Tài liệu Báo cáo thực tập tại hệ thống xử lí nước thải trúc bạch

BẢO CẢO THựC TẬP TÓT NGHIỆP SVTH: Lê Trọng Nghĩa ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gàn đây, Yấn đề ô nhiễm nước thải do sinh hoạt có xu hướng gia tăng, đặc biệt là những khu vực có số lượng dân cư sinh sống đông đúc. Ô nhiễm nước thải sinh hoạt không những ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống của người dân sống xung quanh mà còn ẩn chứa nhiều mầm bệnh nguy hiểm tới sức khỏe con người. Vì vậy, vấn đề xử lý ô nhiễm nước thải sinh hoạt được coi như là một trong những vấn đề càn được giải quyết hiện nay. Thủ đô Hà Nội, là một trong những trung tâm văn hóa - chính trị lớn của cả nước, vấn đề xử lý ô nhiễm nước thải do sinh hoạt được chính quyền Hà Nội quan tâm khá sớm tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa tìm được giải pháp đồng bộ giải quyết triệt để hoàn toàn vấn đề này. Qua khảo sát của Công ty Thoát nước Hà Nội, trung bình hệ thống thoát nước của thành phố Hà Nội lưu thông khoảng hon 500.000m 3 nước thải/ngày, trong đó chủ yếu là nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp nhưng chỉ có 5 - 7% lượng nước thải được xử lý, còn lại xả trực tiếp vào hệ thống thoát nước của thành phố. Nguồn nước thải chưa qua xử lý đã và đang “bức tử” rất nhiều sông, hồ, kênh, rạch, ... trên địa bàn mà điển hình đó là vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng nước sông Tô Lịch Năm 2005, nằm trong gói thầu thuộc dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn I, Hà Nội đã đi đầu trong cả nước trong vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt bằng việc đưa vào vận hành thành công hai Trạm xử lý nước thải thí điểm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên trên địa bàn thành phố, nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm nước thải cho 12.300 người dân thủ đô [5]. Thành công đó, khiến cho không chỉ Hà Nội mà các thành phố khác trong cả nước tiếp tục xây dựng thêm nhiều nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt trên các địa bàn chịu ảnh hưởng ô nhiễm. Nhằm kiểm chứng những kiến thức đã được học tại nhà trường vào công việc thực tế, củng cố những kiến thức chuyên ngành liên quan, cùng với đó là tiếp cận với công nghệ mới trong việc xử lý nước thải nói chung và xử lý nước thải sinh hoạt nói riêng. Do đó, em chọn đề tài “Tìm hiểu quy trình xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn thành phố Hà Nội”. - 1- MỤC TIÊU THỰC TẬP Tìm hiểu chung về hệ thống xử lý nước thải thành phổ Hà Nộỉ - Sơ đồ hệ thống - Chức năng các thành phàn trong hệ thống Tìm hiểu về bể phản ứng BNR - Các quá trình xử lý của bể kỵ khí - Các quá trình xử lý của bể yếm khí - Các quá trình xử lý của bể hiếu khí - Mối quan hệ giữa các bể trong bể phản ứng BNR - Vật liệu Bioerg - Các yếu tố ảnh hưởng đến các quá trình xử lý Kiểm tra hiệu suất xử lý của bể phản ứng BNR So sánh các chỉ tiêu mẫu nước sau xử lý với TCVN 5945:2005 Làm quen với môi trường công việc sau này BẢO CẢO THựC TẬP TÓT NGHIỆP SVTH: Lê Trọng Nghĩa PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN ĐẺ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA ĐỀ TÀI Phương pháp hồỉ cứu số liệu Tham khảo, thu thập các tài liệu có liên quan đến cơ sở thực tập, công nghệ Bioerg, các quá trình phản ứng diễn ra trong bể BNR, hệ thống nước thải tại thành phố Hà Nội. Phương pháp khảo sát thực địa Khảo sát tại Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch, đồng thời tiến hành tham khảo ý kiến của các cán bộ chuyên môn tại các bộ phận có liên quan đến đề tài. Phương pháp so sánh Dùng các chỉ tiêu phân tích qua các lần lấy mẫu để xác định hiệu suất xử lý của bể phản ứng BNR. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ xí NGHIỆP QL CÁC NHÀ MÁY XLNT 2.1. Giới thiệu Xí nghiệp Quản lý các Nhà máy Xử lý nước thải Xí nghiệp Quản lý các Nhà máy Xử lý nước thải được thành lập ngày 19/12/2005 là một trong mười đom vị trực thuộc Công ty TNHH Nhà nước Một thành viên Thoát nước Hà Nội. Hiện nay Xí nghiệp quản lý các Nhà máy và các Trạm sau: - Nhà máy xử lý nước thải Bắc Thăng Long - Vân TRÌ - Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch - Trạm xử lý nước thải Kim Liên - Trạm bom DPS 20m3/s, cùng với Trạm bom BP4, BP5, cụm thoát nước Bắc Thăng Long - Vân Trì. Nhiệm vụ của Xí nghiệp Quản lý các Nhà máy Xử lý nước thải là quản lý, vận hành an toàn hiệu quả các Trạm XLNT Kim Liên, Trúc Bạch, Nhà máy Bắc Thăng Long - Vân Trì, Trạm bom trên 20m3/s DPS. Mục tiêu là giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại khu vực Kim Liên, Trúc Bạch, cụm công trình Bắc Thăng Long - Vân Trì. 2.2. Sơ đồ tổ chức và bố trí nhân sự của Xí nghiệp QL các Nhà máy XLNT Hiện nay, Xí nghiệp Quản lý các Nhà máy Xử lý nước thải có 182 cán bộ công nhân viên. Được chia thành: - Khối vãn phòng có 18 CB - Khối vận hành có 154 CB - Tổ duy trì có 10 CB BẢO CẢO THựC TẬP TÓT NGHIỆP SVTH: Lê Trọng Nghĩa Hình 2.1. Sơ đô tô chức tại Xí nghiệp Quản lý các Nhà máy Xử lý nước thải Trạm bom * DPS Tran •* XLNT Trúc Bạch Trạm XLNT * Kim Liên Nhà máy XLNT ""•Bắc Thăng* Long- Vân Trì Tố Tố Duy trì , Thanh tra - Bảo vệ ^ Quan hệ phối hợp Quan hệ chi đạo Hình 2.2. Sơ đồ bố trí nhân sự tại Nhà máy và các Trạm. vận hành ĨVạm XLNT Trúc Bach theo 3 ca4! đp Trưởng ca vân hành 1 người/ lca Vận hành Trạm XLNT Kim Liền theo 3 ca 4 kíp Trưỏng ca vân hành 1 người/1 ca Vận hành Nhà máy XLNT Bắc Thăng Long - Vân Tri theo 3 ca 4 kíp Vân hành Tram bom DPS 20tfPls theo 3 ca 4 kíp Trưòng ca vàn hành 1 nguW lca Trưỏng ca vận hành 1 người/ 1 ca Công nhẵn kỹ thuật vận hành 5 người/ 1 ca C8ng nhân kỹ thuật vận hành 6 người/1 ca Công nhẫn kỹ thuẵt vận hành 8 người/ 1 ca Công nhẵn kỹ thuât vận hành 4 nguôi/ 1 ca Công nhẵn bảc vê nhà mày 2 ngưòĩ/1 ca Công nhãn bảo vê nhà máy 2 ngưòi/1 ca Công nhân phuc vụ vân hành 4 ngưởi/1 ca Công nhân bảo vê nhà máy 2 ngưởi/1 ca Công nhẵn bào vê 6 người - 5- Tổ duy trì hồ kênh Bắc Thăng Long - Vân Trì làm theo giờ hành chính CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG xử LÝ NƯỚC THẢI TẠI TRẠM TRÚC BẠCH 3.1. Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tạỉ thành phổ Hà Nộỉ Hiện tại, hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn thành phố Hà Nội cũng chính là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của Xí nghiệp Quản lý các Nhà máy Xử lý nước thải. Từ năm 2005 đến nay, Xí nghiệp đã xây dựng và đưa vào hoạt động một Nhà máy và hai Trạm xử lý nước thải (xem bảng 3.1). Nhà máy Xử lý nước thải Bắc Thăng Long - Vân Trì đã xây dựng xong nhưng chưa thể hoạt động hết công suất theo thiết kế một phàn do khu đô thị Bắc Thăng Long chưa xây dựng và khu công nghiệp Bắc Thăng Long mới chỉ thu gom được một phàn lượng nước thải. Còn lại là hai Trạm xử lý nước thải thí điểm Trúc Bạch và Kim Liên đã đi vào hoạt động và thu được kết quả khả quan trong việc XLNT sinh hoạt trên địa bàn. Trạm Kim Liên ngoài việc xử lý nước thải tập trung đổ xuống sông Lừ, trong tưomg lai sẽ sử dụng nước sạch sau xử lý bổ cập cho hồ Kim Liên. Còn Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch được người dân và chuyên