Tài liệu Tiểu luận hồ hiếu khí

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................................... 3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. 4 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ............................................................................................... 5 1. Mục tiêu.......................................................................................................................... 5 2. Nội dung và phương pháp thực hiện ........................................................................... 4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................................. 6 1.1. Hồ ổn định nước thải ................................................................................................. 6 1.1.1. Nguyên tắc hoạt động.............................................................................................. 7 1.1.2. Thuận lợi và khó khăn ............................................................................................ 7 1.2. Hồ sinh học hiếu khí ................................................................................................... 9 1.3. Cơ sở xây dựng ........................................................................................................... 12 CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI............................................................................................... 13 2.1. Hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên .............................................................................. 13 2.2. Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo ............................................................................. 14 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ................................................................... 17 3.1. Thiết kế ........................................................................................................................ 18 3.1.1. Hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên ........................................................................... 18 3.1.2. Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo .......................................................................... 19 3.2. Tính toán ..................................................................................................................... 20 3.2.1.Sự sản xuất oxy và các tế bào tảo............................................................................ 21 3.2.2.Oxy được cung cấp bằng máy sục khí cơ học ........................................................ 21 3.2.3. Nhu cầu oxy trong hệ thống hiếu khí với sự pha trộn hoàn toàn ....................... 23 3.2.4. Khả năng khử BOD5 ............................................................................................... 23 1 3.2.5. Loại bỏ các tác nhân gây bệnh ( faecal coliform) ................................................. 24 3.2.6. Lượng oxy cần thiết kế xử lý nước thải bằng pp sinh học .................................. 25 3.2.7. Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế ........................................................ 26 3.2.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ ......................................................................................... 26 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ............................................................................................... 