Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải trạm sửa chữa toa tàu lửa công suất 100m3 ngày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM SỬA
CHỮA TOA TÀU LỬA CÔNG SUẤT 100M3 NGÀY/ĐÊM

Sinh viên thực hiện

: Huỳnh Văn Hưng

Lớp
Khoá
Ngành
Giảng viên hướng dẫn

: D17MTKT
: 2017-2021
: Khoa Học Môi Trường
: TS. Đào Minh Trung

Bình Dương, tháng 12/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM SỬA

CHỮA TOA TÀU LỬA CÔNG SUẤT 100M3 NGÀY/ĐÊM

Giảng viên hướng dẫn

(Ký tên)

TS. ĐÀO MINH TRUNG

Sinh viên thực hiện
MSSV: 1724403010015
Lớp D17MTKT
(Ký tên)

HUỲNH VĂN HƯNG

Bình Dương, tháng 12/2020


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đề tài “Tính tốn thiết kế hệ thống xử lí nước thải toa
tàu lửa cơng suất 100 m3” là một cơng trình nghiên cứu độc lập, khơng có sự
sao chép của người khác. Đề tài là một sản phẩm mà em đã nỗ lực nghiên cứu
trong quá trình học tập tại trường. Trong quá trình viết bài có sự tham khảo một
số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, dưới sự hướng dẫn của Thầy Đào Minh Trung.
Em xin cam đoan nếu có vấn đề gì em xin chịu hồn tồn trách nhiệm.

Bình Dương, ngày 20 tháng 11 năm 2020
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Văn Hưng

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học vừa qua, em đã được các thầy cơ trong khoa mơi
trường tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu, bài báo cáo tốt
nghiệp này là dịp để em tổng hợp lại những kiến thức đã học, đồng thời rút ra
kinh nghiệm cho bản thân.
Để hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn giảng
viên TS. Đào Minh Trung đã tận tình hướng dẫn, cung cấp cho em những kiến
thức quý báu, những kinh nghiệm trong q trình hồn thành bài báo cáo tốt
nghiệp này.
Em cũng xin cảm ơn gia đình, cha mẹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cả
vật chất và tinh thần giúp em hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Môi Trường đã giảng dạy, chỉ
dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt thời gian vừa qua.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG .................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH .................................................................................... vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ........................................................................... 1
1.1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ............................................................ 2
1.2. MỤC ĐÍCH ........................................................................................ 2
1.3. ĐỐI TƯỢNG ...................................................................................... 2

1.4. NỘI DUNG THỰC HIỆN .................................................................. 3
1.5. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN .......................................................... 3
1.5.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu .......................... 3
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ............................................... 3
1.5.3. Phương pháp so sánh ................................................................... 4
1.5.4. Phương pháp phân tích ................................................................ 4
1.6. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ............................................................................. 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .......................... 5
2.1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .................................... 5
2.1.1. Các phương pháp xử lý cơ học (vật lý) ........................................ 5
2.1.1.1. Song chắn rác ....................................................................... 5
2.1.1.2 Điều hòa lưu lượng ............................................................... 5
2.1.1.3 Lắng ....................................................................................... 6
2.1.1.4. Lọc ........................................................................................ 7
2.1.2. Phương pháp xử lý hóa lý ........................................................ 8
2.1.2.1. Keo tụ ................................................................................... 8
2.1.2.2. Tuyển nổi .............................................................................. 9
2.1.2.3. Hấp phụ ................................................................................ 9
2.1.2.4. Trao đổi ion ........................................................................ 10
2.1.3. Phương pháp xử lý hóa học ....................................................... 11
2.1.3.1. Trung hịa .......................................................................... 11
2.1.3.2. Kết tủa ................................................................................ 11
2.1.3.3. Oxy hóa - khử ..................................................................... 12
2.1.4. Phương pháp xử lí sinh học ....................................................... 12
iii


2.1.4.1. SBR (sequencing batch reactor) .......................................... 12
2.1.4.2. Aerotank ............................................................................. 14
2.1.4.3. Lọc sinh học ........................................................................ 15