gia đánh giá cao với khả năng xử lý nước thải sinh hoạt, nước sau xử lý được bổ cập vào hồ Trúc Bạch còn góp phần cải tạo lại hồ Trúc Bạch. Còn theo khẳng định của các chuyên gia môi trường Nhật Bản, nước thải của cả hai trạm sau khi được xử lý có thể uống được (xem Phụ lục 2). r Bảng 3.1. Thông kê các dự án nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tại Hà Nội [6] STT 1. Tên nhà máy - vị trí Bắc Thăng Long - Vân Trì Mức Công suất đầu tư Tình trạng M3/ngày đêm (triệu USD) 42.000 17,0XD xong, chưa hoạt động Trúc Bạch - quận Ba Đình 2.300 3,5-4,0Đang hoạt động 3. Kim Liên - quận Đống Đa 3.700 5,2Đang hoạt động 4. Công viên Thống Nhất 5. Phú Đô - huyện Từ Liêm 2. 6. 7. - 5,2Dự kiến = NM Kim Liên 84.000 344,0Khảo sát thiết kế Yên Xá - Thanh Trì 135.000 318,0Khảo sát thiết kế Yên Sở - Thanh Trì 195.000 253,0Khảo sát thiết kế Ba Dự án Nhà máy Xử lý nước thải sinh hoạt Phú Đô, Yên Xá, Yên Sở, nằm trong Dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn II, đang được khởi công xây dựng và sẽ hoàn thành trong thời gian sớm nhất (dự kiến năm 2011). Khi ba Nhà máy xử lý nước thải sinh họat này đưa vào hoạt động sẽ xử lý được khoảng 50% nước thải sinh hoạt của người dân trên địa bàn thành phố Hà Nội; góp phàn cải tạo môi trường, trả lại màu xanh cho nhiều con sông và hồ trên địa bàn thành phố. 3.2. Giới thiệu về Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch là đon vị trực thuộc Xí nghiệp Quản lý các Nhà máy Xử lý nước thải, là một trong hai trạm xử lý nước thải thí điểm của thành phố Hà Nội, có nhiệm vụ xử lý nước thải tập trang xung quanh khu vực hồ Trúc Bạch Được hoàn thành và đưa vào vận hành ngày 01/09/2005, nằm trong gói thầu CP12 của dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn I, Trạm xây dựng trên địa bàn phường Trúc Bạch trên diện tích 1.777m2. Công suất xử lý nước thải trang bình của Trạm là 2.300m3/ngày đêm (công suất tối đa 3.000m 3/ngày đêm) với chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B TCVN 5945 - 2005. Lượng nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép bổ cập vào hồ Trúc Bạch. 3.3. Tìm hiểu về nguồn nước thải sinh hoạt trên địa bàn quận Ba Đình. Hồ Trúc Bạch nằm trong địa bàn của quận Ba Đình với diện tích lòng hồ là 22 Ha và chu vi hồ là 2,5 km; hồ có chức năng tiếp nhận nước mưa và nước thải từ các cửa cống chính như Nguyễn Trường Tộ, Trấn Vũ, Phạm Hồng Thái, mương Ngũ Xã, ngoài ra còn một số các họng xả của của người dân khu vực xung quanh và các cơ sở sản suất khác. Nước thải này có thành phàn phức tạp và có tính đặc trưng riêng (bảng 3.2). Bảng 3.2. Đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt [8] Thành phần Đơn vị Nồng độ khoảng đặc trưng TB của HN Chất rắn tan mg/1 350 - 1200 700 Cặn không tan mg/1 100-350 210 BOD mg/1 110-400 210 TOC mg/1 80 - 240 COD mg/1 250 - 1000 160 500 Nitơ tống (N) mg/1 20-85 35 nh3-n mg/1 12-50 22 P-tống (P) mg/1 4-15 7 P-hữu cơ mg/1 1-5 2 P-vô cơ mg/1 3 - 10 5 Nước thải sinh hoạt tại khu vực quận Ba Đình có nông độ ô nhiễm cao không được xử lý sơ bộ trước khi đổ vào hệ thống cống thoát của thành phố nên gây mùi hôi khó chịu và gây mất mỹ quan khu vực; nguy hiểm hơn, lượng nước thải sinh hoạt còn xả thẳng xuống hồ gây ô nhiễm trầm trọng cho hồ Trúc Bạch. Nhờ có Nhà máy xử lý nước thải thu gom toàn bộ nước thải của tuyến Trấn Vũ, Nguyễn Trường Tộ, một phàn của Châu Long, Phạm Hồng Thái, nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng nước loại B TCVN 5945- 2005, nước đàu ra đổ vào hồ góp phần quan trọng trong việc cải tạo môi trường nước của hồ Trúc Bạch. 3.4. Hê thống xử lý nước thải tai Tram xử lý nước thải Trúc Bach Tại Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch, hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính theo công nghệ A2/0 có khả năng xử lý Nitơ và Phốt pho trong nước thải. Áp dụng công nghệ xử lý bùn bằng phương pháp ép băng tải và công nghệ xử lý mùi bằng than hoạt tính. BẢO CẢO mực TẬP TÓT NGHIỆP SVTHĩ Lê Trọng Nghĩa KH-&SÍHIWW'TRrt»3i ĐUQRQ KKX MATMl 3HI CH J aFHFJCíê ».lĩ* Hình 3.