Báo cáo Tái sử dụng nước lựa chọn công nghệ và giải pháp kết hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG BÀI BÁO CÁO QUÁ TRÌNH HÓA LÝ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TÁI SỬ DỤNG NƯỚC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP KẾT HỢP Giáo viên hướng dẫn: Dương Hữu Huy Danh sánh sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Trần Thị Cẩm Hồng 0922098 Phạm Lê Bích Huyền 0922104 Lã Đình Hoan 0922090 Vũ Huy Hoàng 0922094 Nguyễn Thị Phương Thanh 0922226 Đinh Thị Hồng Huệ 0922100 Nguyễn Thành Đông 0922054 Nguyễn Thị Hồng Loan 0922133 Khóa học: 2011- 2012 TP. Hồ Chí Minh – 2011 Mục lục Trang TÁI SỬ DỤNG NƯỚC ……………………………………………..3 Đánh giá lựa chọn quy trình…………………………....3 nguyên tắc lựa chọn quy tình…………………………..3 LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ…………………………7 GIẢI PHÁP KẾT HỢP ……………………………………………..7 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG …………………………………………...13 DỤ VỀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP KẾT HỢP TRONG TÁI SỬ DỤNG NƯỚC……………………….14 Ví dụ 1………………………………………………….14 Ví dụ 2………………………………………………….17 CÁC ĐIỂM CẦN CHÚ Ý KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ……….……………………………………………………….19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo cáo hộn nghị môi trường năm 2005 và năm 2010 Chapter 28: clean water plant process selection and integration, sách water and wastewater engineering I. TÁI SỬ DỤNG NƯỚC Lượng nước thải do sinh hoạt và sản xuất của con người mỗi ngày rất nhiều. Nếu lượng nước thải này không được xử lý trước khi đưa vào nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đứng dưới góc độ là một người làm về môi trường, chúng ta có thể xem nước thải là một nguồn tài nguyên. Trong nước thải có chứa một lượng khá lớn năng lượng, các chất hữu cơ, chất khoáng như kali, phosphor, canxi… Đây là những chất rất có giá trị đối với nông nghiệp. Vậy nên, tái sử dụng nước thải chính là góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. Đứng trước việc nguồn nước có thể sử dụng cho các mục đích của con người ngày càng bị suy thoái và hạn hẹp, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng được quan tâm thì việc tái sử dụng nước là cấp thiết. Ví dụ: Hiện nay mỗi ngày thành phố Hồ Chí Minh có 600.000m3 nước thải nhưng chỉ có khoảng 60% lượng nước này được xử lý sơ bộ vào hệ thống chung nên tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng tăng. Tuy nhiên vấn đề tái sử dụng nước chưa được quan tâm, người ta chỉ mới tái sử dụng khoảng dưới 6% nguồn nước thải này. Có phải chúng ta đang lãng phí nguồn tài nguyên hay không? Trong bài báo cáo này sẽ đi sâu vào việc lựa chọn công nghệ và giải pháp kết hợp để tái sử dụng nước. LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Tùy theo đặc tính của nước thải, nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý và dựa vào QCVN về nước thải để xác định độ cần thiết phải làm sạch nước thải. Tùy theo điều kiện tài chính, diện tích, nhân lực của xí nghiệp để lựa chọn các hệ thống xử lý phù hợp. Để bảo đảm cho việc thiết kế hệ thống xử lý cần thiết phải thu thập các số liệu sau: Qui trình sản xuất của xí nghiệp (trong đó phải xác định khâu nào sinh ra nước thải? Thành phần là gì? Số lượng bao nhiêu? Kế hoạch giảm thiểu nước thải nếu có?). Về lưu lượng nước thải cần thiết phải xác định tổng lượng nước thải/ngày, lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày, sự biến thiên lưu lượng nước thải theo giờ, ca, mùa vụ sản xuất. Về thành phần nước thải: nên xác định các chỉ tiêu như BOD, COD, màu, SS, VSS, tổng coliform, hàm lượng các hóa chất khác nếu có (theo đặc trưng của từng loại hình sản xuất). Đánh giá lựa chọn quy trình Khi lựa chọn một quy trình xử lý nước thải ta cần tập trung vào các vấn đề: Loại bỏ chất gây ô nhiễm. Độ bền của thiết bị. Quy trình linh hoạt. Khả năng sử dụng. Chi phí đầu tư, vận hành và bảo dưỡng. Kiểm soát mùi. Chất dinh dưỡng và quản lý chất thải. Quản lý năng lượng. Loại bỏ chất gây ô nhiễm: là mục đích chính của quy trình xử lý nước thải. Yêu cầu tối thiểu của một hệ thống xử lý chính đó chính là đáp ứng được mức tối đa cho phép của các chất ô nhiễm trong QCVN trước khi thải ra nguồn thải. Độ bền: có khả năng thích nghi khi chất lượng nước thải thay đổi, thời tiết thay đổi. Mức độ bảo trì, bảo dưỡng để duy trì hoạt động hiệu quả. Quy trình linh hoạt: Có khả năng nâng cao công suất khi nhà máy yêu cầu. Nhân sự để vận hành và bảo trì hệ thống sau này kể cả những kỹ thuật