CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ HỒ HIẾU KHÍ. Tổng quan lý thuyết và thực tiển ứng dụng công nghệ xử lý nước thải bằng hồ sinh học 1. Khái niệm về hồ sinh học Hồ sinh học là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải… Trong hồ diễn ra quá trình ô xi hoá sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác.
Hồ oxy hóa dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ. Phân loại hồ sinh học Có thể phân hồ sinh học ra thành 3 nhóm chính: 1. Hồ hiếu khí (Hồ hiếu khí tự nhiên và hồ hiếu khí nhân tạo): Với sinh khối hiếu khí, sử dụng hệ thống thổi khí cơ khí 2. Hồ kị khí: Với sinh khối tùy tiện kỵ khí ở trong hồ được đậy bởi tấm HDPE, 3.
Hồ tuỳ tiện: Với cùng một lượng sinh khối hoạt động trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí. Lớp trên của hồ tùy tiện được cung cấp oxy tự nhiên còn lớp đáy hồ là môi trường kỵ khí do trao đổi chất của vi khuẩn bám vào các hạt bùn lắng. Những ưu điểm nổi bật của hồ tùy tiện là: (i)Tiêu tốn ít (hoặc không) tốn điện. Bùn dự trữ được trong hồ nhiều năm.
Nhưng có một nhược điểm rất rõ ràng rằng công nghệ này cần diện đất rất lớn. Hồ hiếu khí • Oxy hóa các chất hữu cơ nhờ VSV hiếu khí. • Cung cấp oxy chủ yếu nhờ khuyếch tán không khí qua mặt nước - Hồ hiếu khí đơn giản nhất là các hồ bằng đất để xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên dưới sự tác dụng của VSV và tảo. - Chiều sâu từ 20-30 cm, thời gian lưu nước từ 3-12 ngày.
- Tải trọng BOD: 250 – 300 kg/ha.ngày Có thể nâng cao chất lượng oxy trong nước bằng cách kết hợp sục khí 1. Hồ tuỳ tiện (Kị khí - hiếu khí) Học viên: Lê Bá Huấn Trang 13 Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội • Nguồn oxy cung cấp chủ yếu là sự quang hợp của tảo. • Cần khuấy đảo bề mặt bằng thiết bị cung cấp khí - Trong hồ xảy ra các quá trình: - OXH các chất hữu cơ bởi các VSV hiếu khí ở lớp nước phía trên của hồ. - Quang hợp của tảo ở lớp nước phía dưới.
- Phân hủy chất hữu cơ của các vi khuẩn yếm khí ở đáy hồ. - Trong điều kiện tự nhiên: gió và nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới mức độ khuấy trộn của hồ.1 – Các quá trình xảy ra trong hồ sinh học - Vì quá trình quang hợp chỉ xảy ra ở độ sâu từ 150-300 mm dưới bề mặt thoáng của nước nếu không khuấy trộn thì phần lớn nước trong hồ nằm trong vùng tối. - Lợi ích của việc khuấy trộn là để rút ngắn thời gian lưu và phân bố đều các chất dinh dưỡng cho tảo, oxy và VSV. - Sự biến đổi pH ban ngày: - Nếu tốc độ tiêu thụ CO2 của tảo nhanh hơn tốc độ cung cấp CO2 từ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn hoặc từ khí quyển thì các ion hydrocabonat và cacbonat sẽ tách ra: Học viên: Lê Bá Huấn Trang 14 Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội CO2 được tảo hấp thụ pH tăng lên OH- tích lũy lại pH 9 1.
Hồ kị khí • Phân huỷ cặn lắng dựa trên sự phân giải của VSV kỵ khí. • Không có tảo, diện tích bề mặt không quan trọng - Các VK yếm khí phân hủy các chất hữu cơ thành sản phẩm cuối ở dạng khí là CO2, CH4 và hợp chất trung gian phát sinh mùi như các axit hữu cơ, H2S… - Đặc tính nước thải có thể xử lý bằng phương pháp kị khí là có hàm lượng chất hữu cơ cao, cụ thể là protein, mỡ, không chứa chất độc, đủ chất dinh dưỡng, có nhiệt độ tương đối cao. - Tiêu chuẩn vận hành bình thường với hồ yếm khí để có hiệu suất khử BOD = 75% là tải trọng BOD = 320gBOD/m3 Hình 1.2 – Dòng vào và ra trong hồ xử lý nước thải kỵ khí - Vấn đề thường gặp của hồ này là sự giảm nhiệt độ do mặt hồ không khuấy trộn được lớp dầu mỡ phủ kín để cách nhiệt và tránh tác động của gió. - Điều kiện thiết kế hồ ở nhiệt độ > 20oC: Học viên: Lê Bá Huấn Trang 15 Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội Thời gian lưu/ ngày Hiệu suất giảm BOD, % 1 50 2.5 60 5 70 - Trong hồ nước thải được làm sạch bằng các quá trình tự nhiên gồm tảo và các vi khuẩn nên tốc độ OXH chậm đòi hỏi thời gian lưu thủy vực lớn: 30-50 ngày.
Cơ sở lý thuyết của công nghệ hồ hiếu khí Hồ hiếu khí được phân làm 2 loại: Hồ hiếu khí tự nhiên và hồ hiếu khí nhân tạo • Oxy hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật (VSV) hiếu khí. • Cung cấp oxy chủ yếu nhờ khuyếch tán không khí qua mặt nước - Hồ hiếu khí đơn giản nhất là các hồ bằng đất để xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên dưới sự tác dụng của VSV và tảo. - Chiều sâu từ 20-30 cm, thời gian lưu nước từ 3-12 ngày. - Tải trọng BOD: 250 – 300 kg/ha.ngày - Có thể nâng cao chất lượng oxy trong nước bằng cách kết hợp sục khí.3 – Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí Học viên: Lê Bá Huấn Trang 16 Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội 1.