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Trúc Bạch 8 vk BOM m ĐỘH& Cơ «UdNGNưròC _ B.IỮHGBUN ■■ ĐLIỪNG VÍHB Búíl ĐLIỜHŨ HLÍTMÙ I eU&MOHÓACH Ar ộ 0JẠT HCrrMíii 3.4.1. 3.4.1.1. Bộ phận tìép nhện Bể lẳng cát và song chắn rảc 9- - BẢO CẢO THựC TẬP TÓT NGHIỆP SVTH: Lê Trọng Nghĩa Theo quy trình công nghệ của Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch thì nước thải sẽ được thu gom lại tại cống gom và sẽ được đưa vào hệ thống xử lý. Song chắn rác có tác dụng tách các vật chất lơ lửng có trong nước thải và các vật chất này sẽ được bơm chuyển hút sang bể lẳng cát Tạỉ bể lắng cát những chất rắn như cát, các vật chất nặng khác, ... sẽ được lắng bằng trọng lực. Những vật chất lắng xuống sẽ được bơm chuyển đến thiết bị tách cát để tiếp tục tách vật chất lắng ra khỏi nước thài, nước thải sau khỉ tách được tuần hoàn lại bể lắng cát. Trong bể lắng cát có song chắn rác tinh cơ khí tiếp tục tách các rác trôi lơ lửng ra khỏi nước thải. 3.4.1.2. Bể điều hòa - 10- Bể điều hòa dừng để cân bằng chất nước thải dòng vào và kiểm soát lưu lượng đến bể lắng sơ cấp. Sự cân bằng này để đảm bảo hiệu suất của vi khuẩn trong bể phản ứng BNR được ổn định và đạt được hiệu suất xử lý cao nhất. Nước thải trong bể được hai máy khuấy chìm khuấy liên tục làm cho mọi các hạt vật chất ở trạng thái lơ lửng sau đó sẽ được bơm chuyển đến bể lắng sơ cấp. 3.4.2. 3.4.2.1. Bộ phận xử lý nước Bể lẳng sơ cấp Lắng sơ cấp là bước đàu tiên của dây chuyền xử lý, trong đó một phần đáng kể vật chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng được tách ra từ dòng nước thải vào. Trong bể lắng có lắp đặt một cánh gạt bùn để tăng hiệu suất xử lý và hệ thống song chắn rác tinh tiếp tục thu gom các chất rắn lơ lửng trước khi nước thải được chuyển vào bể phản ứng. Lượng bùn thu được trong bể lắng sơ cấp sẽ được chuyển vào bể cô đặc bùn. 3.4.2.2. Bể phản ứng BNR (Biological Nutrient Removal) Sau khi đã loại bỏ các chất cặn có thể lắng và các chất nổi bề mặt, nước thải sẽ được tiếp tục xử lý để khử các chất bẩn hữu cơ hòa tan và các chất rắn hữu cơ lơ lửng còn lại (các quá trình chuyển hóa trong bể phản ứng BNR sẽ được trình bày kỹ trong chương 3). Ngoài ra, vật liệu Bioerg trong bể hiếu khí giúp ổn định mật độ vi khuẩn và tăng hiệu suất của quá trình xử lý sinh hóa. Trong mỗi bể yếm khí, hiếm khí và hiếu khí đều có lắp đặt một máy khuấy để khuấy trộn dung dịch bùn hoạt tính, riêng bể hiếu khí được lắp đặt hệ thống sục khí để cung cấp đủ oxy cho phản ứng sinh hóa xảy ra trong bể, song chắn ở cuối bể hiếu khí được sử dụng nhằm tách Bioerg và hỗn hợp bùn lỏng trước khi đưa về bể lắng cuối. 3.4.2.3. Bể lẳng cuối Bể lắng cuối là phương pháp hữu hiệu trong việc tách bùn và thành phần nước thải đã lắng trong ở trên. Việc tách chất rắn/lỏng xảy ra được do trọng lực và có một cánh gạt bùn để làm tăng thêm hiệu suất xử lý. Bùn hoạt tính được tuần hoàn lại bể phản ứng BNR phàn dư được đưa về bể cô đặc bùn. 3.4.2.4. Bể khử trùng Nước đã được xử lý chảy qua bể khử trùng để khử vi trùng trong nước trước khi đổ vào hồ Trúc Bạch. Chất