viên phải được tập huấn về cơ chế xử lý, các sự cố có thể xảy ra, cách khắc phục… Các hệ thống xử lý phải tương ứng với trình độ kỹ thuật của địa phương, có thể tận dụng nguồn nhân lực địa phương (giảm chi phí đầu tư, cũng như dễ dàng tìm nhân sự vận hành các thiết bị). Các thiết bị sử dụng phải là các loại có sẵn và dễ tìm trên thị trường để bảo đảm nhu cầu về phụ tùng thay thế khi có sự cố, không làm gián đoạn việc vận hành hệ thống xử lý và tiến độ xây dựng. Phải dự trù về khả năng cung cấp các loại vật tư sử dụng cho hệ thống kể cả điện năng trong tương lai để hệ thống không bị gián đoạn do vấn đề khan hiếm các loại vật tư này. Khả năng sử dụng: Sử dụng nước được làm sạch cần phải hoạt động máy móc khi nó được xây dựng. Điều này bao gồm việc sửa chữa và thay thế hằng ngày, cung cấp chỉ dẫn, đưa ra những ví dụ… Các quá trình nên được lựa chọn để có thể hoạt động và duy trì bởi khả năng của nhân viên hoặc nhân viên có thể được huấn luyện. Thước đo kinh tế được thiết lập như là nền tảng trong giá cốt yếu, ngoài những dịch vụ và chất liệu. Năng lượng và một mức độ thấp hơn, giá nhân công không được trình bày như một thước đo kinh tế đáng chú ý. Tuy nhiên, kích cỡ lớn không bảo đảm giá thấp. Ngoài ra các vấn đề chính trị trong việc kiểm soát tại địa phương, sự đánh giá kinh tế một cách cẩn thận về việc cho phép tham gia với những cộng đồng khác. Chi phí: Khả thi về mặt tài chính, các phân tích về mặt kinh tế nên dựa trên các chỉ tiêu như NPV (net present value), B/C (benefit/cost ratio), IRR (internal rate of return)... Các yếu tố về lạm phát cũng nên đưa vào để tính toán. Phải ước tính được giá vận hành và bảo trì hệ thống bao gồm các chi phí về nhân công vận hành, năng lượng, vật tư và hóa chất cung cấp cho hệ thống. Kiểm soát mùi: Mùi hôi thối của nước thải và sự phân rã kết hợp lại gây dịch bệnh thế kỉ. Mức độ mùi công cộng là sự quan tâm cơ bản trong quá trình xử lý làm sạch nước, kiểm soát mùi phải xếp hạng như là vấn đề quan trọng trong quá trình lựa chọn và thực hiện. Quản lý chất dinh dưỡng và chất thải: Các xu hướng quản lý chất dinh dưỡng gợi ra kế hoạch cho cơ sở vật chất mới hoặc cải tiến của một công nghệ cũ cần phải thực hiện để cải tiến hệ thống công nghệ hơn yêu cầu cho phép áp dụng. Vì nó cung cấp sự linh hoạt lớn hơn trong cách bố trí của chất rắn sinh học, có xu hướng chọn lựa quá trình để có thể sản xuất chất rắn sinh học loại A. Quản lý năng lượng: Nhu cầu năng lượng và giá cả leo thang, yêu cầu đầu tư nghiêm ngặt kiểm soát năng lượng trong việc lựa chọn và thiết kế quá trình. Bảo tồn năng lượng trong phương tiện công trình, sử dụng năng lượng gió và mặt trời, và tái sử dụng năng lượng từ chất thải rắn nên được xem xét. Thông thường để lựa chọn một quy trình xử lý, người ta thường làm một bảng đánh giá công nghệ. Tất cả các quy trình xử lý được liệt kê trên một trục và các quá trình liên quan đến quá trình lựa chọn được liệt kê trên một trục khác. Mỗi quá trình đưa ra một xếp hạng hoặc xếp hạng cho một yếu tố. Một số yếu tố quan trọng phải được xem xét, liệt kê trong Bảng 28-1 và 28-2 (Metcal & Eddy, 1991). BẢNG 28-1 Yếu tố quan trọng để xem xét trong đánh giá các lựa chọn quá trình thay thế  Yếu tố Nhận xét Thiết kế dòng chảy Quá trình phải có khả năng để xử tốc độ dòng chảy thiết kế. Ví dụ, mương oxy hóa hiếm khi được lựa chọn cho các quần thể hơn 5,000. Biến đổi dòng chảy Quá trình phải có khả năng xử lý các phạm vi dự kiến của dòng chảy. Điều này bao gồm những thay đổi lâu dài trong dòng chảy tối thiểu lúc khởi động để tối đa tuổi thọ thiết kế như ban ngày, theo mùa, và các biến thể trường hợp khẩn cấp. Hiệu suất Quá trình thường đáp ứng hoặc vượt quá yêu cầu xả nước thải không? Độ tin cậy Kinh nghiệm tại các cơ sở tương tự hoạt động dưới điều kiện tương tự cần được xem xét trong việc xác định câu trả lời cho những câu hỏi sau đây. Quá trình này dễ dàng xáo trộn? Nó có thể đáp ứng yêu cầu thực hiện theo tải trọng va đập định kỳ ? Mức độ cơ bản hơn, lịch sử bảo trì của phần cứng là gì? Tính linh hoạt Yếu tố này có ba thành phần. Sơ đồ quá trình như vậy nó có thể được hoạt động ở điều kiện dòng chảy thấp lúc khởi động cũng như dòng chảy thiết kế không? Nhà điều hành có khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu quả khắc nghiệt xảy ra thay đổi trong dòng chảy và/ hoặc tải trọng không? Các nhà điều hành có “công trình xung quanh” quá trình thành phần trong thời gian dự kiến của dịch vụ yêu cầu bảo trì cũng như bảo trì đột xuất để sửa chữa