27 4.1. Xử lý nước thải chế biến khoai mỳ ........................................................................... 27 4.2. Xử lý nước thải trang trại chăn nuôi heo ................................................................. 29 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG ............................................................................................... 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 35 2 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: nguyên tắc hoạt động của hồ ổn định nước thải Hình 2: ba loại hồ ổn định nước thải Hình 3: hồ sinh học hiếu khí Hình 4: quá trình xảy ra trong hồ hiếu khí Hình 5: mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn Hình 6: hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên Hình 7: hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo Hình 8: hồ sục khí bằng máy khuấy Hình 9: xây dựng các hồ hiếu khí Hình 10: hai loại hồ sục khí Hình 11: sơ đồ quá trình xử lý nước thải trang trại chăn nuôi heo 3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD5: nhu cầu oxy sinh hóa DO: oxy hòa tan COD: nhu cầu oxy hóa học TSS: tổng chất rắn lơ lửng FC: feacal coliform WSPs: hồ ổn định nước thải 4 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 1. Mục tiêu. Bài báo cáo này sẽ đi sâu tim hiểu về xử lý nước thải bằng hồ sinh học hiếu khí. Hồ hiếu khí làm sạch nước bằng quá trình oxi hóa nhờ các vi sinh vật hiếu khí và hô hấp tùy tiện trong nước. 2. Nội dung và phương pháp thực hiên.  Nội dung Để đạt được mục tiêu như trên, những nội dung cần thực hiện bao gồm: Thu thập thông tin về xử lý chất thải thông qua việc dịch và tham khảo tài liệu từ các bài báo, chuyên đề, nghiên cứu về hồ hiếu khí. Tìm các bài báo tiếng Anh về nội dung liên quan đến xử lý hiếu khí. Dựa vào đặc điểm của loại hồ hiếu khí để lập nên dàn ý chi tiết. Tham khảo - Thu thập tài liệu về thiết kế và tính toán các chỉ số trong xử lí chất thải. Tìm hiểu ứng dụng cụ thể của hồ hiếu khí trong thực tiễn. Viết báo cáo chuyên đề, tổng hợp những thông tin tài liệu tìm được. Xem xét chỉnh sửa và hoàn thành chuyên đề.  Phương pháp thực hiện Để hoàn thành chuyên đề này, nhóm chúng tôi đã vận dụng nhiều phương pháp như sau: Phương pháp thu thập thông tin. Phương pháp xử lý – tổng hợp thông tin. Phương pháp tham khảo ý kiến Giảng viên 5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Hồ ổn định nước thải Hồ ổn định nước thải (WSPs) là một hồ lớn, lưu vực nông, trong đó nước thải thô được xử lý hoàn toàn bởi các quá trình tự nhiên liên quan đến tảo và vi khuẩn. Vi khuẩn phân loại và oxy hóa các thành phần nước thải và làm cho nó vô hại và không mùi. Tảo sử dụng carbon dioxide và các chất khác từ hoạt động của vi khuẩn và thông qua quá trình quang hợp tạo ra oxy cần thiết để duy trì các vi khuẩn trong quá trình xử lý. Trong thời gian giữ nước, các đặc điểm xấu của nước thải phần lớn biến mất. Chúng được sử dụng cho xử lý nước thải ở vùng khí hậu ôn đới và nhiệt đới, và đại diện cho một trong những phương pháp có lợi nhất, đáng tin cậy và dễ dàng vận hành để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Hồ ổn định nước thải rất hiệu quả trong việc loại bỏ các vi khuẩn faecal coliform. Năng lượng ánh sáng mặt trời là yêu cầu duy nhất cho hoạt động của nó. Hơn nữa, nó đòi hỏi sự giám sát tối thiểu cho hoạt động hàng ngày, đơn giản bằng cách làm sạch đầu vào và đầu ra của hệ thống. Nhiệt độ và thời gian của ánh sáng mặt trời ở các nước nhiệt đới tạo cơ hội tuyệt vời cho hiệu suất cao và sự thực hiện thỏa đáng các loại hệ thống xử lý nước thải. Chúng rất phù hợp cho các nước nhiệt