khử trùng được dùng có thể là Canxi Hipoclorit dạng rắn hoặc Natri Hipoclorit dạng lỏng. 3.3.2.5. Hổ xả nước thải đã được xử lỷ Nước sau sau xử lý được chảy vào hố xả, được bơm ra hồ mà xả thẳng ra hồ một cách tự nhiên. Đây là một điểm đặc biệt của Trạm XLNT Trúc Bạch để tạo cảnh quan cho hồ. 3.4.3. Bộ phận xử lỷ bùn và quy trình Tại bể cô đặc bùn, bùn sẽ được cô đặc lại dưới tác dụng của trọng lực nhằm tập trung chất thải rắn và giảm thể tích bánh bùn. Thời gian bùn lưu trong bể ngắn để tránh chất rắn nổi lên. Nước sau khi tách bùn sẽ được chảy về hố thu nước sau lọc rồi đưa về bể điều hòa. Sau khi cô đặc bùn, bùn thải được máy bơm chuyển đến thiết bị tách nước. Dưới tác dụng của hóa chất Polymer, bùn sẽ tạo thành các bông bùn kết dính lại với nhau và được chuyển đến thiết bị tách nước tại đó nước được tách khỏi bùn tạo các bánh bùn rồi chuyển đến phễu chứa bùn. Nước sau khi tách sẽ đưa về hố thu nước sau lọc. 3.4.4. Hệ thống khử mùi Một tháp khử mùi chứa than hoạt tính được sử dụng để tách mùi trong hệ thống xử lý. Ống hút mùi được bố trí ở những hạng mục xử lý chính (hình 3.1) và được thu gom tập trung bằng quạt hút mùi. Một thiết bị khử hơi nước được lắp đặt trước quạt hút mùi để loại ẩm có trong khí gây mùi trước khi đưa về tháp khử mùi. 3.4.5. Hệ thống giám sát và diều khiển Tại Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch lắp đặt hệ thống điều khiển qua các tủ điều khiển và tủ giám sát để theo dõi hoạt động của các thiết bị (đo lưu lượng dòng chảy, tính lượng DO, ...). Hệ thống này thể hiện tất cả các lỗi kỹ thuật trong quá trình hoạt động và vận hành tại Trạm XLNT Trúc Bạch. BẢO CẢO mực TẬP TÓT NGHIỆP SVTHĩ Lê Trọng Nghĩa CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA TRONG BỂ PHẢN ỨNG BNR Bể phản ứng BNR được chia ra 2 nguyên đơn hoạt động song song gồm: 2 bể yếm khí, 2 bể hiếm khí và 2 bể hiếu khí. Bể áp dụng theo công nghệ A2/0 nên có khả năng xử lý BOD, COD, hàm lượng Nitơ và Phét pho trong nước thảỉ sinh hoạt và trong bể hiếu khí có vật liệu Bioerg giúp tăng hiệu quả xử lý sinh học. Hình 4.1. Sơ đồ quá trình chuyển hóa trong bể phản ứng BNR Dòng cđp NO, i Be vềm khi Bê hiềm Iđií Bê hiẻu khí (có Num’ thãi vào (có khuấy) (cổ khuấy) sục khí) ° Nỉỉrathóă3 o°o Phần ưitrat hóa o 0 0 \ Bẻ lắngỵ 'ạiối/ Nuớc sau xử lý Hạt ■Bioerg Hổi lưu bìm hoạt tinh (khứ P) Bê cổ đậc bũn 4.1. Các quá trình chuyển hóa trong bể yếm khí Trong điều kiện yếm khí, tập đoàn vi sinh yếm khí gồm nhiều loại đảm nhiệm chức năng khác nhau, phát triển và phân hủy chất hữu cơ qua nhiều giai đoạn chính sau: Gỉaỉ đoạn thủy phân, các hợp chất hữu cơ không tan và có cấu trúc phức tạp được chuyển hóa thành dạng tan và có phân tử lượng thấp. Giai đoạn thủy phân có thể xảy ra với tốc độ chậm, đặc biệt dưới điều kiện thấp (< 20°C) nên có thể trở thành yếu tế khống chế tốc độ của toàn bộ quá trình. Gỉaỉ đoạn axỉt hóa, các chất hữu cơ tan hình thành từ quá trình thủy phân được vỉ sinh vật hấp thu, chuyển hóa thành các chất hữu cơ đơn và các thành phần vô cơ khác. Quá trình axit hóa được thực hiện bởi nhiều nhóm vi sinh vật lên men, chủ yếu là loại yếm khí như Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desuỉphovibrio spp., ... Giai đoạn axetat hóa: Các sản phẩm hình thành từ giãi đoạn axit hóa được tiếp tục chuyển hóa thành nguyên liệu trực tiếp cho quá trình metan hóa: axetat, hydro, khí carbonic. 