Ứng Dụng Các Công Trình Cơ Học Trong Xử Lý Nước Thải

Hình 2.1: Đường cong sinh trưởng của sinh vật.

Vùng 1: Giai đoạn thích nghi/ pha lag

Pha lag bắt đầu từ lúc nuôi cấy đến khi vi sinh vật bắt đầu sinh trưởng. Trong pha này nồng độ bùn X= X0 (X0 là sinh khối ở thời điểm t= 0 giây). Tốc độ sinh trưởng: rg= dX/ dt= 0.

Gần cuối giai đoạn này tế bào vi sinh vật mới bắt đầu sinh trưởng tức tăng về kích thước, thể tích và trọng lượng do tạo ra như protein. Axit nucleic, men proteinaza, amilaza nhưng chưa tăng về số lượng.

Vùng 2: Giai đoạn sinh sản theo cách nhân đôi tế bào ( theo cấp số nhân)/ pha số mũ (pha log).

Trong pha log chất dinh dưỡng đáp ứng đầy đủ cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển theo luỹ thừa. Sinh trưởng và sinh sản đạt mức độ cao nhất. Sinh khối và khối lượng tế bào tăng theo phương trình: N= N0 x 2n ( n là số lần phân chia tế bào của N0 tế bào ban đầu). Tốc độ sinh trưởng tăng tỷlệ thuận với X ( từ đó có đường cong hàm mũ) theo phương trình:

Trong đó rg là tốc độ sinh trưởng vi sinh vật (mg/l.s); X là nồng độ sinh khối/

nồng độ bùn (mg/l); là hằng số tốc độ sinh trưởng hay tốc độ sinh trưởng riêng vi sinh vật (l/s). đường cong cho thấy sinh khối của bùn có xu hướng tăng theo cấp số nhân ( đoạn a- b) thuộc pha tiềm phát và pha sinh trưởng logarit. Trong pha sinh trưởng logarit tốc độ phân đôi tế bào trong bùn sẽ điều hoà đạt giá trị tối đa.

Phần giữa của đường cong ( e- f) tốc độ sinh trưởng gần như tuyến tính với nồng độ sinh khối tương ứng với nồng độ chất dinh dưỡng dư thừa.

Vùng 3: Giai đoạn sinh trưởng chậm dần

Trong giai đoạn này ( f-c) chất dinh dưỡng trong môi trường sẽ giảm sút và bắt đầu cạn kiệt cùng với sự biến mất của một hay vài thành phần cần thiết cho sự sinh trưởng hoặc do môi trường tích tụ sản phẩm ức chế vi sinh vật được sinh ra trong quá trình chuyển hoá chất trong tế bào ở pha log. Sự sinh sản của vi sinh vật dần đạt tới tiệm cận tuỳ thuộc vào sự giảm nồng độ chất dinh dưỡng. X tiếp tục tăng nhưng tốc độ sinh trưởng giảm dần dần khi chuyển dần dần từ pha sinh trưởng sang pha ổn định và đạt mức cân bằng ở cuối pha.

Vùng 4: Giai đoạn sinh trưởng ổn định/ pha ổn định

Chất dinh dưỡng trong pha này có nồng độ thấp, nhiều sản phẩm của quá trình trao đổi chất được tích luỹ. X đạt tối đa, số lượng tế bào đạt cân bằng. Sự sinh trưởng dừng lại, cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt ( c- d).

Vùng 5: Giai đoạn suy tàn/ pha suy vong.

Phần đường cong ( d- g) biểu thị sự giảm sinh khối bùn bởi quá trình oxy hoá diễn ra. Trong pha này số lượng tế bào có khả năng sống giảm theo luỹ thừa, các tế bào bị chết và tỷ lệ chết cứ tăng dần lên mà nguyên nhân là chất dinh dưỡng đã quá nghèo hoặc đã hết, sự tích luỹ sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và đôi khi tiêu diệt cả vi sinh vật. Các tính chất lý, hoá môi trường thay đổi không có lợi cho tế bào, các tế bào “ bị già và bị chết” một cách tự nhiên.

2.4 Các phương pháp xử lý nước thải

2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Phương pháp này được sử dụng để tách các tạp chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Các công trình xử lý cơ học bao gồm:

2.4.1.1 Thiết bị chắn rác

Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô( giấy, rau, cỏ, rác..), nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ… tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà người ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh.

Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta có thể chia làm 2 loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng máy.

Hình2.2:sàng chắn rác thô Hình 2.3: sàng chắn rác tinh

2.4.1.2 Thiết bị nghiền rác

Là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm. Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khó khăn cho các công đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên làm tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng trong các bể( đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin…)Do vậy phải cân nhắc trước khi dùng.