đới có thu nhập thấp, nơi xử lý nước thải thông thường không thể thực hiện được do thiếu một nguồn năng lượng đáng tin cậy. Hơn nữa, lợi thế của các hệ thống này, về loại bỏ các tác nhân gây bệnh, là một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng nó Thuật ngữ hồ ổn định nước thải được sử dụng để mô tả bất kỳ hồ, hoặc hệ thống hồ được thiết kế để xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dưa vào quá trình tự làm sạch của hồ. Có nhiều cách khác nhau để phân loại hồ ổn định nước thải. Các căn cứ để phân loại là loại nước thải, phương pháp quản lý dòng chảy nước thải, phương pháp sự oxy hóa, và loại hoạt động sinh học. Hệ thống phân loại cuối cùng này là tốt nhất vì nó mô tả các tính năng nổi trội, tức là, các loại hoạt động sinh học xảy ra trong một cái hồ. Tuy nhiên; để mô tả đầy đủ các loại hồ khác nhau của, phương pháp quản lý dòng chảy nước thải cũng cần lưu ý. Hồ ổn định nước thải kỵ khí có bản chất là phân hủy mà không đòi hỏi lượng oxy hòa tan, vì vi khuẩn kỵ khí phân hủy các chất thải hữu cơ phức tạp. Hồ ổn định chất thải hiếu khí là hồ mà trong đó vi khuẩn hiếu khí phá vỡ các chất thải và các loại tảo, thông qua quá trình quang hợp, cung cấp đủ oxy để duy trì một môi trường hiếu khí. Hồ ổn định chất thải tuỳ tiện là hồ mà trong đó có khu vực phía trên là hiếu khí (duy trì bởi tảo) và một khu vực kỵ khí thấp hơn. 6 Hồ ổn định nước thải có thể được thiết kế để hoạt động đơn lẻ, liên tiếp, hoặc song song. Về bản chất, hồ kỵ khí và hồ tuỳ tiện được thiết kế để loại bỏ BOD, và hồ hiếu khí để loại bỏ tác nhân gây bệnh, mặc dù một số BOD cũng có thể được loại bỏ trong các hồ hiếu khí và một số tác nhân gây bệnh được loại bỏ trong hồ kỵ khí và tuỳ tiện Hầu hết các hồ ổn định nước thải, như được sử dụng hiện tại, là đơn vị xử lý tuỳ tiện. Điều kiện hiếu khí được duy trì gần bề mặt và đôi khi xuyên qua hầu hết các độ sâu của hồ. Tuy nhiên, môi trường kỵ khí vẫn còn gần dưới đáy, ở đó sẽ luôn có một số vụn Ngoài việc xử lý nước thải hồ ổn định nước thải còn được dùng để: nuôi trồng thủy sản; cung cấp nước tưới cho nông nghiệp; điều hòa dòng chảy hữu cơ cần được xử lý. 1.1.1. Nguyên tắc hoạt động của hồ ổn định nước thải Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 6℃. Hình 1: nguyên tắc hoạt động của hồ ổn định nước thải 1.1.2. Những thuận lợi và khó khăn của hồ ổn định nước thải 7 Thuận lợi Thiết kế và xây dựng đơn giản Sự sản xuất ra bùn cặn sinh học thấp Vốn chi phí vận hành và bảo trì thấp Hiệu quả xử lý cao nếu được thiết kế đúng Tương đối đáng tin cậy Ít nhạy cảm với sự thay đổi tải trọng Khó khăn Đòi hỏi diện tích rộng Sự tích tụ bùn sẽ cao hơn trong khí hậu lạnh do hoạt động của vi sinh vật giảm Muỗi và các loài côn trùng khác có thể sản sinh nếu thảm thực vật không được kiểm tra Nếu không được thiết kế đúng cách có thể sinh ra mùi hôi Khó dự đoán hoặc kiểm soát nồng độ amoniac trong nước thải 8 Hình 2: Ba loại hồ ổn định nước thải 1.2. Hồ sinh học hiếu khí. Hồ hiếu khí là loại hồ nông 0.3 – 0.5m có quá trình oxi hóa các chất hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Loại hồ này gồm có: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. Chức năng chính của họ là để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh ra ngoài. Mặc dù hồ hiếu khí chỉ loại bỏ BOD ở một mức độ nhỏ, nhưng đóng góp của chúng để loại bỏ các chất dinh dưỡng cũng có thể cho là đáng kể. Hồ hiếu khí thường xuất hiện sự phân tầng sinh học và hóa lý ít hơn, và đều được oxy hóa suốt cả ngày. Số lượng của tảo trong hồ hiếu khí là đa dạng hơn nhiều so với hồ tuỳ tiện, với những loài không di động dể dàng có khuynh hướng phổ biến hơn. Sự đa dạng tảo thường tăng từ ao này đến ao kia dọc theo hàng loạt (Mara, 1989). 