Bài giảng Nghiên cứu xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên và tái sử dụng

VII. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên và tái sử dụng 7.1. Hồ sinh học Hồ sinh học Andora Giai đoạn I Nairobi, Kenya -1980 Hồ tuỳ tiện: 700 ì 300 m Hồ hiếu khí: 300 ì 300 m Công suất thiết kế: 30 000 m3/ ngày 1992: Dandora G.đoạn II- sáu đơn nguyên bổ sung C.suất thiết kế giai đoạn I và II: 80 000m3/ ngày Giai đoạn II: xây dựng thêm hồ sinh vật kỵ khí trước từng đơn nguyên trong số 8 − C.suất thiết kế sẽ là: 160 000 m3/ ngày Trạm xử lý nước thải Tây Melbourne, Australia 1667 ha WSP, xử lý ~366 000 m3/ ngày ← Ca’ng Vịnh Phillip Melbourne: 1 trong 3 hệ thống WSP “55 Đông” ‘Hồ thứ nhất cao tải: phần kỵ khí sâu , phần nông hơn được sục khí 9 hồ sinh vật hiếu khí nhằm loại bỏ FC và N Mỗi hồ rộng: 200 ì 1500 m Chappelle Thouaroult, Brittany, Pháp Pháp: >2500 hệ thống WSP, đức: >3000 (phục vụ chủ yếu cho số dân 15oC) và lượng khí sinh học (CH4 & CO2) sinh ra lớn Hiệu suất loại bỏ BOD & SS cao Hoạt động tương tự một bể phốt hở Tảo:thường là Chlamydomonas chịu sulphide, tạo lớp mỏng trên bề mặt Các vi khuẩn kỵ khí có mặt tương tự như trong bể phốt và các bể phân huỷ kỵ khí khác → đòi hỏi các điều kiện môi trường giống như các trường hợp trên (ví dụ như, pH >6,5) ‘Biogas’: CH4, CO2 lớp bùn lớp váng Khoảng 30% dòng BOD đầu vào thoát ra là biogas Thiết kế hồ sinh vật kỵ khí Căn cứ vào tải trọng BOD, λv λV = LiQ/V g/m3.ngđ = Li/θa V Li Q Li = BOD đầu vào mg/l (= g/m3) Q = lưu lượng, m3/ngđ V = thể tích, m3 V/Q = θ (thời gian lưu nước, ngđ) θa ≮ 1 ngđ các giá trị thiết kế loại bỏ λv & BOD Nhiệt độ Tải trọng % t.toán BOD5 BOD (oC) (g/m3 ngày) bị loại bỏ ≤10 100 40 10–20 20T – 100* 2T + 20* 20–25 10T + 100* 2T + 20* >25 350 70 * Nội suy tuyến tính (T = nhiệt độ, oC) Thời gian lưu nước tối thiểu Tính θa Min θa = 1 ngày Nếu giá trị tính toán của θa 7 (hoặc tạo vòng tuần hoàn nước từ hồ hiếu khí, nhưng cách này tốn kém và cần bảo dưỡng bơm) Lò giết mổ BOD trung bình = 1500−2000 mg/l Hồ sinh vật kỵ khí, Cyprus Hồ sinh vật tuỳ tiện có thể tiếp nhận nước thải thô: “hồ sinh vật tuỳ tiện XL sơ bộ”; hoặc nước thải sau khi lắng (ví dụ như nước từ hồ sinh vật kỵ khí hoặc hệ thống ‘cống đã tách cặn’): “hồ sinh vật tuỳ tiện bậc hai” xuất hiện rất nhiều các loại vi tảo, phần lớn di động được – Nồng độ chlorophyll a khoảng 500−2000 μg/l. Bởi vậy nước hồ sinh vật tuỳ tiện thường (hoặc phải) mang màu xanh đậm. thuyết hỗ sinh về vi khuẩn và tảo: tảo sản xuất ra O2, lượng O2 này được các vi khuẩn dị dưỡng tiêu thụ và đến lượt mình sinh ra CO2 đựơc tiêu thụ bởi tảo. một lớp bùn mỏng dưới đáy hồ sinh vật tuỳ tiện XL nước thải thô (phân huỷ kỵ khí mạnh & sinh ra CH4). Giảm BOD đầu ra chủ yếu nhờ tảo (70– 90%). BOD “tảo” này rất khác biệt với BOD “nước thải”. Tảo sản xuất O2, chỉ trong thời gian có ánh sáng ban ngày ∴ các mức biến đổi DO hàng ngày trong hồ: ○ ~10 cm ● ~80 cm dưới bề mặt Sự biến đổi độ pH ban ngày: Tảo quang hợp - tiêu thụ CO2 Nếu tốc độ tiêu thụ CO2 nhanh hơn tốc độ cung cấp CO2 từ quá trình trao đổi chất của VK hoặc từ khí quyển thì các ion Bicarbonate và Carbonate sẽ tách ra: 2HCO3− → CO32− + H2O + CO2 CO32− + H2O → CO2 + 2OH− CO2 bị tảo tiêu thụ; OH− tích luỹ lại, do đó pH tăng lên