Tải bản đầy đủ

TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI NƯỚC THẢI SINH HOẠT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI NƯỚC THẢI SINH HOẠT
1.1. Bùn sơ cấp
1.1.1. Nguồn phát sinh bùn sơ cấp

Hầu hết các nhà máy xử lý nước thải sử dụng bể lắng sơ cấp để loại bỏ các chất rắn có thể lắng
được khỏi nước thải thô. Trong một nhà máy với bể lắng sơ cấp và xử lý thứ cấp bằng quá trình
bùn hoạt tính thông thường, khối lượng khô của bùn sơ cấp chiếm khoảng 50% của lượng bùn
tổng cộng. Bùn sơ cấp thường dễ quản lý hơn bùn và hóa học. Bùn sơ cấp thường chứa 3 – 7%
TS, trong đó 60 – 80% là chất hữu cơ (khối lượng khô). Chất thải rắn sơ cấp được tạo thành với
tốc độ khoảng 2500 – 3500 lít / mỗi triệu lít nước thải được xử lý.
1.1.2. Thành phần và tính chất của bùn

Những ảnh hưởng đến nồng độ bùn bao gồm:
Nước thải không được loại bỏ cát trước khi vào bể lắng sơ cấp
Nếu bùn chứa lượng lớn chất rắn không bay hơi, có thể đạt được nồng độ lớn hơn 6%
Tải lượng công nghiệp có thể ảnh hưởng lớn đến nồng độ bùn
Bùn có thể nổi khi có bọt khí được tạo ra dưới điều kiện kỵ khí. Để ngăn ngừa tình trạng
thối rữa tạo thành khí, cần hạn chế thời gian lưu bùn trong bể lắng
- Nếu bùn sinh học được trộn với nước thải, thông thường, sẽ dẫn đến nồng độ bùn sơ cấp
thấp hơn
1.2. Bùn thứ cấp

-

Bùn từ các quá trình xử lý như bùn hoạt tính, bể lọc nhỏ giọt và tiếp xúc sinh học quay. Lượng
và tính chất của bùn sinh học thay đổi theo tốc độ trao đổi chất và tăng trưởng của vi sinh vật có
trong bùn. Ở những nhà máy không có xử lý bậc 1, bùn sinh học chứa rác như cát, nhựa, giấy và
vải. Nồng độ và thể tích của bùn sinh học phụ thuộc rất lớn vào phương pháp vận hành của bể
lắng. Nói chung, bùn sinh học khó nén và tách nước hơn bùn sơ cấp và hầu hết bùn hóa học.
1.2.1. Thành phần của bùn thứ cấp
1.2.2.1. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của bùn đô thị thay đổi tùy theo nguồn gốc và phương pháp xử lý. Bùn chứa
các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng vi lượng và nước quan trọng cho thực vật phát triển. Mười sáu
(16) nguyên tố ngoài 90 nguyên tố được tìm thấy trong thực vật cần cho sự phát triển của thực
vật và hầu hết những nguyên tố này có trong bùn. Những nguyên tố như C, H, O, N, P, K, S, Ca,
Mg, Fe, B, Mn, Cu, Zn, Mb và Cl. Ngoài ra trong bùn còn chứa các chất hữu cơ phần lớn là C và
lượng ít hơn H, O và các nguyên tố khác như N, S, P.
Tuy nhiên, bùn thường chứa các chất vô cơ hay hữu cơ có thể gây ảnh hưởng đến thực vật, động
vật cũng như sức khỏe con người nếu có với nồng độ cao. Các chất ô nhiễm vô cơ bao gồm 10
kim loại nặng hiện đang đựơc qui định bởi US EPA: As, Cd, Cr, Cu, Pb, Mb, Hg, Ni, Se và Zn.
Ngoài ra còn nhiều nguyên tố khác như Cr, Cu, Pb, Hg, Mb, Ni, Se, Zn, và các chất ô nhiễm hữu
cơ.

1


Bảng 1.1 - Thành phần và tính chất của bùn XLNTSH
STT
Thành phần
1
pH
2
Tổng chất rắn (TS), %
3
Chất rắn bay hơi (TVS)%
4
Nitơ (N, %TS)
5
Photpho (P2O5, %TS)
6
Kali (K2O, %TS)
7


Độ kiềm (mgCaCO3/L)
8
As (mg/ kg khối lượng khô)
9
Cd (mg/ kg khối lượng khô)
10
Cr (mg/ kg khối lượng khô)
11
Cu (mg/ kg khối lượng khô)
12
Pb (mg/ kg khối lượng khô)
13
Hg (mg/ kg khối lượng khô)
14
Mo (mg/ kg khối lượng khô)
15
Ni (mg/ kg khối lượng khô)
16
Se (mg/ kg khối lượng khô)
17
Zn (mg/ kg khối lượng khô)
18
Fe (mg/ kg khối lượng khô)
19
Sn (mg/ kg khối lượng khô)
20
Mn (mg/ kg khối lượng khô)
Nguồn: Girovich, 1996

Bùn lắng 1
5,0 – 8,0
3,0 – 7,0
60 – 80
1,5 – 4,0
0,8 – 2,8
0 – 1,0
500 – 1500
1,1 – 230
1 – 3410
10 – 99000
84 – 17000
13 – 26000
0,6 – 56
0,1 – 214
2 – 5300
1,7 – 17,2
101 – 49000
1000 – 154000
2,6 – 329
32 – 9870

Bùn lắng 2
6,5 – 8,0
0,5 – 2,0
50 – 60
2,4 – 5,0
0,5 – 0,7
0,5 – 0,7
580 – 1100
10
10
500
800
500
6
4
80
5
1700
17000
14
260

1.2.2.2. Tính chất của bùn


Trọng lượng riêng và tính bay hơi
Bảng 1.2 - Khối lượng riêng của bùn thải

Loại bùn
RPS
WAS
TF và RBC
RPS + WAS
Nguồn US EPA



TVS
75 – 80
80 – 85
75 – 80
75 – 85

Khoảng khối lượng riêng
1 + 0,010 (TSS%) – 1 + 0,012 (TSS%)
1 + 0,007 (TSS%) – 1 + 0,012 (TSS%)
1 + 0,015 (TSS%) – 1 + 0,025 (TSS%)
1 + 0,004 (TSS%) – 1 + 0,006 (TSS%)