những thất bại không? Diện tích cần thiết Quá trình phải phù hợp không gian trên đất có sẵn cho công suất trong tương lai hoặc quá trình nâng cấp. Phức tạp Mức độ khó khăn trong việc vận hành nhà máy điều kiện thường xuyên hoặc trường hợp khẩn cấp là gì? Nhà máy đòi một mức độ cao của sự bảo dưỡng, đặc biệt đào tạo cán bộ, và bảo trì bên ngoài? Yêu cầu nhân sự Có bao nhiêu người và mức độ các kỹ năng cần thiết để vận hành quy trình? Có phải các kỹ năng là có sẵn? Đào tạo bao nhiêu là cần thiết? An toàn Bao gồm khả năng té ngã, không gian kín cho lối vào thường xuyên bảo trì, tiếp xúc với thiết bị hoặc bộ phận chuyển động, vận chuyển hóa chất, lưu trữ và ứng dụng. Tiếng ồn Tiếng ồn tác động đến nhân sự điều hành là một vấn đề an toàn. Chúng phải được giải quyết khi lựa chọn thiết bị và nhà ở. Môi trường tác động của tiếng ồn trên các cộng đồng láng giềng phải được giải quyết ở vị trí xây nhà máy và các hoạt động bảo trì. Hạn chế khí hậu Các vấn đề khí hậu bao gồm dòng chảy do lượng mưa, hạn chế sẵn có của các địa điểm xử lý chất rắn sinh học do mặt đất ẩm ướt hoặc đông lạnh, và thiếu nhà máy phụ trợ cần thiết để đối phó với các điều kiện thời tiết địa phương. Nhiệt độ cao sẽ cho mùi cản trở cao hơn. Nhiệt độ lạnh, nước đá và tuyết sẽ cản trở việc bảo trì và tăng cường vấn đề an toàn. Nhiệt độ lạnh cũng ảnh hưởng xấu đến xử lý sinh học. Các tần số của các sự kiện bão và ảnh hưởng của họ về cung cấp điện, lũ lụt, và thiệt hại vật chất nên được xem xét. Mùi Khả năng cho lượng khí thải có mùi là gì? Có phải chúng khó kiểm soát? Đặc điểm nước thải xử lý Những thành phần của nước thải có thể ức chế quá trình? Hóa chất Các hóa chất được sử dụng, số lượng cần thiết, xử lý và lưu trữ an toàn ảnh hưởng đến hạ nguồn và xử lý chất thải phải được giải quyết. Xử lý chất thải Số lượng và đặc điểm chất thải xử lý ảnh hưởng đến công nghệ xử lý và bố trí xử lý chất còn sót lại. Có khó khăn làm ảnh hưởng đến chương trình xử lý? Một ví dụ sẽ là cần thiết hoặc mong muốn để sản xuất chất rắn sinh học loại A. Tác động của dòng tái chế trong quy trình là gì? Năng lượng Với xu hướng hiện nay chi phí năng lượng, các yêu cầu năng lượng của quá trình này là một xem xét chính trong quá trình lựa chọn. Tương tự, cơ hội thu hồi và / hoặc tiết kiệm năng lượng rất quan trọng để lựa chọn quá trình. Yêu cầu điều hành và bảo trì Đặc biệt điều hành và các yêu cầu bảo trì phải được cung cấp thế nào? Một số ví dụ là cổng truy cập, thang máy và các cần trục. Các vấn đề xây dựng Vấn đề xây dựng đặc biệt như cơ sở, độ dốc,và tiếp cận địa điểm có thể là một xem xét quan trọng trong quá trình lựa chọn. Chi phí Cả vốn và chi phí vận hành phải được xem xét trong quá trình lựa chọn. BẢNG 28-2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của các quá trình bùn hoạt tính Công suất sục khí. Tải ammoniac. Tải BOD. Yếu tố môi trường như pH và nhiệt độ. Tỷ lệ thức ăn/vi sinh vật. Tải thủy lực. Thời gian lưu trong bể phản ứng. Các chất dinh dưỡng. Loại lò phản ứng. Tỷ lệ quay trở lại bùn hoạt tính. Thời gian lưu giữ chất rắn (SRT). (Trích từ Metcalf & Eddy, 1991.) Nguyên tắc chọn lựa quy trình Chất lượng nước thải thô của mỗi nguồn thải là khác nhau. Chất lượng nước thải thô có thể thay đổi. Không có thiết kế xử lí tiêu chuẩn cho tất cả các nguồn. Đối tất cả các nguồn, một số lựa chọn thay thế quá trình xử lý có sẵn. Điều kiện địa điểm giới hạn các loại quá trình xử lí có thể sử dụng. Cải tiến và nâng cấp nhà máy hiện tại đòi hỏi giải pháp sáng tạo, không phải những điều trình bày trong sách chuẩn như một trong những điều này. Kiểm tra thí điểm thực được khuyến khích trong việc lựa chọn công nghệ mới hoặc công nghệ đã được chứng minh cho các ứng dụng mới. Thử nghiệm thí điểm nhà máy đòi hỏi phải lập kế hoạch và thực hiện cẩn thận để có được thiết kế hữu ích và hoạt động tiêu chuẩn. Điều quan trọng quản lý chất thải là một đặc tính của tất cả các mẫu thiết kế. Kinh nghiệm người điều hành là rất có giá trị trong việc phát triển một thiết kế. GIẢI PHÁP KẾT HỢP Bố trí nhà máy Nhà máy nước sạch Side PARCC (Hình 28-4) là một ví dụ về cách bố trí nhà máy của một lò phản ứng sinh học màng hiện đại. Sơ đồ mạch của nhà máy cho thấy mối quan hệ của các thành phần quá trình và các mối liên kết của chúng. Các điểm nổi bật của kế hoạch này là sự vắng mặt của các lắng cặn sơ cấp và thứ cấp, việc sử dụng của màn lọc tốt, việc chỉ định không gian cho sự mở rộng trong tương lai, và nổi bật của hệ thống là bộ lọc mùi và lọc sinh học. màng