Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 30m3/ngày đêm ứng dụng công nghệ sinh học giúp loại bỏ hiệu quả tạp chất có trong nước. Hệ thống được vận hành tự động theo điều khiển được kết nối trong tủ điện điều khiển.

I: Đặc điểm chung của nước thải sinh hoạt.

Nguồn nước thải sinh hoạt thường phát sinh từ 3 nguồn chính

1. Nước thải được phát sinh từ nhà bếp. Nguồn thải này chứa nhiều chất ô nhiễm như dầu mỡ, nước rửa... Về mùa đông khi nhiệt độ xuống thấp, lượng mỡ dư thừa có thể liên kết lại và làm tắc nghẽn đường ống dẫn nước.
2. Nước thải phát sinh từ khu vệ sinh. Đây là nguồn thải chứa nhiều tạp chất nhất như COD, BOD, TSS, NH3, NH4, Vi khuẩn.... Chính vì vậy đây được coi như là nguồn thải phát sinh khó xử lý nhất trong nước thải sinh hoạt.
3. Nước thải từ quá trình cọ rửa nhà. Nước thải cọ rửa nhà thường mang theo một lượng lớn chất diệt khuẩn và chất hoạt động bề mặt, chình vì vậy cần lưu ý nguồn này, vì nhưng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thường bị ảnh hướng, những chất diệt khuấn sẽ làm ức chế các loại vi sinh vật được nuôi cấy trong hệ thống xử lý

II: Giới thiệu về hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt.

Nước thải sinh hoạt sẽ đuọc đi qua các đơn vị xử lý sau:

2.Bể gom nước thải

Nước thải của toàn bộ nhà máy được dẫn theo đường ống nước thải đi về bể gom nước thải. Ở đây được lắp đặt hệ thống song chắn rác giúp loại bỏ các loại rác thải có kích thước lớn, tránh những loại rác thải này làm kẹt máy bơm.

Ở bể gom nước thải được lắp đặt 02 máy bơm chìm công suất 250W lưu lượng từ 6 – 12m3/giờ giúp đưa lượng nước thải này lên bể điều hòa. Máy bơm được hoạt động bằng phao báo mức, khi nước trong bể đầy sẽ kích hoạt máy bơm hoạt động, khi hết nước thải sẽ cắt máy bơm đi, tránh hiện tượng máy chạy không có nước thải. Trong bể được lắp đặt 02 máy bơm, 02 máy bơm này được chạy luân phiên theo timer được cài đặt chạy 90 phút và nghỉ 90 phút, việc này giúp máy bơm hoạt động một cách bền bỉ lâu dài.

2.2: Bể điều hòa:

Bể điều hòa là đơn vị xử lý được đặt phía sau bể gom nước thải.

Công suất thiết kế hệ thống là: Q_max = 50m3/ngày đêm.

Chọn thời gian lưu là T.

Chọn thời gian lưu tối đa là: Q_max.

Lưu lượng trung bình bằng: Q_tb .

Lưu lượng xả thải : Q_max : 24h = 50 : 24 = 2,08 m3/giờ ( Ta làm tròn thành 2,1m3/h)

Vậy ta có:

 Q_tb x T = 2,1 x 6 = 12,6m3. ( Thời gian lưu 6h )

Q_max x T = 2,1 x 10 = 21m3. ( Thời gian lưu 10h )

Từ những thông số tính toán trên ta sẽ tính ra dung tích bể chứa cho bể điều hòa cần thiết là:

Kích thước bể được lựa chọn:

Tên thông số	Ký hiệu	Đơn vị tính	Giá trị
Chiều cao bể	H	M	3
Chiều dài bể	L	M	3
Chiều rộng bể	B	M	2.8

 

Bể điều hòa có diện tích là:

H x L x B = 3 x 3 x 2.8 = 25m3.

Đối với bể điều hòa ta lựa chọn sử dụng 80% dung tích chứa của bể.

Ta có: 25 x 90% = 22,5m3.

Vậy với thời gian lưu của bể điều hòa là với 10 giờ là 21m3, bể xây dựng với dung tích 25m3 là hoàn toàn đáp ứng được với nhu cầu sử dụng của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 50m3/ngày đêm.

Bể điều hòa có các chức năng chính sau:

1. Ổn định lưu lượng nước cấp vào một cách đột ngột gây quá tải.
2. Là đơn vị xử lý đầu tiên giúp chuyển hóa một phần COD thành BOD.
3. Hòa trộn đồng đều các chất gây ô nhiễm của các dòng thải khác nhau.

Để tránh trường hợp nước cấp vào đột ngột gây quá tải cho hệ thống xử lý, bể điều hòa sẽ được thiết kế với dung tích đủ lớn ( Thời gian lưu từ 6 – 8h ) giúp lượng nước thải tràn về ồ ạt không gây quá tải cho hệ thống xử lý.

Ở bể điều hòa sẽ được lắp đặt hệ thống phân phối khí. Quá trình nước lưu trữ ở bể điều hòa được tính bằng nhiều giờ chính vì vậy ở đây sẽ được tập kết một lượng vi sinh vật hòa trộn trong bùn, tuy không cao nhưng cũng có khả năng xử lý được phần nào chất ô nhiễm để giảm tải cho các đơn vị phía sau.

