Khóa luận Thiết kế bãi lọc trồng cây dõng chảy ngang xử lý nước thải sinh hoạt - Tô Thị Lan PHương

58 trang huongle 920

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế bãi lọc trồng cây dõng chảy ngang xử lý nước thải sinh hoạt - Tô Thị Lan PHương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khoa_luan_thiet_ke_bai_loc_trong_cay_dong_chay_ngang_xu_ly_n.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế bãi lọc trồng cây dõng chảy ngang xử lý nước thải sinh hoạt - Tô Thị Lan PHương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001 : 2008 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƢỜNG Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Tơ Thị Lan Phƣơng Sinh viên : Nguyễn Quốc Pháp HẢI PHÕNG - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG THIẾT KẾ BÃI LỌC TRỒNG CÂY DÕNG CHẢY NGANG XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƢỜNG Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Tơ Thị Lan Phƣơng Sinh viên : Nguyễn Quốc Pháp HẢI PHÕNG – 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Quốc Pháp Mã SV: 1112301028 Lớp: MT1501 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Tên đề tài: Thiết kế bãi lọc trồng cây dịng chảy ngay xử lý nước thải sinh hoạt
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính tốn và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Tơ Thị Lan Phương Học hàm, học vị: Thạc sĩ Cơ quan cơng tác: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng Nội dung hướng dẫn: Tồn bộ khĩa luận Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan cơng tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp được giao ngày .tháng .năm 2015 Yêu cầu phải hồn thành xong trước ngày tháng . năm 2015 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Nguyễn Quốc Pháp ThS. Tơ Thị Lan Phương Hải Phịng, ngày tháng năm 2015 Hiệu trƣởng GS.TS.NSƢT Trần Hữu Nghị
PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: . 2. Đánh giá chất lƣợng của khĩa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phịng, ngày tháng năm 2015 Cán bộ hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương MỤC LỤC CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 1.1. Cơ sở hình thành đề tài 1 1.2. Mục tiêu đề tài 1 1.3. Nội dung đề tài 1 1.4. Phương pháp nghiên cứu đề tài 2 1.4.1 Phương pháp phân loại và hệ thống hĩa lý thuyết 2 1.4.2 Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu 2 1.4.3 Phương pháp so sánh 3 1.4.4 Phương pháp hệ thống 3 1.5. Phương hướng phát triển của đề tài 3 1.6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3 1.6.1 Ý nghĩa khoa học 3 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 4 CHƢƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SINH HOẠT VÀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ 5 2.1 Nguồn gốc và đặc tính nước thải sinh hoạt 5 2.2 Thành phần và tính chất nước thải 6 2.2.1 Thành phần nước thải 6 2.2.2 Tính Chất Nước Thải 8 2.3 Tổng quan phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 10 2.3.1 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 11 2.3.2 Phương pháp hĩa học 16 2.3.3 Phương pháp sinh học 19 2.4 Tìm hiểu vùng đất ngập nước trong xử lý nước thải 23 2.4.1 Cấu tạo vùng đất ngập nước 23 2.4.1.1 Bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang (Horizontal flow-HF) 24 2.4.1.2 Bãi lọc trồng cây dịng chảy đứng (Vertical flow-VF) 24 SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương 2.4.1.3 Kết hợp HF và VF 25 2.4.2 Cơ chế xử lý nước thải 26 CHƢƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30 3.1 Các thơng số nước thải 30 3.1.1 Nồng độ các chất trong nước thải 30 3.1.2 Yêu cầu nước thải đầu ra 30 3.1.3 Giá trị lưu lượng dùng để thiết kế 31 3.2 Đề xuất phương án xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang 31 3.3 Tính tốn thơng số hệ thống 33 3.3.1 Song chắn rác 33 3.3.2 Bể gom-điều hịa 33 3.3.3 Bể lọc kị khí 35 3.3.4 Bể làm thống 38 3.3.5 Bãi lọc trồng cây 40 3.3.6 Tính tốn chi phí (tham khảo giá xây dựng trên thị trường) 44 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn theo đầu người. 