Khoang chứa máy bơm vít Khử trùng bằng tia cực tím Xả ra sông Tầng khí Bồn cân bằng tương lai Xử lý sinh học Nguyên liệu thô Sàng lọc Buồng sỏi Máy thổi gió Để lưu trữ hiếu khí Từ các chất rắn lọc sinh học Xả Đến bãi chôn lấp nước thải Đến bãi chôn lấp lưu trữ chất rắn sinh học hiếu khí Septage Máy thổi khí xử lý chất rắn nổi trên mặt Đến bãi chôn lấp Nhận Septage Hình 28-4 Sơ đồ mạch quy trình của Nhà máy nước sạch Side PARCC Nhà máy Thủy lực Được biểu diễn bởi một bản vẽ cho thấy dòng thủy lực cấp qua nhà máy xử lý. Bản vẽ sẽ hiển thị độ cao của các đường đi bộ (trên cùng của cấu trúc), mực nước, độ cao dưới cùng của mỗi quá trình đơn vị cũng như các đáy võng và đỉnh của tất cả các đường ống kết nối và các đảo của tất cả các kênh. Lý tưởng nhất, nước chảy qua nhà máy bởi lực hấp dẫn sau khi nó được bơm đến phần đầu của cuối nhà máy. Điều này giảm thiểu số lượng máy bơm để di chuyển các nước thông qua nhà máy. Độ cao của bề mặt nước như là nó chảy qua nhà máy theo đường cấp thủy lực. Những độ cao được thiết lập bởi các thiết kế dựa trên các tính toán của hao hụt cột áp thông qua các cấu trúc khác nhau của nhà máy. Một khi các hao hụt cột áp được biết, độ cao của nước bề mặt được thiết lập bằng cách làm việc ở thượng nguồn từ một độ cao được lựa chọn cho việc xả nước thải cho các chảy đến nhà máy. Độ cao của mương dẫn trong mỗi quá trình nước chảy từ thượng nguồn được thiết lập để khắc phục hao phí năng lượng đường ống trong quá trình di chuyển nước đến hạ lưu để thực hiện các quá trình tiếp theo. Mặt chiếu đứng của PARCC Tóm tắt các địa điểm của các tính toán dự toán hao phí năng lượng đường ống Nguồn hao phí năng lượng đường ống Thông số tham khảo vách ngăn 6 Giá đỡ thanh và màn 20 Kênh 16 Buồng đá dăm 20 Hạt lọc 11 Đường ống, bùn 20 Đường ống nước 3 Thông số năng lượng hao phí đường ống ở nhà máy nước sạch Đơn vị xử lý hao phí năng lượng đường ống , m nước Màn lọc 0.15–0.30 Buồng sỏi, đá dăm Có ga 0.4–1.2 Xoáy nước ~0.15 Trầm tích nhỏ 0.4–1 Bể sục khí 0.2–0.6 Lắng thứ cấp 0.4–1.2 Lọc hạt 3–5 Hấp thụ cacbon 3–6 Bể clo hóa 0.2–1.88 Bể chiếu tia UV ~0.6 Cân bằng khối lượng Trong thiết kế, khái niệm cân bằng khối lượng cung cấp một công cụ phân tích để so sánh các lựa chọn thay thế. Trong thiết kế chi tiết, cân bằng khối lượng cung cấp một khung tiêu chuẩn theo tài liệu tham khảo để sử dụng phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế và dự đoán số lượng. Cân bằng khối lượng cũng cung cấp một cơ sở cho logic kiểm soát quá trình và sơ đồ thiết bị đo đạc. Thông thường, cân bằng khối lượng được tính toán cho các thành phần: chất rắn lơ lửng, BOD, COD, nitơ (N), độ kiềm, và phốt pho (P). Quá trình tải thay đổi đa dạng: Một khía cạnh của phân tích cân bằng khối lượng là điều tra các tác động thay đổi trong quá trình tải. Trong trường hợp không có dữ liệu, các yếu tố đạt đỉnh và khoảng thời gian đề xuất trong Bảng 28-18 cung cấp một điểm bắt đầu.Những dữ liệu này được trích xuất từ một dịch vụ hệ thống cống thoát nước lớn(190.000 m3/d) ở khu vực phía đông bắc với hỗn hợp các cống kết hợp và phân rãnh. Các yếu tố cực đại trong các quá trình Nội dung Nhận xét Hệ số khuếch đại theo các ngày liên tiếp 1 3 5 7 Màng lọc Giá trị trung bình lọc sẽ phụ thuộc vào giá kích thước lỗ của màng lọc. Kích thước thùng chứa tối đa có thể lọc 3 ngày liên tục trên màng lọc. 8 Tối đa hàng năm 4 2.5 2 Sạn cát Giá trị lọc trung bình ngày sẽ thay đổi phụ thuộc vào chức năng của lớp lọc thiết kế khả năng hấp thụ, khu vực lọc, khả năng thoát nước, thời gian sử dụng, địa điểm, và khả năng loại bỏ tuyết.Kích thước thùng chứa tối đa 3 ngày lọc liên tục của sạn cát. 8 Tối đa hàng năm 4 3 1.3 -1.4 Cặn nước thải chưa sử lý Pha lỏng chảy trong bùn loãng cho đến khi sẵn sàng để xử lý bước cuối cùng nếu ở tất cả các trường hợp, giá trị trung bình ngày có thể thay đổi đối với cơ sở công nghiệp; kích thước tối đa theo tuần và tháng, tập trung tối đa hoặc bước tiêu huỷ với dòng trả về cao và khả năng dễ dàng hoạt động ở giá trị thấp hơn đáng kể. 8 Tối đa hàng năm 4 3 Tối đa hàng tháng 1.5–2.0 1.1–1.2 Bùn thứ cấp Hệ số khuếch đại trung bình tháng thường được thể hiện bằng khả năng lưu trữ hàm lượng chất rắn trong bể chứa sơ cấp, điều này cần được kiểm tra. 2-3 1.6-1.7 Tối đa hàng năm 1.6–2.1 1.5–1.6 Trung bình hàng tháng 1.3–1.4 1.2–1.3 1.2–1.3 Khối lượng dòng hữu cơ sơ cấp Giá trị khoảng thời gian hàng giờ có thể được ước tính từ tần số.Phân phối đồ thị. Giá trị rất nhạy cảm để hòa tan chất thải công nghiệp. 