Bể điều hòa với đặc thù là bể có khả năng chứa lớn, hàm lượng ô xy cung cấp nhiều giúp hòa trộn các dòng thải với nhau đồng đều để ổn định mức độ ô nhiễm trong dòng thải giúp hệ thống xử lý phía sau hoạt động ổn định hơn.

2.3: Bể vi sinh kỵ khí.

Bể vi sinh yếm khí là đơn vị xử lý được đặt phía sau bể điều hòa. Nước được máy bơm chìm ở bể điều hòa đưa lên bể vi sinh kỵ khí với lưu lượng được tính toán.

Tỷ lệ BOD : N : P Tốt nhất cho nước thải chăn nuôi là: 100 : 5 : 1.

Trong bể kỵ khí sẽ xảy ra quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan và các chất hữu cơ dạng keo có trong nước thải với sự tham gia của các hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển các vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển chúng thành các hợp chất ở dạng khí.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của hệ vi sinh vật kỵ khí qua phương trình sau:

• Chất hữu cơ + vi khuẩn kỵ khí ==> CO2 + H2S + CH4 + Các chất khác + Năng lượng.
• Chất hữu cơ + Vi khuẩn kỵ khí + năng lượng ==> C5H7O2N ( Tế bào vi khuẩn mởi ).

Quá trình phân hủy chất hữu cơ kỵ khí được chia làm 3 giai đoạn:

1. Các chất hữu cơ cao phân tử.
2. Tạo các acid.
3. Tạo thành khí Methane.

Đối với nước thải chăn nuôi, ngoài quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chúng sẽ diễn ra quá trình nitrat hóa và photphorit để chuyển hóa thành N và P.

Quá tình Nitrat hòa được diễn ra như sau: No3- ==> NO2- ==> N2O ==> N2. Quá trình nitrat hóa sẽ chuyển thành khí nito.

Quá trình photphorit hóa: Các hợp chất hữu cơ có chứa photpho  sẽ được các vi khuẩn kỵ khí chuyển hòa thành các hợp chất mới không chứa photpho hoặc các hợp chất có chứa photpho nhưng ở dạng dễ phân hủy đối với vi sinh hiếu khí.

Sơ đồ biểu thị quá trình phân hủy trong bể kỵ khí.

 

2.4: Bể sinh học khử nitrat.

Bể vi sinh khử nitrat là đơn vị xử lý đặt phía sau hệ thống bể kỵ khí. Phương pháp vi sinh hiếu khí khử nitrat được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoặc vô cơ hòa tan trong nước thải như: H2S, NH3,NH4, Photpho,nito… dựa trên các tính chất hoạt động của các chủng loại vi sinh vật, các chủng vi sinh vật sẽ sử dụng các chất ô nhiễm làm thức ăn để phát triển.

Trong bể vi sinh hiếu khí sẽ được sử dụng cầu vi sinh, cầu vi sinh có diện tích bề mặt lớn mục địch là làm nơi cứ trú cho các vi sinh vật hoạt động. Trong các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi, vật liệu mang vi sinh là cực kỳ quan trọng, bởi chúng làm giảm diện tích xây dựng cho hệ thống xử lý cực lớn, mà chất lượng nước sau xử lý luôn đạt chuẩn.

Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật được gọi là quá trình ô xy hóa sinh học. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan sẽ được phân tán nhỏ và đi vào các nhân tế bào vi sinh theo ba giai đoạn:

1. Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật.
2. Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trông và ngòai tế bào.
3. Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.

Tốc độ quá trình ô xy hóa sinh học phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải mới được cấp vào. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng ô xy trong nước thải, nhiệt độ, PH.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí gồm ba giải đoạn sau:

Ô xy hóa chất hữu cơ: 

Quá trình tổng hợp tế bào mới: 

Quá trình phân hủy nội bào:

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể sảy ra trong tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các hệ thống xử lý nhân tạo, người ta tạo ra môi trường lý tưởng nhất cho các vi sinh vật hoạt động.

2.5: Bể vi sinh hiếu khí.

Bể vi sinh hiếu khí cấp số 2 có chức năng xử lý các tạp chất gây hại có trong nước thải như COD, BOD và N. Các ion này sẽ bị các vi sinh vật hiếu khí phân hủy từ chất này thành chất khác.

Bể vi sinh hiếu khí được lắp đặt hệ thống đĩa phân tán khí dưới đáy bể, do vậy chúng sẽ cung cấp một lượng ô xy cực lớn giúp cho các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển.

 Ở trong bể vi sinh hiếu khí được cung cấp các giá thể vi sinh dạng cầu, dạng xốp giúp tang diện tích bề mặt xử lý cho hệ thống. các giá thể di động được cung cấp có chức năng làm nơi cư chú cho các vi sinh vật bám dính và phát triển.