2.1.4.4. Hồ sinh học hiếu khí ........................................................... 17
2.1.4.5. Phương pháp sinh học kỵ khí .............................................. 18
2.1.5. Các cơng trình sinh học kỵ khí ................................................... 19
2.1.5.1. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor) ............. 19
2.1.5.2. CSTR (continuously stirred tank reactor) ............................ 20
2.1.5.3. PFR (plug flow reactor) ...................................................... 21
2.1.5.4. AFR (anaerobic filter reactor) ............................................ 21
2.1.5.5. FBR (fluidized bed reactor) ................................................ 22
2.1.6. Phương pháp sinh học thiếu khí ................................................. 22
2.1.6.1. Bể anoxic ............................................................................ 22
2.1.7. Giới thiệu về nước thải sinh hoạt ........................................... 24
2.2. TỔNG QUAN VỀ TRẠM SỬA CHỮA TOA TÀU LỬA ................ 24
2.2.1. Tổng quan về hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt của trạm sửa chữa
Toa tàu lửa .......................................................................................... 24
2.2.1.1. Chức năng của hệ thống ...................................................... 24
2.2.1.2. Nhiệm vụ của hệ thống ....................................................... 25
2.2.1.3. Nguồn gốc và thành phần tính chất nước thải ...................... 25
2.2.1.4. Ảnh hưởng của nước thải trạm xử lí toa tàu lửa đến môi
trường và con người ........................................................................ 28
2.3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM SỬA CHỮA TOA
TÀU LỬA VIỆT NAM ........................................................................... 30
2.3.1. Phương án 1 ............................................................................... 30
2.3.2. Phương án 2 ............................................................................... 33
2.3.3. Lựa chọn công nghệ tối ưu ........................................................ 35
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH
ĐƠN VỊ CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI TOA TÀU LỬA CƠNG
SUẤT 100M3 .............................................................................................. 39
3.1. CƠ SỞ TÍNH TỐN ........................................................................ 39
3.2. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN ................................... 39
3.3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC ĐƠN VỊ CƠNG TRÌNH .................. 40

3.3.1. Hố thu gom ................................................................................ 40
iv


3.3.2. Bể tách dầu mỡ .......................................................................... 42
3.3.3. Bể điều hòa ................................................................................ 43
3.3.4. Bể Aerotank ............................................................................... 44
3.3.5. Bể lắng ...................................................................................... 51
3.3.6. Bể khử trùng .............................................................................. 54
3.3.7. Bể nén bùn ................................................................................. 56
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ........................................................................... 58
4.1. KẾT LUẬN ...................................................................................... 58
4.2. KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 59
4.3. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HẠN CHẾ ............................................ 59
4.3.1. Những khó khăn cịn tồn tại trong hai hệ thống xử lí nước thải .. 59
4.3.2. Biện pháp khắc phục .................................................................. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 60
PHỤ LỤC BẢN VẼ CHI TIẾT ................................................................... 62

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Ưu nhược điểm của mương oxy hóa ............................................ 12
Bảng 2.2. Ưu nhược điểm của lọc sinh học ................................................. 16
Bảng 2.3. Bảng phân loại hồ sinh học hiếu khí ............................................ 17
Bảng 2.4. Bảng mức độ xử lý nước thải ...................................................... 23
Bảng 2.5. thành phần ô nhiễn theo lý thuyết ............................................... 26
Bảng 2.6. Bảng thành phần ô nhiễm thực tế ................................................ 28
Bảng 2.7. Hiệu suất của Phương án 1 .......................................................... 35

Bảng 2.8. Hiệu suất của Phương án 2 .......................................................... 37
Bảng 2.9. So sánh ưu nhược điểm của 2 phương án .................................... 38
Bảng 3.1. Hệ số khơng điều hịa cung K0 ..................................................... 40
Bảng 3.2. Thông số thiết kế bể thu gom ...................................................... 41
Bảng 3.3. Thông số thiết kế bể tách dầu mỡ ................................................ 42
Bảng 3.4. Bảng thông số thiết kế bể điều hịa .............................................. 43
Bảng 3.5. Tóm tắt các thơng số thiết kế bể Aerotank ................................... 50
Bảng 3.6. Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng ........................................... 54
Bảng 3.7. Tóm tắt các thơng số thiết kế bể khử trùng .................................. 55
Bảng 3.8. Tóm tắt các thơng số thiết kế bể nén bùn ..................................... 57

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp tuyển nổi .................................................. 9
Hình 2.2. Sơ đồ phân loại các cách trung hịa .............................................. 11
Hình 2.3. Các bước hoạt động của bể SBR .................................................. 13
Hình 2.4. Sơ đồ một số cơng trình sinh học kỵ khí ...................................... 19
Hình 2.5. Thành phần ô nhiễm chung .......................................................... 26
Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ phương án 1 ..................................................... 30
Hình 2.7. Sơ đồ cơng nghệ phương án 2 ...................................................... 33