13- - Giai đoạn metan hóa thường là giai đoạn chậm nhất của quá trinh xử lý yếm khí được thực hiện bởi hai loại vi sinh Acetotrophỉc và Hydrogenotrophỉc: CH3COOH -ỳ CH4 + CO2 (vi khuẩn Acetotrophỉc) 4 H2 + CO2 CH4 + H20 (vi khuẩn Hydrogenotrophic) Vì vậy để đạt hiệu quả xử lý COD cao càn tạo điều kiện cho nhóm vi sinh vật Acetotrophic phát triển thuận lợi. Nước thải sau khi xử lý có độ kiềm tăng, độ kiềm tăng là yếu tố thuận lợi cho giai đoạn oxy hóa amoni trong giai đoạn xử lý hiếm khí và hiếu khí tiếp theo. Song song với quá trình phân hủy chất hữu cơ là quá trình phân hủy photphat trùng ngưng trong tế bào và thải ra môi trường dưới dạng photphat đơn, nhóm vi sinh vật tham gia quá trình hấp thu - tàng trữ - thải photpho được qui chung về nhóm vi sinh bio - p (vi sinh Acìnetobacter là chủ yếu): 2 C2H402 + (HPO3) + H20 -ỳ (C2H402)2 + P043- + 3H+ Do thời gian lưu tế bào của vi sinh vật yếm khí lớn, kéo theo đó là quá tr ình phân hủy nội sinh diễn ra sâu mà sản phẩm phân hủy là các hợp chất vô cơ, do đó tỉ lệ các chủng vi sinh, đặc biệt là loại axit hóa giảm nhanh, do đó tốc độ phân hủy nội sinh của vi sinh vật axit hóa nhanh hơn so với loại metan hóa. Do đó việc cấp lượng bùn hoạt tính từ bể lắng cuối vào bể yếm khí là một việc cần thiết để bể yếm khí có thể hoạt động ổn định. 4.2. Các quá trình chuyển hóa trong bể hiếm khí Tiếp theo sau bể yếm khí là bể hiếm khí; bể hiếm khí hay còn được gọi là bể khử nitrat bởi đặc trưng của nó là quá trình khử nitrat. Trong điều kiện thiếu khí, vi sinh khử nitrat (Denitriíier gồm ít nhất 14 loại vi sinh như Bacìỉỉus, Pseudomonas, Methanomonas, Thiobacillus,...) sẽ phát triển và dựa vào nguồn carbon trong nước thải, chúng chuyển hóa nitrit, nitrat thành khí nitơ. Trong giai đoạn này tránh oxy hòa tan có mặt trong nước thải, bởi sự có mặt của oxy hòa tan trong nước thải sẽ ức chế khả năng hoạt động của chúng. Quá trình khử nitrat xảy ra theo bốn bậc liên tiếp nhau: N03' -ỳ N 0 2 N O (khí) -ỳ N20 (khí) -ỳ N2 (khí) Nguồn cung cấp nitrit và nitrat cho bể hiếm khí do quá trình oxy hóa amoni diễn ra trong bể yếm khí, bể hiếm khí và của bể hiếu khí (được cấp ngược lại bể hiếm khí) do quá trình oxy hóa chất hữu cơ và phân hủy nội sinh của vi sinh trong bể (xem nội dung 4.3). Để xảy ra quá trình khử nitrit và nitrat cần nguồn carbon hữu cơ (lg NO3-N cần khoảng 3g COD), nhưng trong bể hiếm khí quá trình khử nitrit xảy ra nhanh hơn so với quá trình khử nitrat, điều đó là yếu tố có lợi về phương diện vận hành: đỡ tốn oxy cấp cho quá trình oxy hóa nitrit và lượng chất hữu cơ tương ứng. Ngoài ra việc đặt bể yếm khí nối tiếp bể hiếm khí cũng làm tăng khả năng khử nitrat bởi chủng loại vi sinh tích lũy photpho (xảy trong điều kiện hiếm khí: không có oxy, chỉ có mặt nitrat): C2H402 + 0,16 NH4+ + 0,2 PO43' + 0,96 NO3' -ỳ 0,16 C5H7N02 + 1,2 C02 + 0,2 (HPO3) + 1,4 H+ + 0,48 N2 + 0,96 H20 Trong bể xử lý yếm khí cũng như hiếm khí, yếu tố tiếp xúc sinh khối với cơ chất được xem là rất quan trọng. Khuấy trộn trong hai bể trên nhằm duy trì cho sinh khối tồn tại ở trạng thái lơ lửng nhưng cũng cần tránh xáo động mạnh bề mặt lớp nước để giảm thiểu oxy thâm nhập từ khí quyển vào khối phản ứng. 4.3. Các quá trình chuyển hóa trong bể hiếu khí Trong điều kiện hiếu khí với đầy đủ oxy hòa tan, hai chủng vi sinh dị dưỡng (xử lý chất hữu cơ, COD) và vi sinh tự dưỡng (chuyển hóa amoni thành nitrat) cùng tồn tại trong bể hiếu khí. Vi sinh dị dưỡng sử dụng chất hữu cơ để tạo ra tế bào, thực hiện các phản ứng sinh hóa từ các chất hữu cơ để lấy năng lượng duy trì hoạt động sống và phát triển. Song song với quá trình sinh sản và phát ưiển đồng thời xảy ra quá trình phân hủy tế bào vi sinh - phân hủy nội sinh, sản phẩm phân hủy lại được vi