9 Harewood Whin, England Summerston, Scotland Hình 3: Hồ sinh học hiếu khí Hệ thống hồ này được thiết kế với nhiều mục tiêu khác nhau, bao gồm cả việc chuyển hóa các vật liệu hữu cơ đã bị vi khuẩn làm cho thối rữa thông qua việc chuyển đổi thành sinh khối, sự ổn định của vật chất hữu cơ (bao gồm cả sinh khối tổng hợp) thông qua sự phân hủy hiếu khí và sự chuyển hóa của sinh khối tổng hợp do lắng đọng tự nhiên Xử lý chất thải ao ổn định là hệ thống xử lý sinh học, mà các quá trình và các hoạt động phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường như nhiệt độ, tốc độ gió và cường độ ánh sáng rất khác nhau và kết hợp được các thông số môi trường thường là duy nhất cho một vị trí nhất định (Gray, 2004 ). Nhu cầu oxi cho quá trình oxi hóa được đáp ứng nhờ khuếch tán bề mặt hoặc làm thoáng nhân tạo. Ở hồ làm thoáng tự nhiên, oxi không khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm cho tảo phát triển tiến hành thải ra oxi. Để đảm bảo ánh sáng qua nước, chiều sâu của lớp nước phải nhỏ, thường là 30 – 40cm, do chiều sâu nhỏ nên thường thì diện tích lớn.Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày. Ở hồ làm thoáng nhân tạo nguồn cung cấp oxi cho vi sinh vật hiếu khí là các thiết bị khuấy trộn cơ học hoặc nén khí. Nhờ vậy, mức độ hiếu khí trong hồ thường mạnh hơn, đều hơn và độ sâu của hồ cũng lớn hơn (2 – 4,5m). Thời gian lưu nước trong hồ khoảngr 1- 3 ngày. Quá trình xử lý hiếu khí cơ bản liên quan đến việc cung cấp một môi trường giàu oxy thích hợp cho sinh vật có thể làm giảm phần hữu cơ của chất thải vào khí carbon dioxide và nước trong sự hiện diện của oxy. Với sự phát triển ngày càng tăng của đất đai, cả hai, hệ thống thoát nước trung tâm lớn ở nông thôn ngoại thành và đã không 10 phải luôn luôn hiệu quả chi phí hoặc có sẵn. Nhiều chủ nhà vẫn dựa vào bể tự hoại cá nhân hay các hệ thống khác để điều trị và xử lý nước thải hộ gia đình tại chỗ. Trong lịch sử, xử lý hiếu khí là không khả thi ở quy mô nhỏ, và bể tự hoại là thiết bị điều trị chủ yếu, nhưng những tiến bộ công nghệ gần đây làm cho hệ thống xử lý hiếu khí cá nhân hiệu quả và giá cả phải chăng. Hệ thống hiếu khí cũng tương tự như hệ thống tự hoại trong đó cả hai đều sử dụng quá trình tự nhiên để xử lý nước thải. Nhưng không giống như nhiễm trùng (kỵ khí) điều trị, quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi phải có oxy. Đơn vị xử lý hiếu khí, do đó, sử dụng một cơ chế để tiêm và lưu thông không khí bên trong các bể xử lý. Bởi vì hệ thống hiếu khí sử dụng một quá trình tỷ lệ cao hơn, họ có thể đạt được chất lượng nước thải vượt trội. Nước thải có thể được thải ra dưới bề mặt như trong một lĩnh vực bể tự hoại ngấm hoặc, trong một số trường hợp, thải trực tiếp lên bề mặt. Các quá trình xảy ra trong hồ sinh học hiếu khí  Tầng mặt : sản xuất bậc 1 Phản ứng quang hợp: CO2 + H2O → (CH2O)n + O2 Hô hấp: (CH2O)n + O2 → CO2 + H2O + ∆H sản xuất bậc 2: Phytoplankton → zooplankton (grazing)  Tầng dưới : Quá trình oxy hóa chất hữu cơ (CHC) và Nitrat hóa CHC (vsv)→ CO2 + H2O Nhữu cơ →NH3 → NO-3 Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành: • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất. • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định 11 Hình 4: quá trình xảy ra trong hồ hiếu khí 1.3. Cơ sở xây dựng Ao hồ sinh học là một phương pháp đơn giản nhất và đã được xây dựng từ xa xưa. Phương pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản mà hiệu quả cũng khá cao. Cơ sở của phương pháp xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên là dựa vào hoạt động sống của hệ vi sinh vật có trong đất, nước mặt để chuyển hóa các hợp chất ô nhiễm. Dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là các VSV và các thủy sinh khác. Các chất bẩn được phân hủy thành các khí và nước. Theo độ sâu của ao hồ thì lượng oxi đi vào trong nước giảm và DO sấp xỉ 0 ở vùng đáy. Do đó trong ao hồ gồm cả 3 quá trình là hiếu khí, tùy tiện và yếm khí. Xử lý nước thải trong hồ sinh học thực chất là quá trình xử lý này xử dụng khu hệ vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, nguyên sinh vật… ) tự nhiên có trong nước mặt để làm sạch nước. Hồ sinh học là dạng xử lý trong điều kiện tự nhiên được áp dụng rộng rãi hơn cả vì có những ưu điểm như: tạo dòng nước tưới tiêu và điều hòa dòng thải, điều hòa vi khí hậu trong khu vực, không yêu cầu vốn đầu tư, bảo trì, vận hành và quản lý đơn 12 giản, hiệu quả xử lý cao. Tuy nhiên, nhược điểm của hồ sinh học là yêu cầu diện tích lớn và khó điều khiển được quá trình xử lý, nước hồ thường có mùi khó chịu đối với khu vực xung quanh. Hình 5: Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI Một hồ ổn định hiếu khí có chứa vi khuẩn và tảo ở trạng thái lơ lửng; điều kiện hiếu khí (sự hiện diện của oxy hòa tan) chiếm ưu thế trong suốt chiều sâu của nó. Có hai loại ao hiếu khí: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. 2.1. Hồ làm thoáng tự nhiên Hồ làm thoáng tự nhiên có được lượng oxy hòa tan thông qua hai hiện tượng: trao đổi oxy giữa không khí và mặt nước và oxy được sản xuất bởi sự quang hợp của tảo. Để đảm bảo cho ánh sáng qua nước, chiều sâu của hồ phải nhỏ, thường là 30 – 40 cm. Do chiều sâu như vậy diện tích của hồ càng lớn càng tốt. Tải trọng BOD của hồ khoảng 250 – 300kg/ha.ngày. Thời gian lưu của nước từ 3 -12 ngày. Do ao nông, diện tích lớn đảm bảo điều kiện hiếu khí cho toàn bộ nước trong ao (từ mặt thoáng đến đáy). Mặc dù hiệu quả của việc loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa hòa tan có thể cao tới 95%, nhưng nước thải hồ sẽ chứa một lượng lớn các loại tảo chúng sẽ đóng góp vào việc đo tổng nhu cầu oxy sinh hóa của nước thải. Để đạt được loại bỏ cả hai nhu cầu oxy sinh hóa hòa tan và không hòa tan, các tảo lơ lửng và vi sinh vật phải được tách ra từ nước thải hồ 13 Hình 6: hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên 2.2. Hồ làm thoáng nhân tạo Hồ làm thoáng nhân tạo cũng tương tự như hồ oxy hóa nông ngoại trừ việc nó là sâu hơn và các thiết bị sục khí cơ khí được sử dụng để chuyển oxy vào nước thải. Các thiết bị sục khí cũng kết hợp nước thải và vi khuẩn. Nhờ vậy mức độ hiếu khí trong hồ sẽ mạnh hơn, đều hơn và độ sâu của hồ cũng lớn hơn (2 - 4.5m). Tải trọng BOD của hồ khoảng 400kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1 – 3 ngày có khi dài hơn. Ưu điểm chính của hồ làm thoáng nhân tạo là đòi hỏi phải có diện tích nhỏ hơn hồ làm thoáng nhân tạo. Điểm bất lợi là các thiết bị thông khí cơ khí đòi hỏi phải bảo trì và sử dụng năng lượng. Hồ làm thoáng nhân tạo có thể được phân nhiều loại như hoặc là hệ thống trộn hoàn toàn trộn hoặc hệ thống trộn một phần. Một hồ khuấy trộn hoàn toàn có đủ năng lượng trộn (mã lực) đầu vào để giữ cho tất cả khối vi khuẩn trong hồ ở trạng thái lơ lửng. Mặt khác, hồ khuấy trộn một phần có chứa một số lượng nhỏ hơn của mã lực mà chỉ là đủ để cung cấp oxy cần thiết để oxy hóa nhu cầu oxy sinh hóa đi vào hồ 14 Hình 7: hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo Quá trình xử lý nước thải trong hồ hiếu khí nhân tạo về cơ bản giống quá trình trong aeroten chỉ khác ở 2 điểm:  Không dung bùn hoạt tính hồi lưu từ lắng 2. Vì vậy nồng độ bùn trong hồ rất nhỏ. Có thể coi phản ứng xảy ra là phản ứng bậc 1 trong điều kiện khuấy trộn hoàn chỉnh.  