6 Bảng 2.2 Tải lượng ơ nhiễm từ nước thải sinh hoạt. 9 Bảng 2.3 Nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước thải sinh hoạt. 9 Bảng 2.4 Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt. 10 Bảng 2.5 chức năng các cơng trình, thiết bị trọng hệ thống xử lý nước thải. 15 Bảng 2.6 Qúa trình đơng tụ tủa bơng. 17 Bảng 2.7 ứng dụng quá trình xử lý hĩa học. 18 Bảng 2.8 Các quá trình sinh học trong xử lý nước thải. 20 Bảng 2.9 Cơ chế loại bỏ chất ơ nhiễm. 27 Bảng 3.1 Đặc trưng nước thải sinh hoạt cần xử lý. 30 Bảng 3.2 : thơng số nước thải đầu ra 31 Bảng 3.3 Giá trị tính tốn bể gom-điều hịa 34 Bảng 3.4 Giá trị tính tốn bể lọc kị khí 38 Bảng 3.5 Giá trị tính tốn bể sục khí 39 Bảng 3.6 : Giá trị tính tốn bãi lọc 44 SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Song chắn rác 12 Hình 2.2: Bể lắng cát ngang. 13 Hình 2.3 Bể lọc sinh học biofilter. 19 Hình 2.4: Mặt cắt ngang bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang. 24 Hình 2.5. Sơ đồ mặt cắt ngang của một bãi lọc dịng chảy đứng. 25 Hình 2.6. Cơ chế xử lý nước thải trong bãi lọc. 26 Hình 2.7: Qúa trình khuếch tán oxy qua rễ. 28 Hình 2.8 : Biến đổi nitơ trong một vùng đất ngập nước. 29 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang 32 Hình 3.2 Cách bố trí ống nước trong bể lọc kỵ khí. 37 SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý nghĩa chữ viết tắt chữ viết tắt 1 BOD5 Nhu cầu oxy sinh hĩa sau 5 ngày 2 BOD Nhu cầu oxy sinh hĩa 3 COD Nhu cầu oxy hĩa học 4 TSS Tổng hàm lượng các chất rắn lơ lửng 5 HF Bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang 6 VF Bãi lọc trồng cây dịng chảy đứng 7 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 8 TCXD Tiêu chuẩn xây dựng SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Cơ sở hình thành đề tài Ơ nhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt và sản xuất đang là vấn đề bức xúc hiện nay. Việc bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn nước để cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất, đáp ứng nhu cầu hiện tại và thỏa mãn nhu cầu tương lai đã và đang là bài tốn nan giải đối với Việt Nam nĩi riêng và cả thế giới nĩi chung. Đối với các thành phố lớn hiện nay,định hướng phát triển kinh tế sẽ tập trung mạnh vào các ngành dịch vụ như thương mại, tài chính, ngân hàng, du lịch, giao thơng vận tải, văn hĩa, y tế, đào tạo, cơng nhân kỹ thuật cao Dân số tăng lên kéo theo lượng lớn nước thải sinh hoạt xả thải ra mơi trường gây nên tình trạng “quá tải” cho hệ thống kênh thốt nước thải và các hồ điều hịa. Việc xử lý nước thải sinh hoạt của các cụm dân cư sẽ gĩp phần giảm tải áp lực cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt chung của thành phố, gĩp phần bảo vệ chất lượng nguồn nước cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất. Đây cũng chính là lý do đề tài “thiết kế bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang xử lý nƣớc thải sinh hoạt “ hình thành. 1.2. Mục tiêu đề tài Tính tốn thiết kế bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang xử lý nước thải sinh hoạt. 1.3. Nội dung đề tài Nội dung khĩa luận tập trung vào một số vấn đề sau : Tổng quan về nước thải sinh hoạt. Tìm hiểu một số phương pháp chính trong xử lý nước thải sinh hoạt. Tìm hiểu về bãi lọc trồng cây trong xử lý nước thải (vùng đất ngập nước). Thiết kế bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang và các cơng trình phụ trợ xử lý nước thải sinh hoạt. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 1