RPS: bùn thô sơ cấp

WAS: Bùn hoạt tính

TF: Bể lọc

RBC: bể tiếp xúc sinh học quay

Khả năng tách nước của bùn
Bảng 1.3 - Tính nén của bùn thải

Loại bùn
RPS

Bể lắng 1
5–7

Nồng độ TSS
Bể tuyển nổi Bể nén trọng lực
8 – 10

Ép dây đai
9 – 12

Ly tâm
9 – 12
2


WAS
FFSb
RPS + WAS
RPS + FFS
Nguồn US EPA


2,5 – 4
3–5

3–5
3–5
4–6
4–6

2 – 2,5
2,5 – 3
4–5
5–6

4–6
5–7
5–7
5 – 10

4–6
5–7
5–7
6 – 10

Kích thước hạt
Bảng 1.4 - Khả năng tách nước phụ thuộc vào kích thước hạt

Kích thước (µm)
Mẫu ban đầu, không phân loại
>100
5 – 100
1–5
<1
Nguồn US EPA


Độ bền (s2/g)
10,4 × 109
2,3 × 109
4,6 × 109
13,8 × 109

Hạt (%tổng cộng)
10,2
75,5
8,5
5,9

pH bùn

Giá trị pH bùn ảnh hưởng điện tích bề mặt trên hạt bùn. Do đó, pH sẽ ảnh hưởng loại polymer
được dùng để tạo điều kiện cho bùn.


Nguyên tố vi lượng và kim loại nặng.

Các nguyên tố vi lượng có trong chất thải công nghiệp, cấp nước sinh hoạt, phân và nước tiểu
và chất tẩy rửa. Nguyên tố vi lượng còn từ các nguồn:
-

Chất hóa học trong dung dịch nhuộm ảnh, sơn, xi mạ, thuốc nhuộm và thuốc trừ sâu
được sử dụng trong nhà và thương mại
Nước mưa, ăn mòn ống nước tạo ra Zn, Cd, Cu và Pb
Hóa chất trong nhà máy xử lý nước thải, tạo điều kiện cho bùn…

1.1

3


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN
Bùn XLNT đô thị được quản lý bởi luật 40 CFR phần 503 cho bùn sơ cấp và thứ cấp của nhà
máy XLNTSH. Tùy vào mục đích sử dụng bùn và vấn đề vận chuyển, bùn được xử lý qua nhiều
bước khác nhau nhằm đáp ứng qui định đề ra. Có năm quá trình chính được dùng trong các nhà
máy XLNT bao gồm:






Phương pháp nén bùn
Phương pháp ổn định bùn
Phương pháp tách nước
Phương pháp tạo điều kiện
Phương pháp xử lý bùn bằng nhiệt.

2.1. Phương pháp nén bùn
2.1.1. Phương pháp nén bùn trọng lực
Nén bùn trọng lực diễn ra tương tự như quá trình lắng trong các bể lắng. Nén trọng lực được
phân loại thành lắng tự nhiên và nén bùn cơ khí. Lắng tự nhiên sẽ gây ra bọt trên bề mặt và phân
tầng ở gần đáy bể nên bùn từ bể lắng II không xử lý được ở bể nén bùn tự nhiên. Bể nén bùn cơ
khí là bể tròn có gắn thanh gạt quay với tốc độ chậm. Bùn sơ cấp và thứ cấp thường được trộn
trước khi nén. Tỷ số giữa bùn thứ cấp và bùn sơ cấp ≥ 8:1 để đảm bảo điều kiện hiếu khí trong bể
nén bùn. Chlorine thường được thêm vào để ngăn cản bùn tự hoại và khí hóa. Các polymer hữu
cơ cũng được dùng tăng tốc độ lắng và tải trọng cho phép của bể.
2.1.2. Phương pháp nén bùn tuyển nổi
Tuyển nổi là quá trình phân tách pha rắn - lỏng nhân tạo bằng cách sục bọt khí mịn vào nước.
Bọt khí gắn với hạt rắn hình thành tổ hợp khí – rắn với khối lượng riêng đổ đống tổng cộng nhỏ
hơn khối lượng riêng của nước, vì vậy tổ hợp này nổi lên trên bề mặt nước và được thu gom
bằng cơ cấu vớt váng nổi.
2.1.3. Phương pháp nén bùn ly tâm
Nguyên lý: Tốc độ lắng của chất rắn trong chất lỏng được tăng cường nếu thay trọng lực bằng
một lực ly tâm mạnh, dựa trên trọng lượng riêng khác nhau của hai pha này. Chất lỏng nhẹ hơn
sẽ phân bố ở tâm vòng xoay còn chất rắn nặng hơn sẽ di chuyển ra vùng ngoại biên của vòng
xoay, và được lấy ra liên tục hoặc không liên tục.
Các phương pháp nén bùn ly tâm
 Ly tâm giỏ
 Thiết bị ly tâm có rôto
 Thiết bị ly tâm đĩa

2.2. Phương pháp tạo điều kiện
Các đặc tính của bùn ảnh hưởng đến hiệu quả tách nước là kích thước hạt, sự phân bố hạt bùn,
điện tích bề mặt, mức độ hydrate hóa, tương tác giữa các hạt. Ngoài ra sự sản sinh polymer sinh
4


học, mức độ phát triển của vi sinh vật sợi, tỷ lệ giữa bùn sơ cấp và bùn thứ cấp, hàm lượng chất
vô cơ cũng đóng vai trò quan trọng. Kích thước hạt được xem là yếu tố quan trọng nhất ảnh
hưởng đến khả năng tách nước của bùn. Khi kích thước trung bình của hạt giảm do trộn bùn hay
bùn bị vỡ, tỷ số diện tích bề mặt/thể tích tăng, dẫn đến tăng sự hydrate hóa, nhu cầu hóa chất
tăng và tăng trở ngại cho quá trình tách nước.
Thông thường có ba phương pháp tạo điều kiện cho bùn:




Tạo điều kiện bằng nhiệt
Tạo điều kiện bằng hóa chất
Tạo điều kiện bằng polyme

2.2.1. Phương pháp tạo điều kiện bằng nhiệt
Tạo điều kiện bùn bằng nhiệt là quá trình làm nóng bùn đến nhiệt độ 140 – 240 0C trong 15 – 60
phút dưới áp suất 1720 – 2760 kN/m 2. Nhiệt sẽ cô đặc bùn lại, phá vỡ cấu trúc tế bào của bùn,
giảm ái lực của bùn với nước. Bùn sẽ đi qua bộ phận trao đổi nhiệt đi vào thùng phản ứng, tại
đây dòng hơi sẽ được phun trực tiếp vào bùn để đưa nhiệt độ và áp suất lên đến mức cần thiết.
Thời gian lưu trong thùng phản ứng khoảng 30 phút. Sau đó, bùn được quay trở lại bộ phận trao
đổi nhiệt để thu hồi nhiệt rồi đi đến bể lắng cô đặc bùn. Bùn sau nén có thể tách nước bằng cách
lọc hay ly tâm để đạt được TS từ 30 – 50%. Bùn cũng có thể nghiền trước khi tạo điều kiện.
Dòng lỏng thu lại được tuần hoàn về đầu hệ thống và đóng góp từ 30 – 50% vào tải trọng ban
đầu của hệ thống XLNT.
2.2.2. Phương pháp tạo điều kiện bằng hóa chất
Tạo điều kiện bằng hóa chất chủ yếu kết hợp với quá trình tách nước nhờ lọc áp lực và lọc chân
không. Các hóa chất thường dùng là vôi, FeCl3, ngoài ra có FeSO4, FeCl2, Al2(SO4)3…
2.2.3. Phương pháp tạo điều kiện bằng polymer
-

Giải hấp nước ở bề mặt biên
Kết hợp các hạt bùn nhỏ bằng cách tạo liên kết bắc cầu giữa các hạt bùn

2.3. Phương pháp ổn định
2.3.1. Phương pháp ổn định bùn bằng kiềm
Có hai hình thức ổn định bùn bằng vôi:



Ổn định vôi trước khi tách nước gọi là pre-lime stabilization
Ổn định vôi sau khi tách nước gọi là post-lime stabilization

Bùn sau ổn định bằng kiềm có hàm lượng nitơ thấp hơn các loại bùn khác vì nitơ đã chuyển
thành ammonia trong suốt quá trình. Bùn gồm 1 – 2% nitơ, 1% phốtpho, một lượng nhỏ kali và
những chất vi lượng cần thiết cho thực vật phát triển. Bón loại bùn này sẽ tạo điều kiện cải tạo
những đặc tính của đất như pH, kết cấu đất, khả năng giữ nước. Bùn loại B thích hợp cho đất
nông nghiệp bị acid hóa, khôi phục mỏ, lớp phủ bãi chôn lấp…những nơi hạn chế tiếp cận với
cộng đồng. Bùn loại A được trộn với đất trồng cây ở vườn nhà.
5


2.3.2. Phương pháp ổn định bùn hiếu khí
Phân hủy hiếu khí là sự ổn định bùn nước thải bằng cách oxy hóa sinh học trong bể hở hay kín.
Phương pháp phân hủy này có thể kiểm soát bùn hoạt tính, bể lọc nhỏ giọt hay bùn sơ cấp cũng
như hỗn hợp của chúng. Phân hủy hiếu khí là sự oxy hóa trực tiếp chất có thể phân hủy sinh học
và sự oxy hóa tế bào vi khuẩn nhờ vi sinh vật.
Các dạng khác nhau của quá trình phân hủy hiếu khí
-

Vận hành mẻ thông thường
Vận hành liên tục thông thường
Phân hủy hiếu khí hiếu nhiệt tự động

2.3.3. Phương pháp ổn định bùn kỵ khí
Phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy chất hữu cơ, kết quả tạo thành một phần chất khí, phần
hóa lỏng và chất khoáng. Nói chung, quá trình được xem là quá trình sinh học hai giai đoạn gồm
chuyển đổi chất thải và ổn định chất thải. Sản phẩm cuối cùng là khí methane, CO 2 và chất hữu
cơ còn lại đã ổn định.
Quá trình phân hủy kỵ khí bùn nước thải sinh hoạt đã được sử dụng để ổn định chất thải hữu cơ
trước khi thải bỏ cuối cùng. Việc kiểm tra chất thải hữu cơ với các thành phần khác như kim loại
nặng để bảo đảm các chất này không gây ảnh hưởng quá trình phân hủy kỵ khí chất thải. Quá
trình phân hủy kỵ khí chất thải được quan tâm không chỉ là do khả năng xử lý chất thải của nó
mà còn do khả năng tạo thành khí methane là sản phẩm có giá trị năng lượng.
2.3.4. Phương pháp làm compost cho bùn
Biến bùn thành compost là quá trình phân hủy nhiệt hiếu khí các thành phần hữu cơ trong bùn
thành dạng mùn ổn định. Tốc độ bay hơi, loại bùn, độ ẩm, nồng độ oxy, tỷ lệ C/N, nhiệt độ, pH
là các yếu tố quyết định quá trình. Quá trình compost được xem như hoàn thành nếu bùn có thể
dự trữ mà không gây mùi và lượng vi sinh gây bệnh giảm xuống đến mức tối thiểu rủi ro khi sử
dụng.
2.4. Phương pháp tách nước
2.4.1. Máy lọc ép băng tải
Máy lọc ép băng tải dùng băng tải di động đơn hay kép để tách nước ra khỏi bùn tạo thành bánh
bùn. Máy hoạt động theo nguyên tắc: bùn đi qua giữa hai đai có lỗ rỗng được kéo căng dưới các
trục cán có đường kính khác nhau, tạo áp lực ép nước thoát ra. Quá trình lọc ép chia thành các
giai đoạn: giai đoạn tạo điều kiện, giai đoạn thoát nước trọng lực, giai đoạn nén tách nước (vùng
nén áp lực thấp và vùng nén áp lực cao).
Sự thoát nước tự do ở vùng thoát nước trọng lực phụ thuộc vào loại bùn, hóa chất tạo điều kiện,
kích thước lỗ rỗng trên băng tải và thiết kế thiết bị. Vùng chịu áp lực thấp (còn gọi là vùng nêm)
là vùng mà bùn bị kẹp giữa hai băng tải trên và dưới. Vùng này hình thành bánh bùn tương đối
chắc để có thể chịu được áp lực từ vùng áp lực cao.
2.4.2. Máy lọc áp lực
6