Tuổi của bùn θc tính bằng thời gian lưu nước trong hồ t = V/Q. Thời gian lưu gần đúng dựa trên áp dụng môđen của Monod cho hồ khuấy trộn hoàn toàn Trong một hoặc 2 thập kỷ qua , hồ đã trở nên rất phổ biến với rất nhiều nhiều người, và với điều đó, vì có nhu cầu mới, kỹ thuật thân thiện với môi trường để duy trì và trẻ hóa các hồ. Xem xét các chi phí xây dựng một hồ, nó có ý nghĩa kinh tế tốt để kéo dài tuổi thọ của hồ. Một trong những cách đơn giản nhất và kinh tế nhất để làm điều này là sử dụng khí. Sục khí là quá trình thêm oxy cho nước. Duy trì mức độ lành mạnh của oxy hòa tan (DO), một trong những phần lớn, nếu không phải là thông số chất lượng nước quan trọng nhất, trong ao trợ của bạn trong sự phân hủy của thực vật mục nát và các nguồn khác của chất dinh dưỡng thâm nhập vào hồ của bạn. Phân tích này được thực hiện bởi các vi sinh vật tại nước / tiếp xúc với đất và tiếp tục tiến hành một vài cm sâu trong đất. Phân hủy này có thể được thực hiện theo hai cách, hiếu khí và / hoặc kỵ khí. Phân hủy hiếu khí đòi hỏi phải có một nguồn cung cấp liên tục của oxy và thu nhanh hơn là nồng độ oxy hòa tan gần mức bão hòa. Tỷ lệ suy giảm chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí không phải là nhanh chóng như trong điều kiện hiếu khí và các sản phẩm cuối cùng là 15 các hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như rượu và axit hữu cơ có mùi hôi (mùi bùn). Nói cách khác, sự phân hủy chậm hơn và ít hơn trong môi trường yếm khí hoàn chỉnh hơn trong môi trường sống hiếu khí mà sản phẩm cuối cùng chính là phân hủy carbon dioxide. Vì vậy, những gì chúng ta có thể học hỏi là, sự phân hủy nhiều hơn chúng ta có thể tạo điều kiện, thông qua việc bổ sung oxy có sục khí, các chất dinh dưỡng ít hơn sẽ có sẵn cho tảo nở hoa và phát triển nhà máy thủy sản quá mức Nguồn cung cấp thiên nhiên, vào những thời điểm, đủ lượng thông khí và oxy hòa tan thông qua gió, mưa, bắn tung tóe nước từ một dòng suối đến hoặc thác nước, và quang hợp thực hiện bởi thảm thực vật thủy sinh trong hồ. Tuy nhiên, như các chất dinh dưỡng được bổ sung vào hồ hoặc cơ thể của nước từ các nguồn như dòng chảy, bụi từ các địa điểm xây dựng, cỏ xén, và lá cây gần đó, nhu cầu oxy tăng lên. Khi chúng ta tin rằng thực tế là nước mùa hè ấm áp nắm giữ ít oxy hòa tan, và nhu cầu vềoxy tăng trong thời gian này, sẽ làm cho chết cá, tảo nở hoa, mùi hôi, và xây dựng của các thảm thực vật trì trệ. Sục khí có thể giúp mẹ thiên nhiên theo kịp với nhu cầu oxy hòa tan và kéo dài tuổi thọ của hồ. Sục khí làm tăng mức độ oxy hòa tan nên quá trình sinh học bình thường trong một hệ thống ao có thể trở nên cân bằng. Nó cũng giúp để di chuyển nước trong khu vực lưu hành thấp (mà nếu không có thể xây dựng mức độ không mong muốn của các loại tảo), và tạo điều kiện trộn khắp ao nếu xử lý hóa học là cần thiết. Trong ngắn hạn, thông khí cung cấp một cách để giúp làm sạch ao tù đọng và cải thiện chất lượng nước cho mục đích tưới tiêu 16 Hình 8: hồ sục khí bằng máy khuấy CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 3.1. Thiết kế Hồ ổn định chất thải hiếu khí tốc độ cao vẫn còn đang trong giai đoạn thử nghiệm của sự phát triển. Mục đích của các hồ này là để chuyển đổi càng nhiều carbon dioxide vào vật liệu tế bào tảo càng tốt. Theo cách này sự sản xuất protein và oxy tối