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Khĩa luận này tính tốn thiết kế dựa trên số liệu giả định của một khu dân cư với mức xả thải nhỏ và các thơng số ở mức độ trung bình của nước thải sinh hoạt, nhằm gĩp phần bảo vệ mơi trường và cĩ thể ứng dụng vào các khu dân cư nhỏ cĩ mức xả thải thấp được hình thành trong tương lai. 1.4.1 Phƣơng pháp phân loại và hệ thống hĩa lý thuyết Phương pháp phân loại lý thuyết: là phương pháp sắp xếp các tài liệu khoa học thành hệ thống logic chặt chẽ theo từng mặt,từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học cĩ cùng dấu hiệu bản chất, cĩ cùng hướng phát triển để dễ nhận biết, dễ sử dụng theo mục đích nghiên cứu, giúp phát hiện các quy luật phát triển của đối tượng, sự phát triển của kiến thức khoa học để từ đĩ dự đốn được các xu hướng phát triển mới của khoa học và thực tiễn. Phương pháp hệ thống hĩa lý thuyết: là phương pháp sắp xếp những thơng tin đa dạng thu thập được từ các nguồn, các tài liệu khác nhau thành một hệ thống với một kết cấu chặt chẽ (theo quan điểm hệ thống-cấu trúc của việc xây dựng một mơ hình lý thuyết trong nghiên cứu khoa học) để từ đĩ mà xây dựng một lý thuyết mới hồn chỉnh giúp hiểu biết đối tượng đầy đủ và sâu sắc hơn. Phân loại và hệ thống hĩa là hai phương pháp đi liền với nhau. Trong phân loại đã cĩ yếu tố hệ thống hĩa. Hệ thống hĩa phải dựa trên cơ sở phân loại và hệ thống hĩa làm cho phân loại được hợp lý và chính xác hơn. 1.4.2 Phƣơng pháp phân tích, tổng hợp tài liệu Phân tích tài liệu là phương pháp nghiên cứu văn bản, tài liệu bằng cách phân tích chúng thành từng mặt, từng bộ phận để hiểu vấn đề một cách đầy đủ và tồn diện, từ đĩ chọn lọc những thơng tin quan trọng cho đề tài nghiên cứu. Phương pháp tổng hợp là phương pháp liên kết từng mặt, từng bộ phận thơng tin, từ cái lý thuyết đã thu được để tạo ra một hệ thống lý thuyết mới đầy đủ và sâu sắc hơn về vấn đề nghiên cứu. Phân tích tài liệu đảm bảo cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thơng tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 2
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương 1.4.3 Phƣơng pháp so sánh Phương pháp so sánh là phương pháp xem xét các thơng số cần phân tích bằng cách dựa trên việc so sánh số liệu đo được với một quy chuẩn nhất định để từ đĩ xác định được các thơng số cần xem xét cĩ nằm trong giới hạn cho phép hay khơng. - So sánh kết quả tính tốn của cơng trình với TCVN 7957:2008 (Thốt nước-Mạng lưới và cơng trình bên ngồi-Tiêu chuẩn thiết kế), từ đĩ đánh giá được các thơng số thiết kế cĩ phù hợp khơng. - So sánh các chỉ tiêu nước thải đầu ra với QCVN 14:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt), từ đĩ cĩ thể xác định chất lượng nước thải đầu ra của cơng trình thiết kế. 1.4.4 Phƣơng pháp hệ thống Một số hệ thống là tập hợp các thành tố cĩ mối quan hệ tương tác với nhau. Sự thay đổi một thành tố sẽ dẫn đến sự thay đổi một thành tố khác, từ đĩ dẫn đến thay đổi một thành tố thứ 3 Bất cứ một tương tác nào trong hệ thống cũng cĩ tính nguyên nhân, vừa cĩ tính điều khiển. Rất nhiều tương tác cĩ thể liên kết với nhau thành một chuỗi tương tác nguyên nhân-kết quả. Hệ thống luơn cĩ sự học hỏi và rút kinh nghiệm liên tục trong quá trình phát triển. 