Nghiên cứu hồ hiếu khí nhân tạo Hồ hiếu khí nhân tạo được xây dựng với chiều sâu từ 3m đến 5 m cho phép tối ưu hóa trao đổi oxy và phân phối khí. Tùy vào từng điều kiện thực tế tại khu vực dự án nhu cầu dùng đất được giảm xuống. Tuy nhiên nếu tiết kiệm diện tích đất thì chi phí đầu tư cao để mua hệ thống sục khí. Hơn nữa, chi phí cho điện rất đắt ở các thành phố tại các nước đang phát triển.
Các thông số thiết kế tính toán, tính toán hồ hiếu khí 1. Các yêu cầu khi thiết kế, xây dựng và sử dụng. - Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà ta có thể chọn phương pháp xử lý cho thích hợp và có thể kết hợp phương pháp xử lý kỵ khí với qúa trình hiếu khí - Thường mặt trong của hồ được lát đá để tránh tác động của sóng làm lở bờ - Nếu đáy hồ là loại đất thấm nước thì cần được gia cố chống thấm bằng lớp đất sét hoặc rải lớp vải nhựa để chống ô nhiễm cho nước ngầm - Có thể sử dụng nước thải sau xử lý để tưới cho cây trồng nếu: ≤ 105 Ecoli/100ml ≤ 1 trøng giun/l. Hồ sinh học chỉ có thể giải quyết được một phần các chất hữu cơ dễ phân hủy.
Còn lại nó hoàn toàn vô hại với các chất hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là độ màu và kim loại, hóa chất công nghiệp… Vì thế để áp dụng trong xử lý nước thải ta cần phải kết hợp với các công trình xử lý khác để đạt được hiệu quả mong muốn. Công nghệ này nếu được nghiên cứu sẽ rất thích hợp cho điều kiện xử lý nước thải chi phí thấp và phân tán như các khu vực ven đô và nông thôn tại Việt Nam. Trong tính toán ao hồ ta cần xác định kích thước của chúng để đảm bảo thời gian lưu cần thiết của nước thải. Học viên: Lê Bá Huấn Trang 17 Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội 1.
Các thông số khi tính toán hồ hiếu khí tự nhiên - Chiều sâu của hồ: 0.5 m - Tỷ lệ chiều dài và rộng: - Vùng có gió: S rộng; vùng ít gió: hồ có nhiều ngăn - Nếu đáy dễ thấm à phủ lớp đất sét S=15cm - Bờ hồ có mái dốc: + Trong (1:1 = 1.5:1) - Nên trồng cỏ dọc hồ (cách mặt taly và đáy 30cm phải gia cố bêtông). - Cấu tạo cửa vào và cửa ra: - Hiệu quả xử lý: Với: + La: BOD5 nước thải (mg/l) + Lt: BOD5 đã xử lý + t: t/g lưu nước thải + kt: Hệ số phụ thuộc vào to Kt = k20.5-1): nước thải sinh hoạt — k20 = (0.5): nước thải CN — C = (1.074): hồ tự nhiên — C = (1.045): tiếp khí nhân tạo Học viên: Lê Bá Huấn Trang 18 Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội — T: nhiệt độ hồ (oC) - Thời gian lưu nước: 3 - 12 ngày - Tải lượng BOD5: BOD5 = 11. Các thông số khi tính toán hồ hiếu khí nhân tạo - Thông số đầu vào: + Yếu tố nhiệt độ + Độ Ph + Tốc độ gió, nắng ánh sáng mặt trời + Tải lượng BOD đầu vào + Tải lượng COD (nhu cầu oxy hóa học, mg/L O2) để đánh giá tổng lượng hợp chất hữu cơ có thể oxy hóa được đầu vào. + Hàm lượng ni tơ N (tổng ni tơ), hàm lượng phốt pho, ecoli.
+ Hàm lượng hòa tan trong nước thải DO. + Hàm lượng ô xy cung cấp vào nước thải - Thông số đầu ra (Tiêu chuẩn nước thải đầu ra cho từng loại nước thải và vào từng môi trường khác nhau): + Yếu tố nhiệt độ + Độ Ph + Tốc độ gió, nắng ánh sáng mặt trời + Tải lượng BOD đầu ra + Tải lượng COD đầu ra + Hàm lượng ni tơ N (tổng ni tơ), hàm lượng phốt pho, ecoli đầu ra 1. Ưu nhược điểm của hồ hiếu khí so với công nghệ xử lý nước thải thông thường. Ưu điểm - Chi phí xây dựng, lắp dặt, bảo dưỡng thấp.
- Hiệu suất khử cliform cao. - Thích hợp những vùng khí hậu nóng. Kiểm soát và xử lý dao động tải trọng Học viên: Lê Bá Huấn Trang 19 Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội Hàm lượng nước thải đầu vào có thể biến đổi. Bước sục khí cơ khí đầu tiên nhằm làm cho người vận hành linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh sục khí sinh học để tạo ra môi trường hiếu khí phù hợp cho các hoạt động phân hủy sinh học và kiểm soát mùi.
Sử dụng năng lượng tái tạo Hồ tùy tiện với chiều sâu 2,5 m có thể đảm bảo cho việc chuyển hóa oxy tự nhiên ở lớp phía trên. Trong khi ở lớp dưới, bùn lắng có thể tiếp tục phân hủy sinh học kỵ khí.