2.4.1.3 Bể điều hòa

Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này.

Có 2 loại bể điều hòa:

Bể điều hòa lưu lượng

Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng.

Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý. Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ số dao động đó. Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải.

2.4.1.4 Bể lắng cát

Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cân nặng ở các công đoạn xử lý sau.

Bể lắng cát gồm những loại sau:

Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể. Bể có tiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể.

Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Chế độ dòng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy.Bể lắng cát tiếp tuyến: Là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào theo chiều từ thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài.

Bể lắng cát làm thoáng: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị phun khí. Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một vòng xoắn ốc

quét đáy bể với một tốc độ đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng có thể lắng.

2.4.1.5 Bể lắng

Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lứng thành các loại:

Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan.

Bể lắng đợt 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng cặn vi sinh, bùn làm trong nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: Bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến.

2.4.1.6 Lọc

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng không loại bỏ chúng được. Người ta tiến hành quá trình lọc nhòe các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại.

Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc hoặc sỏi, thậm chí cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ. Việc lựa chon vật liệu lọc tùy thuộc vào các loại nước thải và điều kiện địa phương.

Có nhiều dạng lọc: lọc chân không, lọc áp lực, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuôi…

2.4.1.7 Tuyển nổi, vớt dầu mỡ

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất( ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách hay làm đặc bọt.

Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học.

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ( thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.

Bảng 2.7: Ứng dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải

Các công trình

Ứng dụng
Lưới chắn rác	Tách các chất rắn thô và có thể lắng.
Nghiền rác	Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn đồng nhất
Bể điều hòa	Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD và SS
Lắng	Tách các cặn lắng và nén bùn
Lọc	Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học và hóa học
Màng lọc	Tương tự như quá trình lọc, tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định
Vận chuyển khí	Bổ sung và tách khí
Bay hơi và bay khí	Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 96 trang tài liệu này.

Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học:

Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm BOD đến 30%. Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý cơ học

có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, thoáng gió đông tụ sinh học, hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40- 50% theo BOD.

Trong số các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong có ngăn phân huỷ là những công trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặn lắng.

2.4.2 Xử lý bằng phương pháp hoá học

Phương pháp này dùng để thu hồi các chất quý hoặc để khử các chất độc hoặc các chất ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh hoá sau này. Cơ sở của phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học, các quá trình lý hoá diễn ra giữa chất bẩn với hoá chất cho thêm vào, những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạo chất độc hại, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc hại. Các phương pháp hoá học là oxy hoá, trung hoà và keo tụ. Thông thường đi đôi với trung hoà có kèm theo quá trình keo tụ và những hiện tượng vật lý khác.

2.4.2.1 Phương pháp Ozon hoá cũng thuộc loại phương pháp hoá học.

Đó là phương pháp xử lý nước thải có chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hoà tan và keo bằng Ozon. Đặc tính của Ozon là khả năng oxy hoá rất cao, dễ dàng nhường oxy nguyên tử hoạt tính cho các tạp chất hữu cơ.

2.4.2.2 Phương pháp trung hoà:

Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 6.5 đến 8.5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo.

Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: Trộn lẫn nước thải axít với nước thải kiềm

Bổ sung các tác nhân hoá học

Lọc nước axít qua vật liệu có tác dụng trung hoà

axít.

Hấp thụ khí axít bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước

Việc lựa chọn phương pháp trung hoà là tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ

nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các tác nhân này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại là lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình.

2.4.2.3 Phương pháp oxy hoá- khử

Mục đích của phương pháp này là chuyển các chất ô nhiễm độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước thải. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hoá học, do đó quá trình oxy hoá hoá học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây ô nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác. Thường sử dụng các chất oxy hoá như: Clo khí và lỏng, nước Javen NaOCl, Kalipermangnat KMnO4, Hypocloric Canxi Ca(ClO2), H2O2, Ozon…

2.4.2.4 Khử trùng nước thải

Sau khi xử lý sinh học, phần lớn vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt. Khi xử lý trong các công trình sinh học nhân tạo( Aerophin và Aerotank) số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1- 2%. Nhưng để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng Chlor hoá, Ozon hoá, điện phân, tia cực tím…

2.4.2.5 Phương pháp Chlor hoá:

Chlor cho vào nước thải dưới dạng hơi hoặc Clorua vôi. Lượng Chlor hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là 10g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn. Chlor phải được trộn đều với nước và để đảm bảo hiệu quả khử trùng, thời gian tiếp xúc giữa nước và hoá chất là 30 phút trước khi thải nước ra nguồn. Hệ thống Chlor hoá nước thải Chlor hơi bao gồm thiết bị Chlorator, máng trộn và bể tiếp xúc. Chlorator phục vụ cho mục đích