1.5. Phƣơng hƣớng phát triển của đề tài Do kiến thức và thời gian cĩ hạn nên khĩa luận chỉ tính tốn thiết kế bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang cùng các cơng trình phụ trợ cho một cụm dân cư giả định cĩ mức xả thải là 30 m3/ngày chứ khơng đi vào tính tốn chi tiết cho một khu dân cư cụ thể nào. Khi áp dụng tham khảo để xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho các cụm dân cư cụ thể cần phải cĩ sự khảo sát và điều chỉnh, bổ sung các thơng số phù hợp. 1.6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 1.6.1 Ý nghĩa khoa học + Đề tài gĩp phần vào việc tìm hiểu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho cụm dân cư vừa và nhỏ bằng phương pháp mới thân thiện với mơi SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 3
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương trường, dễ vận hành mà chi phí thấp. Từ đĩ gĩp phần vào cơng tác bảo vệ mơi trường, cải thiện chất lượng tài nguyên nước để phục vụ cho các nhu cầu sản xuất và sinh hoạt. + Giúp các nhà quản lý làm việc hiệu quả hơn trong việc bảo vệ mơi trường. 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài sẽ được nghiên cứu bổ sung để cĩ thể áp dụng đối với các khu dân cư trên trên cả nước. Hạn chế việc xả thải bừa bãi nước thải sinh hoạt ra mơi trường, gĩp phần cải thiện chất lượng mơi trường. Giảm áp lực cho hệ thống các hồ điều hịa xử lý nước thải trong thành phố. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 4
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương CHƢƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SINH HOẠT VÀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ 2.1 Nguồn gốc và đặc tính nƣớc thải sinh hoạt [5] Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân, Chúng thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các cơng trình khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thốt nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện cĩ. Các trung tâm đơ thị loại 1 cĩ tiêu chuẩn cấp nước (200 l/ngày) cao hơn so với các vùng ngoại thành (150 l/ngày) và nơng thơn (100 l/ngày), do đĩ lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng cĩ sự khác biệt giữa thành thị và nơng thơng (lượng nước thải ≈ 80% lượng nước cấp). Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đơ thị thốt bằng hệ thống thốt nước dẫn ra các sơng, rạch, cịn các vùng ngoại thành và nơng thơn do khơng cĩ hệ thống thốt nước nên nước thải thường được tiêu thốt tự nhiên vào các ao hồ hoặc thốt bằng biện pháp tự thấm. [10] Khối lượng nước thải của một cộng đồng dân cư phụ thuộc vào: - Quy mơ dân số - Tiêu chuẩn cấp nước - Khả năng và đặc điểm của hệ thống thốt nước - Loại hình sinh hoạt - Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ơ nhiễm bởi các chất cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hịa tan (thơng qua chỉ tiêu BOD5/COD), các chất dinh dưỡng (Nitơ, phospho), các vi trùng gây bệnh (E.Coli, coliform ); Mức độ ơ nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào : - Lưu lượng nước thải - Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 5
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Trong đĩ tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào: - Mức sống, điều kiện sống và tập quán sống - Điều kiện khí hậu Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn theo đầu người. [10] Các đại lƣợng Khối lƣợng (g/ngƣời.ngày) Chất rắn lơ lửng (SS) 60-65 BOD5 nước thải đã lắng 30-35 BOD5 nước thải chưa lắng 65 Chất hoạt động bề mặt 2-2.5 + N-NH4 8 Phốt phát (P2O5) 3.3 Clorua (CL-) 10 2.2 Thành phần và tính chất nƣớc thải 2.2.1 Thành phần nƣớc thải [5] Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt phụ thuộc rất nhiều vào nguồn gốc nước thải. Đặc điểm chung của nước thải sinh hoạt là thành phần của chúng tương đối ổn định. Các thành phần này bao gồm 52% chất hữu cơ, 48% chất vơ cơ, ngồi ra nước thải sinh hoạt cịn chứa nhiều các vi sinh vật gây bệnh và các độc tố của chúng. Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải là các vi khuẩn, virut gây bệnh như: các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn Thành phần nước thải được chia làm 3 nhĩm chính: Thành phần vật lý Thành phần hĩa học SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 6