Lọc áp lực dùng để tách nước ra khỏi bùn để tạo thành những bánh bùn có độ ẩm từ 12 – 15%.
Thiết bị này gồm những đĩa lọc và khung lọc. Thiết bị có một đầu cố định và một đầu di động tạo
áp lực trong chu trình lọc. Hiện nay, có hai loại máy lọc áp lực dùng tách nước cho bùn: máy lọc
có đĩa khoét rãnh thể tích không đổi và máy lọc có thể tích màng lọc thay đổi. Thể tích máy lọc
được xác định bằng số lượng, kích thước đĩa lọc và ngăn lọc trong thiết bị. Theo áp lực lọc có thể
phân thành hai loại: lọc áp lực cao (1040 – 1730 kPa), lọc áp lực thấp (350 – 864 kPa). Cần dùng
hóa chất để tạo điều kiện cho bùn trước khi lọc đặc biệt là bùn hoạt tính và bùn đã phân hủy hiếu
khí. Nhiệt độ trong quá trình vận hành máy lọc áp lực cao hơn các thiết bị tách nước khác và có
khả năng tạo ra bánh bùn rất khô đến 30 – 50%.
2.4.3. Máy lọc chân không
Phương pháp lọc được định nghĩa là loại bỏ chất rắn khỏi dòng chất lỏng bằng cách cho dòng
lỏng đi qua lớp vật liệu có lỗ rỗng để giữ lại chất rắn. Cần có sự giảm áp suất để chất lỏng đi qua
lớp vật liệu. Sự giảm áp suất này là nhờ:
-

Tạo ra chân không ở một bên của lớp vật liệu
Tăng áp suất lớn hơn áp suất khí quyển ở một bên của lớp vật liệu
Tạo lực ly tâm trên một diện tích của lớp vật liệu
Thiết kế để tạo ra trọng lực lên lớp vật liệu.

Trong lọc chân không, áp suất chân không do chân không phía dưới lớp vật liệu tạo lực đẩy pha
lỏng đi qua lớp vật liệu rỗng. Tuy nhiên, bùn với hạt rất mịn và không tạo bông rất khó tách nước
bằng máy lọc này.
2.4.4. Sân phơi bùn
Sân phơi bùn được dùng để khử nước bùn bằng cách nước tách ra khỏi bùn và bay hơi bề mặt.
Thông thường, phần nước lọc ra được tuần hoàn lại trong các nhà máy xử lý. Sân phơi bùn gồm
4 – 6 inch cát được đặt trên lớp sỏi dày 8 – 18 inch. Cát có kích thước hiệu quả là 0.3 – 1.2 mm
và hệ số đồng đều ít hơn 5, sỏi được chọn từ 1/8 – 1 inch. Hệ thống ống thoát thường gồm ống 4
inch được tráng lớp men và được đặt độ dốc tối thiểu là 1%.
Bùn được đưa vào sân phơi với bề dày 8 – 12 inch. Quá trình tách nước xảy ra nhờ tháo nước
qua lớp cát và bay bay hơi nước. Khi bùn khô, những vất nứt trên bề mặt giúp quá trình bay hơi
tốt hơn và sấy khô những lớp thấp hơn. Phần nước lọc qua lớp cát được thu bằng hệ thống ống
đục lỗ bên dưới sân phơi. Bánh bùn được loại khỏi sân phơi bằng băng tải hay thủ công, sau đó
được chở đi bón cho đất hoặc đến nơi thải bỏ cuối cùng.
2.5. Phương pháp xử lý bùn bằng nhiệt
2.5.1. Xử lý bùn ở nhiệt độ thấp
Quá trình này thường đứng sau quá trình tách nước cơ khí, và theo sau là cơ cấu kiểm soát ô
nhiễm không khí. Trong lò sấy, nước bay hơi và không có sự phân hủy các chất hữu cơ trong
bùn, nhiệt độ của bùn phải giữ ở mức từ 60 – 93 0C. Một phần bùn khô được trộn với bùn ban đầu
cho vào lò sấy để giảm sự kết cụm của bùn, tạo diện tích bề mặt riêng lớn nên quá trình sấy vận
hành hiệu quả hơn. Bùn khô và hơi nước được phân tách ngay trong lò sấy hay trong cyclone.
7


Dòng khí có thể đi qua bộ phận kiểm soát ô nhiễm để loại bỏ bụi và mùi hôi. Các thông số cần
xác định trong quá trình sấy là nhiệt độ, độ ẩm, thời gian lưu, tốc độ và hướng dòng hơi qua bề
mặt sấy.
Sấy khô bùn bằng nhiệt sẽ tạo ra bùn có độ ẩm dưới 10%, dòng hơi ẩm đi vào khí quyển và đôi
khi có dòng chất lỏng phụ. Phương pháp này cần nguồn nhiên liệu bổ sung và chi phí đắt. Nhiệt
cung cấp cho lò sấy chủ yếu là khí thiên nhiên và nhiên liệu dầu, bộ phận trao đổi nhiệt có thể
tận dụng lại nhiệt của dòng hơi thoát ra từ lò sấy.
2.6.2 Phương pháp thiêu đốt
Đốt là quá trình oxy hóa tỏa nhiệt nhanh của các chất dễ cháy trong nhiên liệu. Nung là quá trình
đốt hoàn toàn. Nhiệt phân là quá trình chưng cất khô, nứt do nhiệt và cô đặc các chất hữu cơ
dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất với sự có mặt của oxy.
Có 3 kỹ thuật chủ yếu xử lý bùn ở nhiệt độ cao:
-

Nung bùn trong lò nung tầng sôi (FBF);
Nung bùn trong lò nung nhiều ngăn (MHF);

Đốt cháy bùn thiếu khí (SAC).