vii


ISO

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế

ĐTM

Đánh giá tác động môi trường

QCNV

Quy chuẩn Việt Nam

BTNMT

Bộ Tài nguyên Mơi trường

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Nhu cầu oxy hóa học

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

TDS

Tổng chất rắn hòa tan

N2

Nitơ

P

Photpho

ĐTV

Động thực vật

pH

Độ hoạt động của các ion H+

EQP

Equalization Pump

MXP

Mixing Pump

INP

Influent Pum

viii

TĨM TẮT

Mơi trường là một trong những vấn đề được Trạm Toa Tàu lửa quan tâm
hàng đầu với tiêu chí bảo vệ môi trường và sức khỏe người lao động và hành
khách. Tuân thủ Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam, Trạm Toa tàu lửa thực hiện
Báo cáo kết quả quan trắc môi trường 6 tháng cuối năm 2019. Kết quả báo cáo
để Cơ quan quản lý Nhà nước về bảo vệ môi trường đánh giá hiện trạng ô nhiễm
và cơng tác bảo vệ mơi trường của Xí Nghiệp Toa Xe Sài Gịn trong điều kiện
hoạt động bình thường. Ngồi ra, Báo cáo giúp Xí Nghiệp Toa Xe biết rõ hơn
hiện trạng mơi trường của mình, từ đó đề ra các biện pháp ngăn ngừa, khống
chế và cải thiện ô nhiễm cần thiết nhằm đạt các tiêu chuẩn môi trường theo quy
định, đồng thời cải thiện môi trường làm việc cho nhân viên.
Với mong muốn được tiếp xúc và học hỏi kinh nghiệm thực tế về hệ thống
cũng như các kĩ sư trong lĩnh vực xây dựng và vận hành bảo trì hệ thống xử lí
nước thải nên đề tài “Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa
công suất 100m3” được đề xuất và thực hiện, nhằm tìm ra phương pháp xử lí
tối ưu cũng như tiết kiệm chi phí nhất trong q trình vận hành.
Trong đề tài này, tơi xác định đặc tính thành phần, lưu lượng,tính chất
nước thải và nêu ra các phương pháp xử lý phù hợp và sau đó lựa chọn phương
án xử lý; kế tiếp là áp dụng các công thức để tính tốn, thiết kế các bể xử lý và
cuối cùng là sử dụng phần mền Autocarrd vẽ chi tiết các bể cơng trình trong xử
lí nước thải. Trong q trình xem xét, tơi thấy phương án 1 có nhiều ưu điểm
cũng như khả thi trong quá trình thi công xây dựng nên lựa chọn phương án 1
làm phương pháp xử lý cho hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa công suất 100
m3 ngày/ đêm.

1


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Đất nước ta đang trong quá trình hội nhập kinh tế quốc tế, việc đẩy mạnh
chính sách cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đã mang lại một bộ mặt hoàn
toàn mới cho quốc gia. Với sự đầu tư bài bản hạ tầng các khu công nghiệp cùng
với sự xuất hiện ngày càng nhiều của các nhà máy xí nghiệp với quy mô lớn.
Tất cả những sự thay đổi này đều hứa hẹn sẽ mang đến những lợi ích to lớn cho
nền kinh tế cũng như giải quyết được các vấn đề xã hội có liên quan.
Tuy nhiên, trong quá trình đẩy mạnh sản xuất thì cũng nãy sinh các vấn
đề mơi trường có liên quan, ảnh hưởng đến con người và những sinh vật xung
quanh. Việc nước thải chưa qua xử lý xả thải trực tiếp ra môi trường có ảnh
hưởng rất lớn đến con người và mơi trường xung quanh.
Môi trường là một trong những vấn đề được Trạm Toa Tàu lửa quan tâm
hàng đầu với tiêu chí bảo vệ môi trường và sức khỏe người lao động và hành
khách. Tuân thủ Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam, Trạm Toa tàu lửa thực hiện
Báo cáo kết quả quan trắc môi trường 6 tháng cuối năm 2019. Kết quả báo cáo
để Cơ quan quản lý Nhà nước về bảo vệ môi trường đánh giá hiện trạng ô nhiễm
và cơng tác bảo vệ mơi trường của Xí Nghiệp Toa Xe Sài Gịn trong điều kiện
hoạt động bình thường. Ngồi ra, Báo cáo giúp Xí Nghiệp Toa Xe biết rõ hơn
hiện trạng mơi trường của mình, từ đó đề ra các biện pháp ngăn ngừa, khống
chế và cải thiện ô nhiễm cần thiết nhằm đạt các tiêu chuẩn môi trường theo quy
định, đồng thời cải thiện môi trường làm việc cho nhân viên.
Với mong muốn được tiếp xúc và học hỏi kinh nghiệm thực tế về hệ thống
cũng như các kĩ sư trong lĩnh vực xây dựng và vận hành bảo trì hệ thống xử lí
nước thải nên đề tài “Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa
công suất 100m3” được đề xuất và thực hiện, nhằm tìm ra phương pháp xử lí
tối ưu cũng như tiết kiệm chi phí nhất trong q trình vận hành.
1.2. MỤC ĐÍCH
 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Xí nghiệp tao tàu lửa cơng suất
100m3/ngày đêm.
 Nước thải đầu ra của trạm XLNT đạt QVCN 14: 2015 BTNMT (Cột B).