pH có thể tăng lên đến hơn 9, thậm chí tới 10. Rất quan trong trong quá trình loại trừ vi khuẩn có mặt trong phân: pH >9.4 nhanh chóng loại trừ vi khuẩn trong đó có E. coli − ngoại lệ chính là Vibrio cholerae (vi khuẩn này sẽ bị sulphides trong hồ sinh vật kỵ khí loại trừ). Độ sâu của hồ sinh vật tuỳ tiện Thông thường 1–2 m (phổ biến là 1.5 m) Nếu 3 – 1 nếu hồ tiếp nhận dòng thải đầu ra của hồ sinh vật kỵ khí Thiết kế hồ sinh vật tuỳ tiện dựa vào tải trọng bề mặt Bod λs, kg BOD/ha ngày Ta’i trọng thiết kế là hàm của nhiệt độ: Li = BOD đầu vào, mg/l * Q = lưu lượng, m3/day A = diện tích hồ, m2 Lưu ý đơn vị !! * = g/m3 λs = 10LiQ/A Công thức quan trọng! công thức thiết kế chung: Căn cứ vào: (a) T = 8 °C, λs = 80 kg/ha ngày [kinh nghiệm ở Châu Âu & NZ] (b) T = 25 °C, λs = 350 kg/ha ngày [Kinh nghiệm của TB Brazil] (c) T = 35 °C, λs = 500 kg/ha ngày [giới hạn trên] 25 °C λs = 350(1.107 − 0.002T)T−25 trình tự thiết kế hồ sinh vật tuỳ tiện Tính diện tích dựa vào tải trọng BOD [ = f(T)] Lựa chọn độ sâu (~1.5 m) Tính thời gian lưu nước, kể đến lượng nước bay hơi − xét → Tính BOD chưa lọc của dòng thải đầu ra bằng phương trình bậc 1 (k1 = 0.1 day−1) − xét → Tính BOD đã lọc của dòng thải đầu ra ( = 0.3 ì BOD chưa lọc) e = lượng bay hơi thực tế = bay hơi – lượng mưa, mm/ ngày Nguồn: BC của trạm khí tượng thuỷ văn mm/ tháng Hồ sinh vật tuỳ tiện: θf = AfD/Qm ∴ θf = AfD/[(Qi + Qe)/2] ∴ Qe = Qi – 0.001eAf ∴ θf = 2AfD/(2Qi – 0.001eAf) trong đó Qm = trung bình cộng của dòng đầu vào Qi và dòng đầu ra Qe Bay hơi Thời gian lưu nước tối thiểu Min θf = 4 ngày Nếu giá trị tính toán của θf <4 ngày, ta lấy θf = 4 ngày và tính lại diện tích hồ theo công thức: Af = (Q ì 4)/Df Cho Df = 1.5 m Li 1 + k1(V/Q) Li 1 + k1θ V/Q là thời gian lưu nước trung bình, ngày (ký hiệu: θ) Le = Le = Trong hồ sinh vật tuỳ tiện XL bậc hai k1 trong công thức tính hiệu quả xử lý BOD thay đổi theo nhiệt độ: k1(T) = 0.1(1.05)T−20 BOD 20 °C Hồ sinh vật tuỳ tiện: Ta đã tính được diện tích, chọn chiều sâu, tính thời gian lưu nước và BOD đầu ra Giời ta kiểm tra khả năng sử dụng nước thải sau xử lý để tưới hạn chế cho cây trồng : ≤105 E. coli /100 ml, ≤1 trứng giun/l (nhưng ≤0.1 trứng/l đối với trẻ dưới 15 bị phơi nhiễm) 1. Loại bỏ E. coli Phương trình tổng quát: Ne = Ni / [(1+ kBθan)(1+ kBθfac)(1+ kBθmat)n] Do không có hồ hiếu khí nên: Ne(fac) = Ni / [(1+ kBθan)(1+ kBθfac)] 2. Loại bỏ trứng giun Phương trình: R (%) = 100[1 − exp(−0.41θ + 0.0085θ2)], Lấy: r = [1 − exp(−0.41θ + 0.0085θ2)] đầu tiên tính với Hồ kỵ khí (θa), sau đó với hề tuỳ tiện (θf); sau đó: Lượng trứng giun trong nước ra khỏi hồ tuỳ tiện = [(Lượng trứng giun trong NT thô) ì (1 − ra) ì (1 − rf)] BOD chưa lọc hay đã lọc? BOD ‘chưa lọc’ bao gồm cả BOD tảo BOD ‘đã lọc’ không bao gồm tảo Lọc qua giấy lọc GF/C (giảm cả BOD do một phần nhỏ không phải là BOD tảo − nhưng ta’o chiếm tới 70−90% giá trị của BOD đầu ra) Chất lượng nước sau hồ sinh học Tiêu chuẩn chất lượng nước thải đô thị (91/271/EEC) cuả Cộng đồng Châu Âu: Đối với NT đầu ra của hồ sinh học: ≤25 mg BOD đã lọc/l & ≤150 mg SS/l Nếu EU áp dụng được, tại sao ở các nước đang p.triển lại không ??? Vietnam Nuôi cá nước thải là hình thức tái sử dụng nước thải phổ biến ử Việt Nam – do vậy thường không cần hồ hiếu khí