sinh vật sống sử dụng cho quá trình đồng hóa và dị hóa. Quá trình trên có thể mô tả trong sơ đồ sau: BẢO CẢO mực TẬP TÓT NGHIỆP SVTH: Lê Trọng Nghĩa Hình 4.2. Sơ đề trao đồi chất của vỉ sinh vật Tế hào mói Vật liệu: cơ chất, dinh dưỡng, yêu tố khác Dồng hóa pY DỊ hóa 1 -pY Sàn phẩm + nâng lượng Phân hủy nội sinh Tổng hợp tế bào và oxy hóa chất hữu cơ: - Quá trình oxy hóa (hay dị hóa) COHNS + 02 + VK hiếu khí ■) C02 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng COHNS + VK yếm khí -ỳ C02 + NH3 + H2S + CH4 + các chất khác + năng lượng - Quá trình tổng hợp (đồng hóa) COHNS + VK hiếu khí + 02 + năng lượng CsH7N02 COHNS + VK yếm khí + năng lượng C5H7NO2. (Chất hữu cơ được quỉ cho có công thức hóa học COHNS, trong một vài tài liệu khác, thành phần hữu cơ trong nưởc thải được qui cho có công thức hóa học là CigH I909N [7].) Phân hủỵ nộỉ sinh: C5H7N02 + 5 02 + VK-»5 C02 + NH3 + 2 H20 + năng lượng. Vi sinh vật tổng hợp sinh khối trên cơ sở chất hữu cơ từ nước thải sinh hoạt cùng với các yếu tố khác như dinh dưỡng (N, p, K), vi lượng. Trong giai đoạn hiếu khí, lượng COD trong nước thải còn lại là những chất trơ khó phẫn hủy nên trong xử lý nước thảỉ nguồn cung cấp COD để khử nitrit và nitrat được thực hiện trong giai đoạn thiếu khỉ. Dưới điều kiện hiếu khí, vi sinh vật bio - p tích lũy photphat trùng ngưng trong cơ thể chúng từ photphat đơn tồn tại trong nước thải (xem nội dung 4.1): C2H4O2 + 0,16 NHt+ + 0,2 PO43' + 1,2 02 (HPO3) + 1,4 If + 0,44 OH" + 1,44 H20 16- - 0,16 C5H7NO2 + 1,2 CO2 + 0,2 Vi sinh tự dưỡng oxy hóa amoni với tác nhân oxy hóa là oxy phân tử còn có tên gọi là nitrat hóa, được hai loại vi sinh vật thực hiện kế tiếp nhau: NH4+ + 1,5 02 -> N02' + 2 H+ + H20 N02- + 0,5 02 N03' NH4+ + 2 02 ^ N03' + 2 H+ + H20 Phản ứng được thực hiện do chủng vi sinh vật Nìtrosomonas và Nitrobacter để sản xuất năng lượng. Năng lượng thu được từ phản ứng nitrat hóa là rất thấp, thấp hơn nhiều so với năng lượng từ phản ứng oxy hóa axit axetic, đó chính là lý do dẫn đến hiệu suất sinh khối của vi sinh tự dưỡng thấp hoặc tốc độ phát triển của chúng chậm. Tuy nhiên ở giai đoạn sục khí, sự hình thành nitrit, nitrat đều có xu hướng tăng lên theo thời gian và theo đó sự giảm nồng độ chất hữu cơ. Điều này xảy ra là do sau khi loại bỏ được phàn lớn COD, vi sinh vật tự dưỡng oxy hóa amoni có điều kiện phát triển không cạnh tranh bởi vi sinh vật dị dưỡng.. 4.4. Mổỉ tương quan giữa các bể trong bể phản ứng BNR Như đã nêu ở trên thì việc kết họp bể kị khí, bể hiếm khí và bể hiếu khí rất hữu hiệu cho việc khử phostpho. Việc kết họp bể hiếm khí và bể hiếu khí rất hữu hiệu cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Be hiếu khí rất hữu hiệu cho việc khử cacbon hữu cơ. Ngoài ra thêm các chất mang (được gọi là Bioerg) vào là để làm ổn định mật độ vi khuẩn và tăng hiệu suất của quá trình xử lý sinh hóa. 4.5. Vật liệu BIOERG Vật liệu Bioerg được làm từ hạt gel polyme hydrophilic thành phần chủ yếu là glycol polyethylene, có dạng hình bột viên đường kính 3 - 5mm, lực hấp dẫn là 1,02. Nhờ có cấu trúc nhỏ nhẹ và khả năng làm giá thể cho vi sinh nên các hạt Bioerg có khả năng làm ổn định mật độ vi khuẩn và tăng hiệu suất quá trình xử lý sinh hóa trong bể. Đối với Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch, lượng Bioerg cung cấp có thể sử dụng trong khoảng thời gian 20 năm. Hình 4.3. Vật liệu BioergI » I Immobilizati * tamer Mierobials (adhered lo surface) on of microbiais BIOERG carrier 4.6. Các yếu tổ ảnh hưởng trong bể phản ứng BNR 4.6.1. Ảnh hưởng của oxy hòa tan Sự có mặt của oxy sẽ trở thành yếu tố gây độc đối với vi sinh vật yếm khí và hiếm khí, còn đối với vỉ sinh vật hiếu khí thì cần được cung cấp lượng không khí đủ lớn cho mọi quá trình diễn ra trong bể hiếu khí. 4.