dễ dàng tăng công
suất xử lý khi mở rộng quy mô.
- Thiết bị không chỉ loại bỏ SS mà còn loại bỏ được các hợp chất khó phân
huỷ như chất tẩy rửa bằng cách tăng thời gian lưu của bùn. Hơn nữa xử lý triệt để N
và P có trong nước thải, nước thải có thể được tái sử dụng.
- Không cần thiết phải tuần hoàn bùn để duy trì nồng độ vi sinh vật. Chỉ cần
kiểm soát áp lực xuyên qua màng và chất lượng nước đầu vào.
- Dễ dàng tự động hoá và điều khiển từ xa để kiểm soát toàn bộ quá trình xử lý
- Hệ thống lọc sinh học được thiết kế với nguyên tắc tiết kiệm năng lượng.
Hệ thống cấp khí đóng vai trò tiết kiệm năng lương, vừa cung cấp ôxi cho quá trình
xử lý,vừa có tác dụng làm sạch bề mặt màng lọc, không gây tắc nhờ tạo ra d.ng
chảy xoáy.
- Lượng bùn hoạt tính sinh ra ít, cho nên chi phí của việc xử lý bùn là rất nhỏ.
- Chi phí đầu tư lớn, yêu cầu chất lượng nước đầu vào chặt chẽ.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
23
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải Kim Liên trên cơ sở mô
hình số - Trần Thị Miên – Cao học CNMT 2009
Hình 1.4. Cấu tạo của cụm thiết bị hợp khối JOHKASOU
Thiết bị lọc sinh học bao gồm Buồng lọc và Buồng phân phối khí. Trong
buồng lọc gồm nhiều tấm lọc được kết nối với nhau thành 1 khối nhờ thanh cố định
và ống thu nước. Trong buồng phân phối khí có các ống phân phối khí dạng đục lỗ.
Trong trường hợp cần bảo trì, có thể tháo các bản lọc ra để bảo trì.
Lớp màng lọc được hàn nên mặt cuả tấm bản lọc. Chúng được làm từ
chlorinated polyethylene với kích thước lỗ là 0,4µm. Các tạp chất trong nước được
xử lý nhờ các vinh sinh vật trên lớp màng lọc, đi vào khoảng trống trên các tấm bản
và về ống thu nước.
1.5.3. Công nghệ xử lý nước thải Bio-Sac (Hàn Quốc)
Hình 1.5. Cấu tạo của công nghệ xử lý nước thải Bio-Sac
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) – Đại học Bách Khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686
24