đa có thể được duy trì. Thiết kế hồ như vậy là dựa trên tỷ số của diện tích và thể tích, và dưới những điều kiện thuận lợi một số lượng lớn tảo có thể được phát triển. Tải trọng hữu cơ trong hồ liên tục hỗn hợp có thể được vượt quá 56 g BOD5/m2 mỗi ngày. Tuy nhiên, một phạm vi có thể có của giá trị là 10 - 35g BODu/m2 mỗi ngày, với hiệu quả loại bỏ khoảng 70%. Nếu hồ hiếu khí được thiết kế để tạo ra oxy với số lượng vượt quá chất chảy BOD, hàm lượng phải được trộn trong khoảng 3 giờ mỗi ngày để giữ bùn không thay đổi trong điều kiện hiếu khí (Oswald và cộng sự, 1957). Trộn với vận tốc khoảng 50 cm mỗi giây mang lại một nguồn cung cấp bổ sung chất dinh dưỡng cho bề mặt, nơi chúng có thể được sử dụng hiệu quả nhất với ánh sáng có sẵn. Nó là điều cần thiết với những hồ hớt và tách tảo từ nước thải, mặt khác tải trọng hữu cơ được cung cấp đến dòng chảy của các tế bào tảo có thể là vấn đề hiện tại. Người ta chỉ xử lý các hồ này nước đã được lắng để tránh sự lắng cặn. Độ sâu của các hồ này không quá 60cm để ánh sáng có thể xuyên qua đến đáy bể. 17 Người ta tránh sự tăng trưởng của các thực vật thủy sinh bằng cách phủ bờ dốc bằng tấm nilon mỏng hoặc dải đất các tấm bê tong. Cũng có thể chấp nhận các thực vật thủy sinh ( ví dụ như cây sậy) không được trồng nếu độ sâu của nước lớn hơn 50cm. Phủ bờ cũng quan trọng để tránh bị lở do tác động của sóng. Các hồ phải không bị thấm để tránh ô nhiễm nước ngầm và xói mòn do thấm. Người ta có thể hoặc sử dụng một lớp vải lót hoặc làm một lớp đất sét khoảng 30cm dưới đáy hồ. Tiết diện một hồ kiểu như vậy được chỉ ra ở hình dưới: Hình 9: xây dựng các hồ hiếu khí Bờ phải được xây dựng cho phép người bảo dưỡng và các thiết bị qua lại được để thu các chất rắn tích tụ dưới đáy bể. Độ dốc của bờ được xác định theo vật liệu xây dựng và có thể thay đổi từ 30o đến 60o theo phương ngang. Nước đã qua xử lý trong hồ hiếu khí có nhiều rong tảo mà nó đã làm trong nước. Nước sẽ được trả lại môi trường nếu tiêu chuẩn hiện hành cho phép không phải loại bỏ rong tảo. Quy trình hay sử dung nhất là cho nước qua một thiết bị lọc lưới. Rong tảo bị giữ lại có thể được phơi khô và dùng trong việc cấy trồng. 3.1.1 Hồ làm thoáng tự nhiên Hồ làm thoáng tự nhiên được giới hạn ở độ sâu từ 6 đến 18 inches vì vậy ánh sáng có thể lọt vào hồ để cho phép tảo phát triển khắp hồ. Đây là loại hồ sản xuất một lượng 18 lớn tảo cái mà phải được tách ra khỏi nước thải để sự hạn chế nhu cầu oxy sinh hóa và chất rắn lơ lửng trong nước thải có thể được đáp ứng. Sự tách biệt thường được thực hiện bằng cách lọc. Các yêu cầu về xây dựng là loại hồ đòi hỏi một số lượng rất lớn đất. Sự đòi hỏi đất và sự cần thiết phải có bể lọc tảo là nhược điểm đáng kể mà ao hiếu khí làm thoáng tự nhiên không được khuyến khích 3.1.2. Hồ làm thoáng nhân tạo Trong thực tế, xây ngăn hồ sục khí với trang bị bộ sục khí hợp lý sẽ cho hiệu quả xử lý cao. Ngược lại sự phân tán bông kết của bùn hoạt tính thấp (độ tuổi bùn hoạt tính nhỏ, mức độ ổn định bị hạn chế) cũng như sự phát triển của tảo làm cản trở sự phân tán các chất lơ lửng. Do vậy, khi xử lý nước thải đô thị, nồng độ các chất huyền phù dao động trong khoảng 50 – 20mg/l. Sau hồ sục khí nên xây dựng một bể lắng (lắng 2) sẽ giảm được chỉ số này. Thời gian lưu nước ở hồ sục khí là 10 ngày, trong điều kiện khí hậu ôn hòa giảm BOD được 80 – 90%, nếu ở nhiệt độ cao hơn sẽ rút ngắn được thời gian. Hiệu quả khử vi khuẩn phụ thuộc vào thời gian lưu nước ở trong hồ. Về mặt này hồ có sục khí không bằng các ao hồ tự nhiên khác. Chính vì vậy các ao hồ tự nhiên còn có tên là ao hồ ổn