1.3. ĐỐI TƯỢNG
2


- Hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa.
1.4. NỘI DUNG THỰC HIỆN
 Tổng quan về nưởc thải sinh hoạt cũng như các phương pháp xử lý.
 Xác định đặc tính nước thải: lưu lượng, thành phần, tính chất, nguồn xả
thải.
 Đưa ra các phương án xử lý và lựa chọn phương án xử lý hiệu quả nhất để
thiết kế hệ thống xử lý nước thải.
 Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo sơ đồ công nghệ
đã đề xuất chi tiết.
 Vẽ các cơng trình đơn vị hồn chỉnh.
 Vẽ mặt cắt sơ đồ cơng nghệ (bao gồm cao độ cơng trình).
 Vẽ mặt bằng tổng thể trạm.
1.5. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
1.5.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu
 Kế thừa thơng tin, tài liệu đã có liên quan đến các vấn đề trong bài báo
cáo này.
 Tài liệu này chủ yếu bao gồm:
 Sử dụng các nguồn số liệu, thông tin từ các bộ phận chuyên trách trong
công ty có liên quan đến đề tài nhằm rút ngắn thời gian và kế thừa kết quả trước
đó.
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Tìm hiểu những cơng nghệ xử lí nước thải sinh hoạt trong các tài liệu

chuyên ngành.
- Tìm hiểu những cách tính tốn thiết kế cho hệ thống xử lí nước thải sinh

hoạt.
- Tìm hiểu những quy chuẩn, tiêu chuẩn có liên quan đến hệ thống xử lí

nước thải sinh hoạt.

3


1.5.3. Phương pháp so sánh
So sánh ưu điểm và nhược điểm của cơng nghệ xử lí hiện có và cơng nghệ
xử lí đề xuất. Từ đó chọn ra cơng nghệ xử lí tốt nhất.
1.5.4. Phương pháp phân tích
Phân tích các số liệu về đầu vào của nguồn nước thải từ đó tìm ra các cơng
nghệ xử lí. Sau đó từ các phương pháp đã chọn ta tiến hành phân tích và tìm ra
phương pháp có hiệu suất xử lí cao nhất.
1.6. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
 Xây dựng trạm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường, giải quyết
vần đề ô nhiễm môi trường do nước thải Trạm xử lí toa tàu lửa.
 Góp phần nâng cao ý thức về môi trường cho nhân viên cũng như ban
quản lý toa tàu lửa.
 Khi trạm xử lý hoàn thành và đi vào hoạt động sẽ là nơi để các doanh
nghiệp, sinh viên tham quan, học tập.

4


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
2.1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Theo bản chất của các phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia
chúng thành các phương pháp cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học. Một hệ thống

xử lý hoàn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên. Tuy nhiên, tùy theo
tính chất nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta có thể cắt
bớt một số công đoạn. Theo mức độ xử lý, người ta có thể chia làm tiền xử lý
(xử lý sơ bộ), xử lý sơ cấp, xử lý thứ cấp, xử lý cao cấp hay còn gọi là xử lý
cấp ba.
2.1.1. Các phương pháp xử lý cơ học (vật lý)
2.1.1.1. Song chắn rác
Trong hầu hết các cơng trình xử lý nước thải bằng biện pháp xử lý cơ học
đều có song chắn rác (bar-rack/screen). Song chắn rác dùng để giữ lại các rác
thơ có trong nước thải (giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ) để đảm
bảo cho các thiết bị và cơng trình xử lý tiếp theo vì các loại rác này có thể làm
tắt nghẽn đường dẫn nước hoặc làm hư hỏng máy bơm.
Song chắc rác là hạng mục cơng trình đầu tiên trong hệ thống xử lý nước
cấp hoặc nước thải, được đặt ở những kênh dẫn nước trước khi đưa vào trạm
xử lý, với góc nghiêng 45 hoặc 60° (thơng thường là 60°) so với mặt phẳng
ngang để tiện lợi khi vớt rác và hạn chế tổn thất áp lực của dòng chảy. Song
chắn rác được cấu tạo bởi một hay nhiều lớp thanh đan xen kẽ với nhau (cịn
gọi là mắc song).
Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa
các thanh kim loại của song chắn rác.[1]
2.1.1.2 Điều hòa lưu lượng
Điều hòa lưu lượng được dùng để duy trì dịng thải vào gần như khơng
đổi. Khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây
ra và nâng cao hiệu suất các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý.
Các phương án bố trí bể điều hịa lưu lượng có thể điều hịa trên dịng thải
hay ngồi dịng thải. Vị trí của các bể điều hòa thường đặt sau bể lắng và trước
bể lắng đợt I.
5

 Mục đích của bể điều hịa trong quy trình xử lý nước thải:
- Giảm bớt dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải ra
không đều.
- Tiết kiệm hóa chất để trung hịa nước thải.
- Giữ ổn định lưu lượng nước đi vào các cơng trình sau.
- Làm giảm và ngăn cản lượng nước có nồng độ các chất độc hại cao đi
vào trực tiếp cơng trình xử lý sinh học.
- Để đảm bảo hòa trộn các chất bẩn trong nước thải và ngăn ngừa sự lắng
đọng cần lắp đặt các thiết bị khuấy trộn. Trong quá trình khuấy trộn để san bằng
nồng độ và ngăn ngừa cặn lắng xảy ra các phản ứng oxy hóa khử và giảm lượng
BOD do bay hơi.[1]
2.1.1.3 Lắng
Chất rắn trong nước bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng
lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan. Tổng các chất rắn (Total solid, TS) trong
nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ
từ 103 - 105°C.
Tổng chất rắn trong nước thải chia làm hai thành phần: chất rắn lơ lửng
(lọc được) và chất rắn hịa tan (khơng lọc được).
Cơ sở quá trình lắng:
Lắng là giai đoạn tách các hạt rắn ra khỏi nước dưới tác dụng của trọng
lực, nhà làm sạch sơ bộ nguồn nước trước khi thực hiện quá trình lọc. Quá trình
lắng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng của các hạt, đồng
thời phụ thuộc vào trạng thái của nước. Quá trình lắng trong xử lý nước thường
là quá trình động, tức các hạt rắn lắng chịu tác động của cả trọng lực và chuyển
động của dịng nước.
Trong cơng nghệ xử lý nước thải, theo chức năng, các bể lắng được phân
thành bể lắng cát, bể lắng cấp I và bể lắng cấp II. Bể lắng cát nhằm loại bỏ các
hạt cặn vơ cơ có kích thước lớn hơn 0,2 mm như sỏi cát, xỉ. Bể lắng cấp I có
nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác, bể lắng cấp II
có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải.