1.8-2.2 1.3–1.5 Tối đa hàng năm 1.3–1.6 1.3–1.4 Trung bình hàng tháng 1.2–1.3 1.1-1.2 1.1–1.2 Nitrogen and Phosphorus 1.8–2.2 1.3–1 Tối đa hàng năm 1.3–1.6 1.3–1.4 Trung bình hang tháng 1.2–1.3 1.1–1.2 1.2–1.3 Nhu cầu oxy vàlãng phí bùn thứ cấp Sẽ thay đổi theo khả năng lưu chứa của cấu hình lò phản ứng sinh học, thời gian lưu trữ, nồng độ chất rắn hoạt động, thời gian lưu giữ thủy lực trong hệ thống thứ cấp và mức độ tái chế, và các khối lượng ứng dụng và hình thức nhu cầu oxy của vật liệu. Thực tế chất thảibùn thứ cấp sẽ phản ánh khả năng lưu trữ chất rắn (khả năng hoạt động ở nồng độ chất rắn cao hơn) duy trì trong lò phản ứng. Hệ thống phát triển dính bám không có chất dự trữ. Tái chế Sẽ thay đổi phụ thuộc vào hệ số chức năng của quá trình xử lý và hệ số quá trình điều hành chiến lược, và xử lý chất rắn, các thiết kế hoạt động và quy trình cho các lò phản ứng dải phân cách và hệ thống xử lý sinh học chủ đạo. Thông thường, các phương tiện thông báo chi tiết các bộ lọc tác dụng thủy lực lớn nhất khó khăn (đặc biệt là nếu rửa ngược là không liên tục), lớn nhất phân huỷ sinh học carbon tái chế có liên quan với nhiệt điều bùn sinh học tốc độ cao, hàm lượng lớn nitơ tái chế có liên quan đến tiêu hóa kỵ khí và ủ phân tỷ lệ chất rắn trung cao, không liên tục và khử nước hơn phiền hà hơn tiêu hóa và khử nước và ủ phân của các chất rắn thô lớn nhất tái chế phốt pho xảy ra với tiêu hóa kỵ khí của sinh học nâng cao chất rắn có chứa phốt pho thứ cấp. Đặc biệt cân nhắc cho các nhà máy MBR Hoạt động ổn định, lâu dài của lò phản ứng sinh học màng cần quá trình tiền xử lý thích hợp. Nếu không có tiền xử lý thích hợp, các màng có thể ​​sẽ tích tụ rác, tóc, xơ vải và chất xơ khác. Cuối cùng, điều này sẽ dẫn đến giảm năng suất thủy lực và chất lượng nước thải. Các nhà cung cấp màng tế bào sẽ không đảm bảo hiệu suất mà không có tiền xử lý thích hợp. Tóm lại, điều này có nghĩa là sàng lọc tốt. Quy trình xử lý bao gồm hai phương pháp. Phương pháp đầu tiên là sử dụng hai sàng lọc: một sàng 5mm theo sau là sàng 2mm. Phương pháp này nhằm giảm thiểu sự quá tải trên sàng khi tạo ra một dòng rõ ràng trong quá trình. Phương pháp thứ hai sử dụng ba quy trình xử lý: một thanh giá đỡ 25mm gắn một bể lắng sơ cấp và một sàng lọc 2mm. Sàng có khe hở 1mm sử dụng tốt hơn. Sàng lưới tốt hơn sẽ sinh ra nhiều chất rắn hơn và nhiều nước thải dạng bọt. Trong bất kỳ trường hợp nào, hệ thống thoát nước và khử nước của sàng lọc cũng phải được xem xét trong thiết kế của các hệ thống truyền tải. Số lượng sàng lọc thông thường trong phạm vi từ 10-25 mg chất rắn khô/L nước thải (Cote et al, 2007). Đối với các nhà máy MBR, sàng lọc tốt khử nước của các chất rắn sinh học khó khăn hơn cho các nhà máy thông thường. Bởi vì chất xơ sẽ kết thành các chất rắn sinh học được loại bỏ bởi các sàng lọc tốt. Giám sát kiểm soát và thu nhận dữ liệu (SCADA) Một số dữ liệu cần thiết để hoạt động một nhà máy nước sạch phải được lấy mẫu bằng tay (ví dụ, giải quyết bùn). Các độ tin cậy của thiết bị thăm dò oxy và kiểm tra các chất rắn lơ lửng, giám sát để thu thập dữ liệu từ xa phải được đánh giá một cách cẩn thận. Đối với quyết định nhiều hoạt động, nó là tốt nhất cho các nhà điều hành làm việc trong nhà máy và quan sát hoạt động của quá trình hơn là ngồi trên ghế và xem một màn hình. An ninh: Các vấn đề an ninh cho một nhà máy nước sạch là tương tự như đối với việc bảo vệ nguồn cung cấp hóa chất và ngăn chặn xâm nhập tại một nhà máy nước uống. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG Các phần mềm mô phỏng là những công cụ mạnh mẽ cho cả hai quá trình lựa chọn và kết hợp. Các mô phỏng có một thư viện các kịch bản quá trình điều chỉnh với các giá trị mặc định cho các thông số mô hình. Mô phỏng hiện tại sử dụng “mô hình bùn hoạt tính thứ 3” cũng được biết đến như ASM3 (Gujiret al, 1999). Một số dạng mô hình điển hình bao gồm loại bỏ BOD có carbon và nitrat hoá, quá trình nitrat hoá/khử nitơ, loại bỏ cacbon-nito-photpho. Bố cục cấu hình sẵn được cung cấp. Một số ví dụ bao gồm: bùn hoạt tính thông thường, mương Oxy hoá, SBR, IFAS, và MBR. Ngoài ra, người dùng có thể lắp ráp nhà máy của riêng mình. Các mô phỏng cho phép người dùng thay đổi gần như tất cả các thông số được sử dụng trong các mô hình, chúng có thể được sử dụng để kiểm tra một loạt các cấu hình quá trình và các tình huống. Việc sử dụng phổ biến của một mô hình làm cho một hoặc nhiều hơn các thiết kế “ảo”. Các dạng khác nhau có thể hầu như chạy cùng nhau để xác định