định. Bể lắng 2 ở đây có thể làm bằng đất, sâu từ 1 – 2m, nền đất nện hoặc đáy lót đá hoặc tấm bê tông, nếu nền đất yếu, có hiên tượng xói lở. Không nên để nước trong bể lắng quá 2 ngày để tránh rong tảo phát triển. Hồ làm thoáng nhân tạo khuấy trộn hoàn toàn: được thiết kế và hoạt động như dòng chảy qua hồ có hoặc không có tuần hoàn chất rắn. Hầu hết các hệ thống đang hoạt động mà không có tuần hoàn chất rắn; Tuy nhiên, nhiều hệ thống được xây dựng với các tùy chọn để tuần hoàn nước thải và chất rắn. Mặc dù sự lựa chọn tuần hoàn có thể không được thực hiện, nhưng điều mong muốn là bao gồm nó trong thiết kế để cung cấp sự linh hoạt trong hoạt động của hệ thống. Nếu các chất rắn được trả lại hồ, quá trình này sẽ trở thành quá trình thay đổi bùn hoạt tính. Chất rắn trong hồ làm thoáng nhân tạo trộn hoàn toàn được giữ lơ lửng ở tất cả các lần. Nước thải từ bể hiếu khí sẽ chứa từ một phần ba đến một nửa nồng độ của các nhu cầu oxy sinh hóa chảy đến trong các hình dạng của các chất rắn. Những chất rắn phải được loại bỏ bằng cách lắng trước khi xả nước thải. Lắng là một phần không thể tách rời của hệ thống hồ làm thoáng nhân tạo. Hoặc là một bể lắng hoặc một phần đứng yên của một trong những tế bào được ngăn cách bởi vách ngăn dòng chảy để loại bỏ các chất rắn. Bảy yếu tố được xem xét trong việc thiết kế một hồ làm thoáng nhân tạo 19 - Loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa - Đặc điểm nước thải - Yêu cầu oxy - Yêu cầu khuấy trộn - Ảnh hưởng nhiệt độ - Sự tách chất rắn - Thời gian lưu thủy lực. Loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa và các đặc điểm nước thải thường được ước tính sử dụng mô hình trộn thủy lực hoàn toàn và phản ứng động lực học cấp 1. Các mô hình trộn thủy lực hoàn toàn và phản ứng động lực học cấp 1 sẽ được sử dụng phương tiện xử lý nước thải bởi các nhà thiết kế của quân đội Mỹ. Nhu cầu oxy sẽ được ước tính bằng cách sử dụng phương trình dựa trên sự cân bằng khối lượng. Tuy nhiên, trong một hệ thống khuấy trộn hoàn toàn, năng lượng đầu vào cần thiết để giữ cho các chất rắn lơ lửng là lớn hơn nhiều so với yêu cầu để chuyển oxy đầy đủ. Hiệu ứng nhiệt độ được đưa vào phương trình loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa. Loại bỏ các chất rắn sẽ được thực hiện bằng cách lắp đặt một hồ lắng. Hồ làm thoáng nhân tạo khuấy trộn một phần: Trong hệ thống hồ làm thoáng nhân tạo khuấy trộn một phần, không giữ được tất cả các chất rắn trong hồ làm thoáng nhân tạo ở trạng thái lơ lửng. Sự sục khí chỉ để cung cấp chuyển oxy thích hợp để oxy hóa các nhu cầu oxy sinh hóa đưa vào hồ. Có thể thấy được một vài sự khuấy trộn xảy ra và giữ phần của chất rắn ở trạng thái lơ lửng; tuy nhiên, trong hệ thống hồ nhân tạo khuấy trôn một phần, sự phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ lắng dưới đáy xảy ra. Hệ thống này thường được gọi là một hệ thống hồ sục khí tuỳ tiện. Ngoài sự khác biệt trong việc yêu cầu quá trình khuấy trộn, các yếu tố còn lại tương tự như hệ thống hồ làm thoáng nhân tạo khuấy trộn hoàn toàn được áp dụng để thiết kế hệ thống hồ làm thoáng nhân tạo khuấy trộn một phần, nghĩa là loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa, đặc điểm nước thải, nhu cầu oxy, ảnh hưởng nhiệt độ và sự tách chất rắn. Loại bỏ nhu cầu oxy sinh hóa thường được ước tính bằng cách sử dụng mô hình thủy lực trộn hoàn toàn, và phản ứng động lực học cấp một. Sự khác biệt duy nhất trong việc áp dụng mô hình hệ thống khuấy trộn một phần này là việc lựa chọn hệ số tốc độ phản ứng đối với các hệ thống khuấy trộn một phần 3.2. Tính toán 20