8


CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN THẢI
3.1. Nguyên tắc để căn cứ lựa chọn phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt:
-

Căn cứ vào thành phần và tính chất của nước thải.
Căn cứ vào lưu lượng và chế độ xả thải.
Mức độ cần thiết của việc xử lý nước thải.
Đặc điểm của nguồn tiếp nhận nước thải.
Điều kiện vị trí địa lý và tính chất thổ nhưỡng, khí hậu của địa điểm dự kiến xây dựng
nhà máy xử lý nước thải.
Điều kiện vận hành và quản lý hệ thống xử lý.
Căn cứ vào điều kiện cơ sở hạ tầng của đơn vị.

3.2. Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt:
-

Phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng lý học : sử dụng song chắn rác, lắng cát,
tuyển nổi,…
Phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng hóa học và hóa lý: Trung hòa, keo tụ - tạo
bông,….
Phương pháp xử lý sinh hoạt nước thải bằng sinh học: Hiếu khí, kị khí,…

3.3. Chọn công nghệ xử lý nước thải công suất 100.000 m3/ ngày.đêm

Hình 1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt
9


Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải:
Nước thải được bơm qua ống có áp vào ngăn tiếp nhận. Ngăn tiếp nhận được xây dựng
ở vị trí cao để đảm bảo thế năng cho nước có thể tự chảy qua các công trình xử lý khác.
Sau đó nước thải qua song chắn rác. Tại đây, các rác lớn sẽ được song chắn rác giữ lại.
Nước thải tiếp tục đưa vào bể lắng cát ngang, tại đây dưới tác dụng của trọng lực, cát nặng
sẽ lắng xuống đáy bể, các loại hạt khoáng, cát, và kim loại sẽ được giữ lại và đưa sang sân
phơi cát để làm khô rồi dùng xe vận chuyển đi nơi khác. Tại bể điều hòa, nước thải
được điều hòa lưu lượng và nồng độ. Sau đó dẫn qua bể lắng 1 để loại
bỏ 1 phần cặn hữu cơ. Cặn tươi từ bể lắng 1 được dẫn đến bể mê tan để xử lý. Nước
thải sau đó tự chảy sang bể aerotank để oxy hóa các chất bẩn hữu cơ có mặt trong nước
thải. Bể lắng đợt II làm nhiệm vụ lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể aerotank dẫn đến. Nước
thải qua bể lắng ly tâm đợt hai: nhằm lắng các bông cặn tạo thành sau bể aeroten, làm sạch
hơn cho nước thải.
Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank giúp tăng hiệu quả xử lý, một phần
bùn hoạt tính từ bể lắng 2 được tuần hoàn trở lại bể aerotank để tiếp tục tham gia quá trình
xử lý (bùn hoạt tính tuần hoàn), phần còn lại được đưa qua bể nén bùn để làm giảm độ ẩm
và thể tích, sau đó được đưa đến bể mêtan để tiếp tục xử lý. Sau đó nước thải được khử
trùng, qua bể tiếp xúc làm tăng quá trình khử trùng của chất hoá học và sự khuếch tán
trong nước.
Nước thải sẽ theo mương thoát nước chảy ra nguồn tiếp nhận là sông. Các chất bã sau
khi phân huỷ ở bể mê tan thi được đưa tới nhà ép bùn. Tại đây bùn cặn sẽ đươc làm khô và
đưa bùn đi sử dụng. Cặn sau khi lên men ở bể mê tan có độ ẩm cao. Để thuận lợi cho việc
vận chuyển và xử lý, cặn được đưa tới sân phơi bùn để làm ráo nước. Sân phơi bùn có thể
làm giảm độ ẩm của bùn xuống còn 75 – 80%. Nước thải thu được ở sân phơi cát cũng như
ở bể nén bùn, bể mê tan và sân phơi bùn được thu gom lại và được bơm lên ngăn tiếp nhận
để xử lý.

10


CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.1. Tính toán lượng bùn thải sinh ra từ hệ thống xử lý nước thải công suất
100.000m3/ngày.đêm
o Xác định nồng độ bẩn của nước thải sinh hoạt
- Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sinh hoạt:

Csh =

n ll ×1000 60 × 1000
=
= 333,33 mg / lít
q tb
180

Trong đó: nll = Tải lượng chất rắn lơ lửng của nước thải sinh hoạt tính cho 1 người trong
ngày đêm lấy theo Bảng 2.1, nll= 60 g/ng.ngđ:
qtb = Tiêu chuẩn thoát nước trung bình, qtb = 180 lít/ng.ngđ
Bảng 2.1 – Tải lượng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm
Tải trọng chất bẩn (g/người.ngày đêm)
Chỉ tiêu
Các quốc gia đang phát
Theo Tiêu chuẩn
triển gần gũi với Việt Nam
TCXD-51-2008
Chất rắn lơ lửng (SS)
70 ÷ 145
60 ÷ 65
BOD5
45 ÷ 54
30 ÷ 35
COD (Bicromate)
72 ÷ 102
+
Nitơ Amonia (N-NH4 )
2,4 ÷ 4,8
8
Nitơ tổng cộng (N)
6 ÷ 12
Photpho tổng cộng (P)
0,8 ÷ 4,0
3,3
Chất hoạt động bề mặt
2 ÷ 2,5
Dầu mỡ phi khoáng
10 ÷ 30
(theo xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 12)
- Hàm lượng NOS20 trong nước thải sinh hoạt được tính theo công thức sau:

n ×1000 35 ×1000
Lsh =   NOS
=
= 194, 44 mg / lít
q tb
180

Trong đó: nNOS = Tải trọng chất bẩn theo NOS20 của nước thải sinh hoạt tính cho 1 người
trong ngày đêm lấy theo Bảng 1.3, nNOS= 35g/ng.ngđ
Hàm lượng chất lơ lửng và NOS20 giảm sau khi qua song chắn rác giảm 4%:

Csh ' = Csh ×
  ( 100 − 4 ) % = 333,33 × ( 100 − 4 ) % = 319,99 mg / lít
Lsh ' = L sh × ( 100 − 4 ) % = 194, 44 × ( 100 − 4 ) % = 225,11 mg / lít 
11


Hàm lượng chất lơ lửng và NOS20 giảm sau khi qua bể lắng cát ngang giảm 5%:

Csh " =  Csh ' × ( 100 − 5 ) % = 319,99 × ( 100 − 5 ) % = 303,99 mg / lít
Lsh " = Lsh ' × ( 100 − 5 ) % = 225,11× ( 100 − 5 ) % = 213,86 mg / lít 
4.2. Tính toán bể mê tan:
4.2.1. Xác định lượng cặn dẫn đến bể mê tan:
• Lượng cặn tươi từ bể lắng đợt I được tính theo công thức:

Csh " × Q × E × K
303,99 ×100000 × 65 ×1,1
=
= 310,5m 3 / ngđ 
100

P
×
1000
×
1000
100

93
×
1000
×
1000
(
)
(
)

Wc =  

Trong đó:

Csh"

= Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải dẫn đến bể lắng đợt I,

Csh" = 303,99 mg / lít
Q = Lưu lượng ngày đêm của nước thải, Q = 100000m3/ngđ;
E = Hiệu suất lắng có làm thoáng sơ bộ, E= 65% (Phụ Lục B);
K = Hệ số tính đến khả năng tăng lượng cặn do có cở hạt lơ lửng lớn, K=1,1÷1,2,
chọn 1,1;
P = Độ ẩm căn tươi, P= 93%
• Lượng bùn hoạt tính dư:

Lượng bùn hoạt tính dư (50% dẫn đến bể làm thoáng và 50% dẫn đến bể nén bùn) sau khi nén ở
bể nén bùn ly tâm được tính theo công thức:
Csh " ( 100 − E ) α − 100C tr  × Q × 50 [303,99 ( 100 − 65 ) ×1, 2 − 100 ×1, 2] ×100000 × 50
Wb =  
=
( 100 − P ) ×1000 ×1000 ×100
( 100 − 97,3) ×1000 ×1000 ×100
= 234,21 m3/ngđ
Trong đó: α = Hệ số tính đến khả năng tăng trưởng không điều hòa của bùn hoạt tính trong quá
trình xử lý sinh học: α =1,1÷1,2 (lấy α = 1,2);
P = Độ ẩm của bùn hoạt tính sau khi nén, P = 97,3%;
Ctr = Hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II, Ctr = 12mg/lít;
 Lượng cặn tổng cộng dẫn đến bể mêtan là:

W = WC + Wb = 310,5 + 234, 21 = 544, 71

m3/ngđ
12


Độ ẩm trung bình của hỗn hợp cặn tính theo công thức:
 15,525 + 6,32 
 C + Bk 
Phh = 100 × 1 − k
= 100 × 1 −
= 95,98%

W 
544, 71 


Trong đó: Ck = Lượng chất khô trong cặn tươi với độ ẩm P = 95%:
Ck =

Wc (100 − P) 310, 5 × (100 − 95)
=
= 15,525
100
100

m3/ngđ

Bk = Lượng chất khô trong bùn hoạt tính dư với độ ẩm P = 97,3%:
Bk =

Wb (100 − P) 234, 21× (100 − 97,3)
=
= 6,32
100
100

m3/ngđ

4.2.2. Tính toán bể mê tan:

Khi độ ẩm của hỗn hợp cặn Phh > 94% chọn chế độ lên men ấm với t = 30 ÷ 35ºC.
Chọn t = 33ºC.
Thời gian lưu bùn từ 6-20 ngày với thể tích bể nhỏ.
Dung tích bể mêtan được tính theo công thức sau đây:

Wm =

W × 100  544, 71× 100
=
= 5674, 06m 3 ≈ 5676m3
d
9, 6

Trong đó: W = Lượng cặn tổng cộng dẫn đến bể mêtan, W = 544,71 m3/ngđ;
d = Liều lượng căn ngày đêm dẫn vào bể mêtan (%), lấy theo bảng 2.2 (theo điều
7.185 TCXD-51-2008). Lấy d = 9,6%.
Bảng 2.2 – Liều lượng cặn ngày đêm dẫn vào bể mêtan, %
Độ ẩm của hỗn hợp cặn, %
Chế độ
lên men
93
94
95
96
Ấm 330C
7
8
9
10
0
Nóng 53 C
14
16
18
20
(theo xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 163)

97
11
22

Kích thước cơ bản của bể mê tan phụ thuộc vào dung tích bể, ta tham khảo theo kích thước thiết
kế mẫu ở bảng 2.3 và hình 2

13


Bảng 2.3 – Kích thước thiết kế mẫu của bể mêtan
Chiều cao thiết kế (m)
h1
H
10
500
1,45
5,00
12,5
1000
1,90
6,50
15
1600
2,35
7,50
17,5
2500
2,50
8,50
20
4000
2,90
10,60
(theo xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 163)
Đường kính D
(m)

Dung tích bể
(m3)

h2
1,70
2,15
2,60
3,03
3,50

Hình 2. Sơ đồ tính toán bể mê tan

(theo xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 164)
Chọn 3 bể mêtan công tác với dung tích mỗi bể: W 1 = 5676 : 3 = 1892 m 3 và chọn thêm một bể
dự phòng.
Kích thước của bể mêtan (lấy theo kích thước thiết kế mẫu ở bảng 2.3 – Loại dung tích 2500 m 3)
như sau: D = 17,5m; h1 = 2,5m; h2 = 3,03m và H = 8,5m.
4.2.3. Tính toán lượng khí đốt:

Trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí ở bể mêtan có sản sinh ra một lượng khí đốt chủ yếu là khí
CH4 và một ít CO2. Lượng khí đốt này được xác định theo công thức:

y=

a − nd 51, 2 − ( 0, 6 × 9, 6 )
=
= 0, 454m3 / kg
100
100

Trong đó: y = Lượng khí đốt thu được, m3/kg chất không tro;
14


a = Khả năng lên men lớn nhất của chất không tro trong hỗn hợp cặn dẫn vào bể
mêtan, %. Giá trị a phụ thuộc vào thành phần hóa học của cặn: chất béo, hydrat
carbon, protein…, và được tính theo công thức:

a = ( 0,92B + 0, 62H + 0,34P ) ×100
Ở đây: B = Hàm lượng chất béo;
H = Hàm lượng hydrat cacbon;
P = Hàm lượng protein.
n = Hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của cặn và chế độ lên men lấy theo Bảng 2.4 (theo
điều 7.186 - TCXD-51-2008). Trong trường hợp đang xét, với độ ẩm của hỗn hợp
cặn – bùn là Phh =95,98% (như đã tính toán ở phần trước) và chọn chế độ lên men
ấm, do đó n = 0,6.
d = Liều lượng cặn ngày đêm dẫn vào bể mêtan, d = 9,6% (Bảng 2.2)
Bảng 2.4 – Giá trị n phụ thuộc vào độ ẩm vầ chế độ lên men cặn
Độ ẩm tương ứng của cặn (%)
Chế độ
lên men (0C)
93
94
95
96
0
Ấm (30 C)
1,05
0,98
0,72
0,56
Nóng (530C)
0,435
0,385
0,31
0,24
(theo xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 166)

97
0,40
0,17

Trong tính toán ở trên, do không có điều kiện xét nghiệm hàm lượng các chất thành phần của
hỗn hợp cặn – bùn, vì vậy trị số a của hỗn hợp cặn – bùn dẫn vào bể mê tan được tính theo công
thức:
a=

53 ( C0 + R o ) + 44Bo
C 0 + R o + Bo

=

53 ( 14,96 + 0 ) + 44 × 3,802
14,96 + 0 + 3,802

= 51, 2%

Trong đó: Co, Ro, Bo = Tương ứng là lượng chất không tro của cặn tươi, rác và bùn hoạt tính dư,
được xác định như sau:
53 = Giá trị thực nghiệm a ứng với cặn tươi và rác nghiền;
44 = Giá trị thực nghiệm a ứng với bùn hoạt tính dư;


Lượng chất không tro trong cặn tươi, Co:
Co =  Ck

100 − A c 100 − Tc
100 − 5 100 − 25
×
= 20,99 ×
×
= 14,96 T / ng.đ
100
100
100
100

Trong đó: Ck = Lượng chất khô trong cặn tươi, Ck = 20,99 T/ngđ;
Ac = Độ ẩm háo nước của cặn tươi, Ac = 5%;
15


Tc = Tỷ lệ độ tro trong cặn tươi, Tc = 25%.



Ro = 0 T / ngđ
Lượng chất không tro trong rác nghiền:
Lượng chất không tro trong bùn hoạt tính dư:
Bo = B k

100 − A b 100 − Tb
100 − 6 100 − 27
×
= 5,54 ×
×
= 3,802
100
100
100
100

T/ngđ

Trong đó: Bk = Lượng chất khô trong bùn hoạt tính dư Rk = 5,54 T/ngđ;
Ab = Độ ẩm háo nước của bùn hoạt tính dư, At = 6%;
Tb = Tỷ lệ độ tro trong bùn hoạt tính dư, Tb = 27%.
Lượng khí đốt tổng cộng được tính theo công thức là:

K = y ( Co + R o + Bo ) ×1000 = 0, 454 ( 14,96 + 0 + 3,802 ) ×1000
3
K = 8517,95 mđ/ng.

Trong bể mê tan chọn chế độ lên men nóng với thời gian lên men là 10-20 ngày.
Chọn thời gian lên men là 15 ngày.
4.3. Tính toán sân phơi bùn

Lượng cặn tổng cộng dẫn đến sân phơi bùn bao gồm cặn từ bể mê tan và cặn từ bể tiếp xúc (khử
trùng sau lắng ở bể lắng đợt II):

Wtc = W + Wtx = 544, 71 + 22, 2 = 566,91

m3/ngđ

W = lượng cặn từ bể mê tan, W = 544,71 m3/ngđ;

Trong đó:

Wtx = lượng bùn ở bể tiếp xúc, được tính như sau:

Wtx =

a × N ll 0, 04 × 555556
=
= 22, 2
1000
1000

m3/ngđ

(theo xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 168)
Trong đó: a = tiêu chuẩn bùn lắng ở bể tiếp xúc (khi dùng clo để khử trùng) tính cho một người
trong ngày đêm có thể lấy như sau:




Khi xử lý cơ học
Xử lý sinh học ở aerotank
Xử lý sinh học ở biophin

: a = 0,08 – 0,16 lít/ngđ;
: a = 0,03 – 0,06 lít/ngđ;
: a = 0,05 – 0,10 lít/ngđ;

Chọn a = 0,04 lít/ngđ
16


Nll = dân số tính toán theo chất lơ lửng, Nll =

Q 100000
=
×1000 = 555556
q tb
180

người

Diện tích hữu ích của sân phơi bùn được tính theo công thức:
F1 =

Trong đó:

Wtc × 365 566, 91× 365
=
= 31351,8
qo × n
2 × 3,3

m2

qo = tải trọng cặn lên sân phơi bùn có thể lấy theo Bảng 2.5. Trong trường hợp
đang xét với cặn tươi, bùn hoạt tính dư đã lên men và với nền nhân tạo có hệ
thống rút nước, qo = 2 m3/m2.năm
n = hệ số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, tạm thời có thể lấy:




Đối với các tỉnh phía Bắc
: n = 2,2 ÷ 2,8;
Đối với các tỉnh miền Trung : n = 2,8 ÷ 3,4;
Đối với các tỉnh phía Nam : n = 3,0 ÷ 4,2 (và cẩn lưu ý đến 6 tháng mùa mưa,
khi đó cần có biện pháp rút nước nhanh)
Chọn n = 3,3
Bảng 2.5 – Tải trọng cặn trên 1m3 sân phơi bùn