6


 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng:
- Lưu lượng nước thải.
- Thời gian lắng.
- Khối lượng riêng và tải lượng tính theo SS.
- Tải lượng thủy lực.
- Sự keo tụ các hạt rắn.
- Vận tốc dòng chảy trong bể.
- Nhiệt độ nước thải.
- Kích thước bể lắng.[2]

2.1.1.4. Lọc
Quá trình lọc là quá trình làm sạch nước khi cho nước chảy qua lớp vật
liệu lọc có khả năng giữ lại các hạt cặn và thậm chí cả vi sinh vật có trong nước
mà q trình lăng khơng thể thực hiện được. Cặn bẩn trong nước sẽ bị giữ lại ở
khe rỗng hoặc trên bề mặt hạt lọc do lực liên kết phân tử. Sau khi qua hệ thống
lọc, nước sẽ có chất lượng tốt hơn cả về mặt hóa học, vật lý và sinh học.
Q trình lọc được sử dụng để tách các hạt hữu cơ và vô cơ kích thước
nhỏ có trong nước và nước thải mà q trình lắng khơng thực hiện được.
 Cơ chế lọc:
 Cơ chế lọc qua khe (Straining): Những hạt có kích thước lớn hơn khe

rỗng giữa các hạt vật liệu lọc sẽ bị giữ lại theo nguyên tắc cơ học.
 Cơ chế lắng (sedimentation): Các hạt lắng trên lớp vật liệu lọc.
 Cơ chế nén cặn (impaction): Các hạt nặng sẽ khơng chuyển động theo

dịng chảy.

 Cơ chế bị chặn (interception): Nhiều hạt khi chuyển động cùng với dòng

nước sẽ bị giữ lại khi tiếp xúc với bề mặt của hạt vật liệu lọc.
 Cơ chế dính bám (adhesion): Các bơng cặn sẽ bị dính bám vào bề mặt

của lớp vật liệu lọc khi chuyển động qua lớp này. Do lực của dịng chảy, một
số bơng cặn bị cắt nhỏ trước khi trở nên bị dính chặt và đầy sâu vào lớp vật liệu
7


lọc. Khi lớp vật liệu lọc bị tắc, lực cắt bề mặt gia tăng đến một giới hạn mà tại
đó khơng có một hạt cặn nào có thể đi qua. Một số hạt cặn có thể đi xuyên qua
lớp vật liệu lọc làm tăng đột ngột độ đục của nước sau lọc.
 Cơ chế hấp phụ (adsorption): Liên kết hóa học; tương tác hóa học; lực

tĩnh điện; lực điện động; lực Van der Waals.
Vật liệu lọc được dùng trong lọc nước là cát tự nhiên, cát thạch anh, đá
hoa nghiền, thanhoạt tính, ….
 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn thiết bị lọc:

- Nồng độ ban đầu huyền phù, % thể tích.
- Khả năng rửa.
- Khả năng chế tạo từ thép chịu axit.
- Khả năng nhận được nước lọc sạch.[3]
2.1.2. Phương pháp xử lý hóa lý
Như chúng ta đã biết, phương pháp hóa lý là một phương pháp chính để
xử lý nước thải. Xử lý hóa lý là một tên gọi chung cho nhóm các phương pháp
được áp dụng để xử lý nước thải gồm: đông tụ, keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion,
trích li, chưng cất, cơ đặc, thấm thấu ngược, siêu lọc, kết tinh, nhả hấp. Các
phương pháp này được ứng dụng để loại các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng),

các khí tan, các chất vơ cơ và hữu cơ hịa tan trong nước thải.
2.1.2.1. Keo tụ
Dùng phương pháp keo tụ tạo bông để loại bỏ huyền phù và chất keo
Các hóa chất dùng trong q trình keo tụ thường là phèn nhơm, phèn sắt,
các polyme được thể hiện qua bảng sau.
- So sánh giữa một số điểm khác nhau giữa phèn sắt và nhơm.
- Độ hịa tan phèn sắt nhỏ hơn phèn nhơm;
- Tỉ trọng: Fe(OH)3 = 1,5 Al(OH)3;
- Keo sắt vẫn lắng khi có ít huyền phù;
- Lượng phèn nhơm sử dụng cần gấp 2 – 3 lần phèn sắt;
8