cách tiếp cận tốt nhất. Các mô hình cũng được sử dụng như các công cụ thiết kế và chúng không hoàn hảo. Không bao gồm các yếu tố an toàn thường được sử dụng trong thiết kế và hoạt động của các cơ sở, độ chính xác của một mô hình phụ thuộc nhiều vào các dữ liệu được sử dụng để phát triển nó. Khái quát các bước thiết lập một mô hình (Shaw et al., 2007): • Xác định những gì đang được thực hiện với mô hình. • Thu thập các dữ liệu liên quan đến kích thước bình chứa nước (thùng nhiên liệu) và cấu hình, dòng chảy, đặc điểm chất thải, và lượng chất rắn. • Thiết lập mô hình. • Hiệu chỉnh mô hình bằng cách kết hợp các kết quả đầu ra để đo dữ liệu và xác nhận các mô hình bằng cách kiểm tra cách chúng thể hiện dưới các điều kiện khác nhau với một bộ dữ liệu khác nhau. • Sử dụng mô hình. VÍ DỤ VỀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP KẾT HỢP TRONG TÁI SỬ DỤNG NƯỚC 1.Ví Dụ 1: Sở Khoa học và Công nghệ TpHCM vừa nghiệm thu đề án về tái sử dụng nước thải sinh hoạt thành nước cấp do PGS-TS Nguyễn Phước Dân, trưởng khoa môi trường trường đại học Bách Khoa TpHCM làm chủ nhiệm. Đề án mở ra hướng trong việc tận dụng, tái sử dụng nước thải sinh hoạt thành nước cấp, góp phần giảm thiểu đáng kể thiếu hụt nước sinh hoạt hiện nay trên TpHCM Theo ước tính, chỉ có 6% nước thải sinh hoạt ở TpHCM được xử lý. Nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nhiều nguồn như: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi giải trí, cơ quan công sở… Thông thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai loại chính: nước đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể. Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinh hoạt là BOD5, COD, Nitơ và Phốt pho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng, gây tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng, rất khó xử lý. Theo PGS-TS Nguyễn Phước Dân, việc sử dụng nguồn nước cấp hiện nay chưa hợp lý, gây lãng phí. Cụ thể nhiều doanh nghiệp sử dụng nước cấp để làm mát, tưới cây hoặc vệ sinh nhà xưởng, còn người dân sử dụng trong công việc sinh hoạt như giặt, vệ sinh… trong khi có thể sử dụng nguồn nước chất lượng thấp hơn. Chưa kể lượng nước thải do hoạt động sản xuất công nghiệp, dịch vụ, riêng lượng nước thải sinh hoạt cho người dân nội thành TpHCM tối đa đã lên tới 315 lít/người/ngày. Chỉ riêng nhu cầu sử dụng nước hằng ngày cho việc tưới cây xanh, vườn hoa công viên, rửa đường vào mùa khô, dội nhà vệ sinh, làm mát công nghiệp… trên địa bàn thành phố hiện lên tới trên 815 ngàn m3/ngày còn chưa có nguồn thay thế. Và chỉ cần 20% diện tích đất nông nghiệp sử dụng nguồn nước thải đã qua xử lý này, nhu cầu sử dụng nước thải tái sinh tại TpHCM sẽ đạt tới con số 1,9 triệu m3/ngày vào năm 2020. Đó là còn chưa kể lượng nước dùng cho tái tạo cảnh quan, thau rửa ô nhiễm cho 1.600 ha mặt nước hồ, kênh rạch của thành phố. Như vậy, cung - cầu nguồn nước thải tái sinh tại TpHCM là rất lớn, song cho đến thời điểm này, vấn đề tái sử dụng nguồn nước thải sau xử lý còn rất mới với TpHCM. Theo tính toán của tác giả Dư Phước Dân, nếu thành phố có chính sách khuyến khích hoặc bắt buộc sử dụng, nhu cầu dùng nước tái sinh có thể lên tới 1,5 triệu m3/ngày. Khi đó, ngoài việc tiết kiệm được 10 tỷ đồng dùng sản xuất nước sạch mỗi ngày, thành phố còn chủ động được nguồn khai thác nước sông trong những ngày hạn hán, giảm thiểu sự ô nhiễm nước ngầm, nước mặt… Có thể nói, với sự gia tăng nhanh lượng nước cấp cho sinh hoạt, công nghiệp và  dịch vụ ở TpHCM cùng với sự suy giảm chất lượng nước ngầm và nước mặt, sự tìm kiếm nguồn nước bổ sung thay thế cho thành phố rất cần thiết. Những hoạt động tái sử dụng này sẽ giải quyết tình trạng khan hiếm nguồn nước ngọt, suy giảm chất lượng nước nguồn nước do việc khai thác quá mức và ô nhiễm nguồn nước ngày càng tăng. Có nhiều biện pháp xử lý nước sinh hoạt nhằm mục đích tái sử dụng như: Phương pháp hóa học (trung hòa, oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợp chất độc hại. Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào, do đó, ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm là chi phí vận hành cao, không thích hợp cho các hệ thống sử lý nước thải sinh hoạt với quy mô lớn). Phương pháp hóa lý (áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc… Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh). Phương pháp sinh học (sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu có năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình trung gian anoxic, quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic –kị khí các quá trình hồ. Đối với việc xử lý nước thải sinh hoạt có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe đối với chỉ tiêu N và P, quá trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quá trình xử lý sinh học thường được ứng dụng nhất). Trong nhiều giải pháp trên, PGS-TS Nguyễn Phước Dân cũng đưa ra 2 giải pháp đã được thực nghiệm thành công: Một là với công nghệ than hoạt tính sinh học BAC kết hợp với lọc cát sinh học BAC-BSF ở tốc độ lọc 2-3m³/giờ cùng với khử trùng. Nguồn nước xử lý có thể đạt được chất lượng nước tái sinh cho đối tượng sử dụng nước có chất lượng thấp như dội rửa toilet, tưới cây xanh. Vì công nghệ này có hiệu suất khử COD trung bình khoảng 60%, cao nhất có thể đạt 88%. Hai là công nghệ BAC-BSF kết hợp màng RO. Nước sau xử lý hoàn toàn đạt chất lượng nước tái sinh cao có thể phục vụ cho các hoạt động dịch vụ, công nghiệp đòi hỏi chất lượng cao như nồi hơi, làm mát, vệ sinh trang thiết bị, tái nạp tầng nước ngầm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt. Hiệu suất xử lý TDS và TOC trung bình lần lượt đạt 96% và 95%. Công nghệ xử lý bằng than hoạt tính sinh học (BAC) và bộ lọc cát sinh học (BSF) ở tốc độ lọc 2-3m³/giờ cùng với khử trùng. Mô hình với quy mô thử nghiệm 2m3/ngày được lắp đặt tại trạm xử lý nước thải Bình Hưng hòa, quận Tân Phú, TPHCM. Sau quá trình thử nghiệm, các nhà khoa học đã lựa chọn tốc độ lọc 2-3m3/h cho công nghệ BAC_BSF làm phương án tái sinh nước thải. Vì ở tải trọng này cho hiệu quả của quá trình tương đối tốt và ổn định, quá trình nitrate hóa và khử nitrate diễn ra tốt. Độ đục của nước tại hồ lắng nhỏ hơn, độ đục đầu ra thấp, nồng độ ammoniac đầu trung bình 10.3mg/l (2m/h) và 8.4mg/l (3m/h), hiệu quả xử lý ammonic đạt trung bình gần 100%. Khả năng nitrate hóa và khử nitrate ở tải trọng 3m/h với 9.5mg/l. Tuy nhiên, số tổng Coliform còn cao, vì vậy biện pháp khử trùng và xử lý bổ sung bằng chất keo tụ trước lọc BSF là cần thiết. Sử dụng ozon trước lọc BAC có thể tăng cường khả năng khử màu và khử đục. Kết quả từ công trình nghiên cứu này đạt kết quả tiêu chuẩn chất lượng dựa trên các hướng dẫn và quy định của tổ chức Y tế thế giới (WHO). Theo các nhà khoa học, đối tượng sử dụng lựa chọn dựa trên trên chất lượng nước tái sinh. Chất lượng nước tái sinh có thể chia làm 3 mức độ: Thấp, trung bình, cao. Với công nghệ xử lý trên áp dụng cho đối tượng sử dụng mức thấp đến trung bình là tưới cây, phục vụ công viên, nước vệ sinh máy móc thiết bị công nghiệp, dội rửa toilet, cứu hỏa, tưới đường, tái tạo cảnh quan... giá chi phí cũng tương đối phù hợp với mục đích sử dụng khoảng hơn 4.000đ/m3. 2. Ví dụ 2: Tái sử dụng nước thải sinh hoạt thông qua xử lý bằng cách kết hợp bể xử lý sinh học hiếu khí với màng lọc MBR. a) Mục tiêu thiết kế: Phương án nhằm xây dựng, lắp đặt thiết bị và chuyển giao công nghệ xử lý nước thải khách sạn với công suất khoảng Q = 90m3/ngày đêm. Hệ thống xử lý được thiết kế theo công nghệ mới nhất, tiên tiến nhất của Nhật Bản và đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới vào cuối năm 2007, cũng như ở Việt Nam phương pháp sử dụng màng lọc sinh MBR chỉ mới bắt đầu được áp dụng vào giữa năm 2008. Phương án nhằm các mục đích sau: - Xây dựng hệ thống xử lý nước thải công suất 90 m3/ngày theo phương pháp lọc sinh học qua màng MBR mà không cần sử dụng bất kỳ một loại hóa chất nào. - Hướng dẫn, chuyển giao công nghệ và đào tạo cán bộ kỹ thuật của công ty vận hành hệ thống xử lý nước thải theo đúng quy trình công nghệ. b) Phương án xử lý: - Qua nghiên cứu thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt, chúng tôi rút ra những nhận định sau: Tác nhân chính gây ô nhiễm nước thải, đó là: các chất hữu cơ, vô cơ có thể bị phân huỷ, được biểu hiện qua thông số: BOD5 trung bình 400mg/ml, COD = 500mg/l, SS = 150mg/l.         