Tải trọng cặn, m3/m2.năm
Loại cặn dẫn đến sân phơi bùn
Nền tự nhiên không có
Nền nhân tạo có ống rút
ống rút nước
nước
Cặn tươi và bùn hoạt tính chưa lên men
1,0
1,5
Cặn tươi và bùn hoạt tính lên men
1,5
2,0
Cặn lên men để lắng
1,5
3,5
(theo xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 170)
Sân phơi bùn được chia làm nhiều ô. Chọn kích thước mỗi ô: 48m x 68m = 3264 m2. Số ô sẽ là:

n=

31351,8
= 9, 6
3264

Chọn n = 10 ô.
Diện tích phụ của sân phơi bùn: đường sá, mương, máng được tính toán theo công thức sau:

F2 = k × F1 = 0, 25 × 31351,8 = 7837,95

m2

Trong đó: k = hệ số tính đến diện tích phụ, k = 0,2 ÷ 0,4. Chọn k = 0,25.
Diện tích tổng cộng sân phơi bùn:

17


F = F1 + F2 = 31351,8 + 7837,95 = 39189, 75

m2

Lượng bùn phơi từ độ ẩm 96% đến độ ẩm 75% trong một năm sẽ là:
Wp = Wtc × 365

Trong đó:

(100 − P1 )
100 − 96
= 566,91× 365
= 33108
(100 − P2 )
100 − 75

m3

P1 = độ ẩm trung bình của cặn khi lên men ở bể mê tan, P1 = 96 ÷ 97%,
Chọn P1 = 96%
P2 = độ ẩm sau khi phơi, P2 = 75 ÷ 80%, chọn P2 = 75%

Chu kỳ xả bùn vào sân phơi bùn dao động từ 20 ÷ 30 ngày. Chu kì này phụ thuộc vào nhiều yếu
tố:




Tính chất của bùn dẫn vào sân phơi bùn;
Khả năng thấm của đất;
Mùa nắng hay mùa mưa trong năm

Sân phơi bùn phơi cặn trong điều kiện tự nhiên.
Bùn đã khô (đến độ ẩm 75 ÷ 80%) được thu gom và vận chuyển đi nơi khác. Việc thu gom bùn
được thực hiện bằng máy xúc có gàu và đổ vào xe tự đổ rồi chở đi.
4.3.1. Thời gian sử dụng sân phơi bùn:

Thời gian sử dụng sân phơi bùn dựa vào các chu kì: xả bùn, làm khô và tích tụ bùn.
4.3.1.1. Tính cân bằng nước:

Lượng mưa và tốc độ bốc hơi thay đổi theo từng tháng. Bên cạnh đó, chu trình đổ bùn và làm
khô của sân có thể diễn ra ở mọi mùa trong năm. Do đo, tính toán cân bằng nước đực dựa vào số
liệu trung bình năm.
Bảng 2.6 – Số liệu khí tượng cho năm ẩm ướt nhất trong vòng 5 năm
Tháng
Tháng 1
Tháng 2
Tháng 3
Tháng 4
Tháng 5
Tháng 6
Tháng 7
Tháng 8
Tháng 9
Tháng 10

Nhiệt độ trung bình, 0C
5
9
12
19
21
25
27
24
21
17

Tổng lượng mưa, cm
3,0
11,0
5,5
12,9
8,8
14,1
7,3
12,8
2,6
12,3

Lượng bay hơi
6,9
5,8
8,9
8,9
14,0
16,5
21,5
21,6
20,3
13,0
18


Tháng 11
Tháng 12

11
1,0
10,2
7
3,7
5,8
Trung bình năm = 16,5
Tổng năm = 95
Tổng năm = 153,5
(theo Tính toán thiêt kế nhà máy xử lý nước – Lâm Minh Triết, trang 185)
4.3.1.2. Xác định lượng mưa:

Lượng mưa trung bình hằng năm =
Tổng diện tích của sân =

Lượng nước vào sân =

95 cm/n¨m
= 7,9 cm/th¸ng
12 th¸ng/n¨m

3264 + 0, 25 × 3264 = 4080

m2

4080 × 7,9
= 323 m3 / th¸ng
100

4.3.1.3. Xác định lượng bay hơi:

Lượng nước bay hơi hằng năm =

153,5 cm/n¨m
= 12,8 cm/th¸ng
12 th¸ng/n¨m

Lượng bay hơi trung bình hằng tháng =

3264 × 12,8
= 418 m3 / th¸ng
100

4.3.1.4. Xác định lượng thấm:

Giả thiết tốc độ lắng là 2m/năm.

Lượng nước thấm trung bình tháng =

200 cm/n¨m
= 16, 7 cm/th¸ng
12 th¸ng/n¨m

Diện tích mặt nước trung bình = 3264 m2

Lượng thấm trung bình hằng tháng =

3264 × 16, 7
= 545 m3 / th¸ng
100

4.3.1.5. Tính toán chu kì đổ bùn:

Tính toán chu kì đổ bùn được thực hiện cho bốn lớp của quá trình tích tụ bùn:
Lượng nước vào sân phơi bùn = 323 m3/tháng
19


Lượng bay hơi trung bình hằng tháng = 418 m3/tháng
Lượng thấm trung bình hằng tháng = 545 m3/tháng

Lưu lượng bùn trung bình =

566,91
× 30 = 1701 m3 / th¸ng
10

Lưu lượng bùn được thải vào sân = (1701 + 323 – 418 – 545 ) = 1061 m3/tháng
4.3.1.6. Tính toán chu kì làm khô bùn:

Thời gian làm khô trung bình của sân phơi bùn được tính như sau:
Diện tích bề mặt sân = 3264 m2

Thể tích bùn trong 1 ô =

Thời gian làm đầy =

Thời gian làm khô =

566, 91
= 56, 691m3
10

56, 691
× 30 = 1, 6
1061

ngày

56, 691
× 30 = 2, 7
( 545 + 418 − 323)

ngày

4.3.1.7. Tính toán tổng thời gian sử dụng của sân phơi bùn:

Tổng thời gian sử dụng sân phơi bùn là 1,6 + 2,7 = 4,3 ngày.

20



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×