- Phèn sắt có khả năng gây hiện tượng ăn mịn đường ống.[4]
2.1.2.2. Tuyển nổi
- Tuyển nổi là q trình phân tách các hạt rắn hoặc lỏng (các chất lơ lửng,
dầu, mỡ) ra khỏi nước, được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào
pha lỏng. Các bọt khí dính kết với các hạt khiến cho lực đẩy của bọt khí kết
hợp với hạt rắn đủ lớn để kéo các hạt này nổi lên bề mặt. Nhờ đó mà các hạt có
tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước cũng nổi được. Bọt nổi lên mặt nước được
loại bỏ bằng các thiết bị gạt bọt .
- Ưu điểm chính q trình tuyển nổi so với q trình lắng là khả năng
tách loại bỏ triệt để các hạt rất nhỏ và nhẹ. Phương pháp tuyển nổi hoạt động
liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư không lớn, thiết bị đơn giản.
Tuyển nổi kèm theo sự thổi khí, làm giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và
các chất dễ bị oxy hóa.
- Hiệu quả phụ thuộc kích thước và số lượng bọt khí.[4]
Các phương
pháp tuyển nổi

Tuyển nổi bằng
khí phân tán

Tuyển nổi bằng
khí hịa tan

Tuyển nổi bằng
điện cực

Tuyển nổi chân
khơng

Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp tuyển nổi
2.1.2.3. Hấp phụ
- Phương pháp hấp phụ được sử dụng để làm sạch triệt để nước thải khỏi
một số chất hịa tan, khơng có khả năng phân hủy sinh học, có độc tính cao
(thực hiện sau khi xử lý sinh học) hoặc xử lý cục bộ để thu hồi một số chất có
giá trị cao. Các chất đó thường là các kim loại nặng (crom, thủy ngân, asen . .
.), các chất hữu cơ, các chất màu (phenol, alkylbenzen - sulphonic acid, thuốc
nhuộm, các hợp chất thơm), các chất hoạt động bề mặt, các chất gây mùi, thuốc
sát trùng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ . . . Trên thực tế việc ứng dụng cịn hạn chế do
chi phí.
- Tùy theo bản chất, quá trình hấp phụ được phân loại thành: hấp phụ lý
9


học và hấp phụ hóa học.
- Khả năng hấp phụ phụ thuộc:
- Diện tích bề mặt chất hấp phụ;
- Nồng độ của chất bị hấp phụ;

- Vận tốc tương đối giữa hai pha;
- Cơ chế hình thành liên kết: hóa học hoặc lý học.
- Các tác nhân hấp phụ có thể sử dụng bao gồm: đất sét, Zeolites, Silicat
gel, Polymer gel, Chitosan, than hoạt tính.[1]
2.1.2.4. Trao đổi ion
- Trao đổi ion là phương pháp thu hồi các cation và anion bằng các chất
trao đổi ion (ionit). Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc
vật liệu nhựa nhân tạo. Chúng khơng hịa tan trong nước và trong dung mơi hữu
cơ, có khả năng trao đổi ion.
- Phương pháp này được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi
các kim loại như: Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, Hg, Cd, V, Mn, . . .cũng như các hợp chất
của asen, photpho, Xyanua và các chất phóng xạ, khử muối trong nước cấp,
cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao. Vì vậy, nó
được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải. Cation trao
đổi với ion H+ hoặc Na+ còn anion trao đổi với hydroxit OH-.
- Phản ứng trao đổi ion diễn ra như sau:
- Khi tiếp xúc với cationit:
- RSO3H + NaCl  RSO3Na + HCl
- Khi tiếp xúc với anionit:
- ROH + NaCl  RCl + NaOH
- Ở dạng tổng quát các phản ứng có thể trình bày như sau:
- mA + RmB  mRA + B.[2]

10


2.1.3. Phương pháp xử lý hóa học
- Phương pháp hóa học là một trong những phương pháp làm sạch nước
thải bằng việc thực hiện các phản ứng trung hòa, oxi hóa và khử các chất có
mặt trong chất thải vượt tiêu chuẩn cho phép. Tất cả các phương pháp này đều

liên quan đến việc tiêu hao hóa chất, vì vậy chi phí lớn. Người ta ứng dụng các
phương pháp này để lại các chất hòa tan và hệ thống cấp nước khép kín.[1]
2.1.3.1. Trung hịa
- Nước thải chứa các axit hoặc kiểm vô cơ trước khi thải vào hệ thống
nước hoặc tái sử dụng trong các q trình cơng nghệ cần được trung hịa. Nước
được xem là trung tính khi có pH = 6,5 - 8,5 [50].
- Nguyên tắc:
- Nước thải acid + nước thải kiềm  được trung hòa đến trung tính.
- Nước thải acid + hóa chất kiềm  được trung hịa đến trung tính.
- Nước thải kiềm + hóa chất acid  được trung hịa đến trung tính.