Phương án xử lý được tính toán với các thông số như sau:       Thông số đầu vào: Lưu lượng 90 m3/ngày PH 5 – 9 BOD5 400 mg/l COD 500 mg/l SS  150m/l N-NH4 2 mg/l Tổng N 20 mg/l Tổng Coliform 108 MPN/100ml Các vi trùng gây bệnh khác - Tiêu chuẩn của nước thải sau khi xử lý: Nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn TCVN 6772 – 2000 mức II. - Thiết kế của chúng tôi sau  đây đạt hiệu suất xử lý 97% đối với BOD, 98% đối với COD, 95% đối với SS, gần 99% đối với Coliform, và 100% đối với các vi trùng gây bệnh khác. c) Mô tả công nghê được lựa chọn Nước thải sau xử lý thải vào môi trường đạt tiêu chuẩn 6772 – 2000 mức II. Hố thu, chắn rác: Nước thải sản xuất sẽ theo hệ thống mương dẫn chảy về bể gom, qua lưới chắn rác để đến bể điều hoà. Lưới chắn rác (inox) sẽ giữ lại rác có kích thước lớn, tạp chất thô. Chắn rác với hệ thống lấy rác bằng thủ công được đề nghị sử dụng, rác được tập trung tại bể thu rác và hợp đồng với công nhân vệ sinh chuyển rác đến bãi vệ sinh thích hợp. Bể xử lý tùy tiện: Nước thải sau khi được tách rác sẽ được dẫn vào bể xử lý vi sinh tùy tiện. Trong bể xử lý vi sinh tùy tiện có sử dụng hệ vi sinh kỵ khí để phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải, giảm quá trình tạo bọt trong xử lý ở quá trình tiếp theo. Bể điều hòa: Nước thải sau khi được phân hủy kỵ khí, tự chảy vào bể điều hòa, tại đây khí được sục vào từ máy thổi khí nhằm cân bằng nồng độ chất ô nhiễm, ổ định pH, ổn định lưu lựng để xử lý. Bể lọc sinh học MBR: Bể xử lý sinh học hiếu khí với màng lọc sinh học MBR, màng được cấu tạo từ chất Polypropylen có kích thước lỗ cực nhỏ cỡ 0.001 micron chỉ có thể cho phân tử nước đi qua và một số chất hưu cơ, vô cơ hòa tan đi qua, ngay cả hệ vi sinh vật bám dính cũng không thể đi qua được do vậy nước sau khi đi qua màng MBR không cần phải dùng hóa chất khử trùng. Không khí được đưa vào tăng cường bằng các máy thổi khí có công suất lớn qua các hệ thống phân phối khí ở đáy bể, đảm bảo lượng oxy hoà tan trong nước thải >2 mg/l. Như vậy tại đây sẽ diễn ra quá phân huỷ hiếu khí triệt để, sản phẩm của quá trình này chủ yếu sẽ là khí CO2 và sinh khối vi sinh vật, các sản phẩm chứa nitơ và lưu huỳnh sẽ được các vi sinh vật hiếu khí chuyển thành dạng NO3- , SO42- và chúng sẽ tiếp tục bị khử nitrate, khử sulfate bởi vi sinh vật. Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí đạt yêu cầu thì tại đây sẽ không có mùi hôi, bể không đậy kín để tăng quá trình tiếp xúc của nước thải trên bề mặt bể với không khí và dễ quản lý trong vận hành. Với thời gian lưu của nước trong bể này khoảng 10 – 12 giờ thì hiệu quả xử lý trong giai đoạn này đạt 90 đến 95% theo BOD. Bể ổn định: Trước khi thải vào môi trường, nước sau khi xử lý còn qua quá trình xử lý trung gian, mặt khác nước thải còn được dùng trở lại để rửa màng MBR theo định kỳ. Hệ thống xử lý bùn: Phần dư bùn trong quá trình xử lý từ bể lắng được phân huỷ kỵ khí bởi vi sinh.  CÁC ĐIỂM CẦN CHÚ Ý KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ Tính khả thi của quy trình xử lý: tính khả thi của quy trình xử lý dựa trên kinh nghiệm, các số liệu, các ấn bản về các nghiên cứu trên mô hình và thực tế. Nếu đây là những quy trình hoàn toàn mới hoặc có các yếu tố bất thường, các nghiên cứu trên mô hình là rất cần thiết. Nằm trong khoảng lưu lượng có thể áp dụng được: Ví dụ như các hồ ổn định nước thải không thích hợp cho việc xử lý nước thải có lưu lượng lớn. Có khả năng chịu được sự biến động của lưu lượng: nếu sự biến động này quá lớn, phải sử dụng bể điều lưu. Đặc tính của nước thải cần xử lý: để quyết định quy trình xử lý hóa học hay sinh học. Các chất có trong nước thải gây ức chế: cho quá trình xử lý và không bị phân hủy bởi quá trình xử lý. Các giới hạn do điều kiện khí hậu: nhất là nhiệt độ vì nó ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của các quá trình hóa học và sinh học. Hiệu quả của hệ thống xử lý: thường được chỉ thị bằng tính chất của nước thải đầu ra. Các chất tạo ra sau quá trình xử lý như bùn, chất rắn, nước và khí đều phải được ước tính về số lượng. Thông thường thì người ta dùng các mô hình để xác định phần này. Xử lý bùn: việc chọn quy trình xử lý bùn nên cùng lúc với việc lựa chọn quy trình xử lý nước thải để tránh các khó khăn có thể xảy ra sau này đối với việc xử lý bùn. Các giới hạn về môi trường: hướng gió thịnh trong năm, gần khu dân cư, xếp loại nguồn nước... có thể là các yếu tố giới hạn cho việc lựa chọn hệ thống xử lý. Các hóa chất cần sử dụng: nguồn và số lượng, các yếu tố làm ảnh hưởng đến việc tăng lượng hóa chất sử dụng và giá xử lý. Năng lượng sử dụng: nguồn và ảnh hưởng của nó đến giá xử lý. Nhân lực: kể cả công nhân và cán bộ kỹ thuật. Cần phải tập huấn đến mức độ nào. Vận hành và bảo trì: cần phải cung cấp các điều kiện, phụ tùng đặc biệt nào cho quá trình vận hành và bảo trì. Độ tin cậy của hệ thống xử lý: bao gồm cả trường hợp chạy quá tải hay dưới tải. Độ phức tạp của hệ thống xử lý. Tính tương thích với các hệ thống và thiết bị có sẵn. Diện tích đất cần sử dụng, kể cả khu vực đệm cho hệ thống xử lý. Chi phí đầu tư, vận hành và bảo dưỡng hệ thống.