 Vật liệu mang vi sinh được lựa chọn là loại vi sinh dạng xốp có diện tích bề mặt cực lớn, diện tích lớn nhất có thể đạt 8000m2/m3 vì vậy tang cường diện tích của bể lên đáng kể. Khi có mật độ dày đặc vật liệu vi sinh, điều này giúp cho các vi sinh vật hiếu khí có nhiều nơi cư chú, việc này giúp cho quá trình xử lý diễn ra hiệu quả hơn.

2.6: Bể lắng cặn.

Nước sau khi qua hệ thống xử lý sinh học sẽ được đưa vào bể lắng, bể lắng có chức năng lắng các cặn bẩn lơ lửng trong nước thải sinh hoạt.

Kích thước bể lắng cặn.

Tên thông số	Ký hiệu	Đơn vị tính	Giá trị
Chiều cao bể	H	M	3
Chiều dài bể	L	M	1,5
Chiều rộng bể	B	M	2.8

 

Bể lắng được thiết kế với dung tích 12,6m3 bỏ đi phần vát góc đáy bể, phần lưu không ta có:

• Dung tích bể: 12,6m3. 12,6m3.
• Phần lưu không: 10% thể tích bể = 1,26m3.
• Phần vát góc: 20% thể tích bể = 2,52m3.

Vậy ta có: 12,6 – 1,26 – 2,52 = 8,8m3 hiệu dụng.

Ta biết thời gian bể lắng cặn cần ít nhất 3 giờ.

Lưu lượng xử lý = 2,1m3/giờ.

Ta có: 2,1 x 3 = 6,3m3. Vậy với dung tích hiệu dụng là 8,8m3/giờ mà theo tình toán cần 6,3m3 là hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu xử lý.

Thời gian lưu trong bể lắng  cần đáp ứng từ 3 tiếng, điều này giúp cho quá trình lắng các hạt cặn của bể lắng trở lên hiệu quả hơn. Lượng nước thải sẽ đi theo ống lắng đi xuống đáy bể, lượng nước trong sẽ đi ngược lên trên đi ra ngoài bể theo đường thu nước.

Lượng bùn lắng sẽ được tích tự dưới đáy bể, do các bông bùn có kích thước lớn hơn tỉ trọng nước, chính vì vậy chúng sẽ chìm xuống đáy bể. Ở dưới đáy bể lắng được lắp đặt hệ thống máy bơm chìm, máy bơm có chức năng hút lượng bùn này đưa về bể chứa bùn.

2.7. Bể khử trùng.

Nước sau khi qua bể lắng được dẫn sang bể khử trùng. Ở bể khử trùng được cung cấp khí clo giúp loại bỏ các loại vi khuẩn gây bệnh trước khi được xả ra ngoài môi trường.

Tính toán lượng clo khử trùng cần sử dụng/ ngày.

Hóa chất khử trùng được dùng là clorine ( Ca ( COL) 2).

Ta tính toán lượng clo tiêu thụ theo công thức sau: G =

Trong đó ta có:

G: là trọng lượng gram clo cần xác định.

Q: là lưu lượng nước thải xử lý trong 1 giờ. ( 2,1m3/h )

A: là liều lượng clo cần thiết để khử trùng nước thải. ( 4G )Trong nước thải chăn nuôi thì lượng Clo cần sử dụng từ 1 - 3 g/m3. Ta chọn 2g ở mức trung bình.

P: là hàm lượng clo hoạt tính %. Chúng ta sử dụng clo vôi là 70%.

Từ những thông số trên ta có: G +  =  = 0,02 kg/h.

Vậy ta có 1 giờ sử dụng hết 0,02g clo. Ta lấy 24giờ x 0,02 = 0,48kg/ ngày.

Vậy với nước thải sinh hoạt ta sẽ pha 500g clo với 300 lít nước.

 Clo được máy bơm định lượng cung cấp ra bể khử trùng thông qua đường ống nhựa uPVC DN 21 cấp vào ngăn khử trùng.

 Quá trình khử trùng được diễn đạt theo công thức sau:

Ca(OCL)₂  + H₂O  => CaO + 2HOCL

2HOC => 2H⁺ + 2CLO^-

Vậy với việc xử lý bằng

2.8. Bể chứa bùn thải.

Bể chứa bùn thải có chức năng chứa lượng bùn phát sinh trong quá trình xử lý. Những vi sinh vật khi trao đổi chất giúp chuyển hóa các hợp chất hữu cơ sẽ được chuyển từ dạng này sang dạng khác, hoặc hiểu rõ hơn là chuyển hóa các vật hòa tan trong nước trở thành các hạt bùn có kích thước lớn có khả năng lắng. Lượng cặn bẩn này được tích tụ theo thời gian dài có thể làm ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật. Chính vì vậy ở bể lắng bùn được lắp đặt máy bơm bùn, việc này giúp bơm lượng bùn lắng trong bể lắng đưa về bể chứa bùn. Lượng nước trên bề mặt bể lắng bùn sẽ được  quay hồi lại bể vi sinh, lượng bùn sẽ được giữ lại ở đáy bể. Lượng bùn ở đáy bể chứa bùn sẽ được xe môi trường đến hút bỏ đem đi xử lý định kỳ 12 – 24 tháng/ lần. Lượng bùn này tùy thuộc vào lượng bùn phát sinh trong quá trình xử lý.