Trung hịa

Trung hịa bằng lọc
nước acid qua vật liệu
trung hịa.

Trung hịa bằng khí
axit

Trộn lẫn nước thải
acid với nước thải
kiềm hoặc bổ sung
tác nhân hóa học.

Hình 2.2. Sơ đồ phân loại các cách trung hòa
- Việc lựa chọn trung hòa phù hợp các yếu tố như thể tích, nồng độ nước
thải, chế độ thải. Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hịa phụ thuộc vào
nồng độ và thành phần nước thải cũng như liều lượng và loại tác nhân sử dụng.
2.1.3.2. Kết tủa

- Cơ sở phương pháp này dựa vào phản ứng trao đổi ion:
AB + CD = AD +CB

11


Đưa các hóa chất có khả năng kết hợp với các ion Ca2+, Mg2+ có trong
nước tạo thành kết tủa CaCO3, MgCO3, Mg(OH)2,…Các hóa chất có thể sử
dụng Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH,…
- MgSO4 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 +CaSO4
- CaSO4 + Na2CO3  CaCO3 + Na2SO4 . [4]
2.1.3.3. Oxy hóa - khử
- Nguyên lý thế oxy hóa – khử
- Một số chất tự thể hiện dưới dạng oxy hóa hay khử và chuyển từ dạng
này sang dạng khác bằng sự có thêm electron (khử) hoặc mất electron (oxy
hóa). Một cặp được tạo bởi một chất nhận và cho electron được gọi là hệ thống
oxy hóa – khử.
- Khử  oxy hóa n+ + ne-.
- Để xử lý nước chứa chất có tính khử, người ta có thể sử dụng các chất
có tính oxy hóa như Cl2, Ca(ClO3)2, Ca(ClO4), MnO2, … Ngược lại, khi xử
lý nước thải chứa các chất có tính oxy hóa, người ta dùng các chất khử như
FeSO4, NaHSO3.[5]
Bảng 2.1. Ưu nhược điểm của mương oxy hóa
Ưu điểm

Nhược điểm

Hiệu quả xử lý BOD, nito,
photpho cao

Địi hỏi diện tích xây dựng lớn

Quản lý vận hành đơn giản

Thời gian lưu nước dài

Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động
lớn về chất lượng và lưu lượng

Lượng oxy cung cấp cho
mương lớn

2.1.4. Phương pháp xử lí sinh học
2.1.4.1. SBR (sequencing batch reactor)
Bể SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu
12


làm đầy và xả cặn, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn (do q trình làm thống
và lắng trong được thực hiện trong cùng một bể).

Hình 2.3. Các bước hoạt động của bể SBR
- Pha làm đầy có thể ở trạng thái: tĩnh, khuấy trộn hoặc khơng khí, tùy

thuộc vào đối tượng cần xử lý. Trạng thái tĩnh có được là do năng lượng đầu
vào thấp và nồng độ các chất nền cao ở cuối giai đoạn. Trạng thái khuấy trộn
là do có sự khử nitrat (khi có sự hiện diện của nitrat) các chất lơ lửng sẽ làm
giảm nhu cầu oxy và năng lượng đầu vào, và cần phải có điều kiện thiếu hoặc
kỵ khí cho q trình loại bỏ sinh hóa. Trạng thái thơng khí là do xảy ra các phản
ứng hiếu khí ban đầu, làm giảm thời gian tuần hoàn và giữ nồng độ chất nền ở

mức thấp, điều này là quan trọng nếu tồn tại thành phần các chất hữu cơ dễ bị
phân hủy với nồng độ độc tính cao.
- Nếu khơng có phản ứng sinh hóa xảy ra trong suốt pha làm đầy ở trạng

thái tĩnh nồng độ chất nền trong bể SBR sẽ đạt tối đa ở cuối pha này. Nếu trạng
thái khuấy trộn được chọn, nồng độ chất nền, nồng độ oxy hòa tan, và nồng độ
nitrat sẽ thay đổi trong suốt quá trình.
- Khi khơng có oxy hiện diện, nitrat sẽ trở thành tác nhân nhận điện tử và

phản ứng sinh hóa thiếu khí sẽ làm giảm nồng độ chất nền. Cuối cùng, sự lên
men hoặc các phản ứng sinh hóa kỵ khí sẽ bắt đầu ngay khi khí oxy và nitrat
được lấy hết ra. Trạng thái thơng khí được tiến hành khi khí được cung cấp
trong suốt q trình làm đầy. Tốc độ phân hủy chất nền được giới hạn bởi tốc
độ phản ứng sinh hóa là hàm của sinh khối và nồng độ chất nền khi nồng độ
oxy hòa tan cao hơn so với nồng độ tối thiểu hoặc là hàm của tốc độ với oxy
được cung cấp từ thiết bị thổi khí.[6]