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ tối ưu cho loại vi sinh yếm khí mesophiỉỉc (ưa ấm) là 30 - 40°C[1]. Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy mà còn ảnh hưởng tới cả hiệu quả xử lý. Tại nhiệt độ thấp, các chất hữu cơ dạng không tan dễ bị hấp thu sinh học vào sinh khối, chúng không tham gia vào quá hình thủy phân nhưng thải theo bùn nên làm tăng hiệu quả xử lý chung. Còn hầu hết các vỉ sinh vật có trong bể hiếu khí là các thể ưu ấm (mesophỉle); chung có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 40°c và tối thiểu là 5°c. 4.6.3. Ảnh hưởng của pH Giá trị và sư ổn định của pH trong xử lý yếm khí cổ vai trò cực kì quan trọng do chủng loại vi sinh tạo metan chỉ hoạt động tốt trong vùng pH = 6,3 - 7,8. Chủng loại vi sinh tạo axit ít bị chi phối bởi pH vì vậy nên dễ sinh ra hiện tượng “chua” trong bể yếm khí. Dưới điều kiện pH thấp, một loạt các chất hóa học có tính khử (chất cho điện tử) tồn tại ở trạng thái dễ bay hơi: axit hữu cơ, hydro sunfua ở dạng trung hòa... và gây mùi. Còn trong xử lý hiếu khí, pH ảnh hưởng đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, qua trình tạo bùn và lắng. pH thích họp cho xử lý nước thải ở bể hiếu khí là 6,5 - 8,5. 4.6.4. Các thành phần gây độc Ngoài yếu tố pH, một loạt các họp chât khác cũng có khả năng gây độc đối với vi sinh vật: kim loại nặng, oxy hòa tan đối với bể yếm khí, họp chất cơ - clo và trong một số trường họp là amoniac. Một số chất hữu cơ có tác dụng gây ngộ độc, kìm hãm hoặc giết chết vi sinh vật với liều lượng nào đó như phenol, họp chất hữu cơ chứa clo [2]. Các ion kim loại có ảnh hưởng rất lớn đến hệ sinh vật sinh metan. Người ta đã xác định được độc tính của ion kim loại đến hệ vi sinh vật này như sau Cr> Cu> Zn> Cd> Ni. Giới hạn nồng độ kim loại này cho phép là: Cr - 690; Cu - 150 - 500; Pb - 900; Zn 690; Ni - 73 mg/1 [3]. 4.7. Kiểm tra hiệu suất của bể phản ứng BNR Trong Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch, để tiến hành kiểm tra hiệu suất xử lý của bể phản ứng bằng cách xác định thể tích bùn lắng sau thời gian 30 phút, sau đó sấy khô lượng bùn để xác định khối lượng (sấy ở 105°C). Chỉ số bùn SVI được tính: Thể tích bùn lắng (mg/1) SVI= ____________________________ Khối lượng bùn (g/1) Bùn có khả năng lắng tót có trị số SVI thấp (SVI < 100), khi giá trị SVI >150 là mật độ vi sinh ở dạng sợi filaments đã khá cao, bùn rất khó lắng. Ngoài việc xác định thể tích bùn, ta tiến hành phân tích tại chỗ và phân tích tại phòng thí nghiệm các chỉ tiêu hóa lý khác (bảng 4.1) để xác định chất lượng nước thải chảy vào Trạm và nước sau xử lý chảy ra tại Trạm xử lý nước thải Trúc Bạch. BẢO CẢO THựC TẬP TÓT NGHIỆP SVTH: Lê Trọng Nghĩa ~\ r t t r Bảng 4.1. Các chỉ tiêu cân quan trăc đê kiêm tra hiệu suât xử lý Chỉ tiêu Đơn vị Định kỳ lấy mẫu Dòng chảy vào Dòng chảy ra Bể hiếu khí - Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần c Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần COD Mg/1 Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần BOD Mg/1 Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần T-N Mg/1 Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần T-P Mg/1 Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần Cl2 Mg/1 Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần Hằng tuần pH Nhiệt độ Coliíom u MPN/lOOml - 20-