13


2.1.4.2. Aerotank
Trong q trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái
huyền phù. Quá trình làm sạch trong aerotank diễn ra theo mức dòng chảy qua
của hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. Việc sục khí ở đây đảm
bảo các yêu cầu của q trình: làm nước được bão hịa oxy và duy trì bùn hoạt
tính ở trạng thái lơ lửng.
Tốc độ sử dụng oxy hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố sau: tỷ số giữa lượng
chất dinh dưỡng và số vi sinh vật, nhiệt độ, tốc độ sinh trưởng và hoạt động
sinh lý của vi sinh vật, nồng độ sản phẩm độc tính tụ trong q trình trao đổi
chất, hàm lượng oxy hòa tan. Hoạt động sinh học hiếu khí khơng phụ thuộc vào

nồng độ oxy hịa tan nằm trên giới hạn cực tiểu. Giá trị cực tiểu này đối với các
hệ xử lý khác nhau dao động từ 0.2 đến 2 mg/l và giá trị điển hình của nó thường
là 0.5 mg/l. Khơng khí được cấp vào nước thải bằng các cách sau: nén khí qua
bộ phận khuếch tán ngập trong nước bằng sục khí, dùng khuấy cơ học thổi
khơng khí vào chất lỏng bằng thơng khí cơ học.
 Các cách phân loại aerotank:
- Dựa vào chế độ thủy động lực ta có: aerotank khuấy trộn, aerotank đẩy,

aerotank trung gian.
- Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính người ta chia thành loại có tái

sinh tách riêng và loại khơng có tái sinh tách riêng.
- Theo tải lượng bùn người ta chia thành loại tải trọng cao, tải trọng trung

bình và tải trọng thấp.
- Theo số bậc ta có bể aerotank một bậc, hai bậc, ba bậc.
- Theo chiều dẫn nước thải vào ta có loại xi chiều, ngược chiều.
 Q trình thơng khí sinh học thành các loại như sau:
- Thơng khí thơng thường: trong hệ thống thơng khí thơng thường, việc

sục khí và khuấy trộn đạt được khá đều dọc theo chiều dài của bể aerotank.
Nhược điểm của phương án này là nồng độ oxy thấp chiếm ưu thế ở đầu vào
có thể gây bất lợi cho các vi sinh vật ở khu vực này. Trong khi đó ở khu vực
đầu ra lượng oxy được cung cấp có thể dư thừa so với nhu cầu của quá trình.
- Ổn định tiếp xúc: ở đây nước thải thơ vào tiếp xúc với bùn hoạt tính
14


trong thời gian ngắn (từ 0.5 đến 1 giờ), chỉ đủ cho vi sinh vật hấp thụ các chất
hữu cơ hịa tan, chứ khơng đủ để chúng phân hủy. Bùn hoạt tính lắng xuống

được đưa trở về bể ổn định. Ở đây hỗn hợp lỏng huyền phù được thơng khí từ
2 đến 3 giờ cho phép các vi sinh vật phân hủy các chất hửu cơ đã bị hấp thụ.
Như vậy chỉ cần thơng khí lượng bùn lắng nhỏ hơn rất nhiều so với tổng thể
tích dịng nước thải. Q trình này được ứng dụng và làm việc có hiệu suất cao
trong xử lý nước thải sinh hoạt.
- Thơng khí bậc cao: để giảm chi phí xây dựng thiết bị xử lý, người ta đã

phát triển một hệ thống có tải trọng xử lý BOD cao và thời gian thông khí ngắn
bằng vận hành hệ thống cao, giảm tuổi bùn, trong khi đó tăng hàm lượng hỗn
hợp lỏng và chất rắn lơ lửng trong bể lên tới 4000-5000 mg/l.
Nước thải đưa vào aerotank cần có hàm lượng SS khơng vượt quá 150
mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l, pH = 6.5-9. Trong vận
hành các quá trình hoạt hóa bùn, người ta thường điều chỉnh các tham số sau:
lượng oxy cần cung cấp, tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính, lượng bùn dư thải,
kiểm sốt MLSS. Hàm lượng MLSS trong aerotank thường dao động từ giá trị
1000-10000 mg/l. Trong xử lý nước thải sinh hoạt tải lượng trung bình nồng độ
MLSS thường khoảng 50 mg/l. ngày. Nồng độ BOD đầu vào thường< 400mg/l,
hiệu quả làm sạch thường từ 80 – 95%.
2.1.4.3. Lọc sinh học
Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước
cũng như khơng khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật
liệu bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật.
Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn
trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật tùy tiện. Ở
ngoài cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí mà dễ thấy là trực khuẩn Bacillus
ở giữa là các vi khuẩn tùy tiện như Alkaligenes, Pseudomonas, Flavobacterium,
Micrococus và cả Bacillus. Lớp sâu bên trong màng là các vi khuẩn kỵ khí khử
mùi lưu huỳnh và nitrat. Phần cuối cùng của màng là các động vật nguyên sinh
và một số sinh vật khác.
Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng

làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy chất hữu cơ được tách ra khỏi
nước, còn khỏi lượng của màng sinh vật tăng lên. Màng vi sinh chết được cuốn
15