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Thành phần sinh học Thành phần vật lý: Các chất bẩn cĩ trong nước thải ở các kích thước khác nhau, được chia làm 3 nhĩm - Nhĩm 1: Gồm các chất khơng tan chứa trong nước thải dạng thơ (vải, giấy, cành lá cây, sạn, sỏi, da, long ) ở dạng lơ lửng ( > 10-1 mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương, bọt ( = 10-1 – 10-4 mm) - Nhĩm 2: Gồm các chất bản dạng keo ( = 10-4 – 10-6 mm) - Nhóm 3: Gồm các chất bẩn ở dạng hịa tan < 10-6 mm; chúng cĩ thể ở dạng ion hoặc phân tử: Hệ một pha-dung dịch thật Thành phần hĩa học: Biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải cĩ tính chất hĩa học khác nhau: - Thành phần vơ cơ: sắt, magie, silic, canxi - Thành phần hữu cơ: phân, nước tiểu, các chất nguồn gốc từ động vật, thực vật Các chất thải khác: cát, sét, dầu mỡ Thành phần sinh học: - Nấm - Vi khuẩn dạng nấm - Nguyên sinh động vật Các thành phần nền trong nước thải sinh hoạt chủ yếu gồm cacbonhydrat, protein, chất béo. - Cacbonhydrat là sản phẩm và là dạng phân nhỏ của axit hữu cơ, nĩ là thành phần đầu tiên bị phân hủy trong hoạt động sống của vi sinh vật. Cacbonhydrat tồn tại chủ yếu ở dạng đường, hồ bột khác nhau và cả ở dạng hợp chất xenlulo của bột giấy. Cacbonhydrat là nguồn đầu tiên cung cấp năng lượng và hợp chất hữu cĩ cho vi khuẩn sống trong nước thải. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 7
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương - Protein và các sản phẩn phân hủy của chúng như amino axit là các hợp chất chứa nhiều nitơ cĩ nguồn gốc từ động vật và thực vật. Protein là nguồn cung cấp nitơ cho hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải. - Chất béo và dầu mỡ cĩ nguồn gốc từ động thực vật, chúng bị phân hủy thành axit béo dưới tác động của vi khuẩn. Chất béo và dầu mỡ cĩ độ hịa tan thay đổi trong nước, ở một số điều kiện nhất định thường nổi lên trên mặt nước. 2.2.2 Tính Chất Nước Thải [5] Nước thải sinh hoạt thơng thường chiếm khoảng 80% lượng nước được cấp cho sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngồi ra cịn cĩ cả các thành phần vơ cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động khoang 150-450 mg/l theo trọng lượng khơ. Cĩ khoảng 20-40 % chất hữu cơ khĩ phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư đơng đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt khơng được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ơ nhiễm mơi trường nghiêm trọng. Ngồi ra, nước thải sinh hoạt thường chứa các chất dinh dưỡng rất cao. Nhiều trường hợp, lượng chất dinh dưỡng này vượt qua nhu cầu phát triển của vi sinh vật dùng trong xử lý bằng phương pháp sinh học. Trong các cơng trình xử lý theo phương pháp sinh học, lượng dinh dưỡng cần thiết trung bình tính theo tỉ lệ BOD : N : P = 100 :5 :1. Các chất hữu cơ cĩ trong nươc thải khơng phải được chuyển hĩa hết bởi các loại vi sinh vật mà cĩ khoảng 20-40 % BOD khơng qua quá trình chuyển hĩa bởi vi sinh vật, chúng chuyển ra chung với bùn lắng. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 8
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bảng 2.2 Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt. [7] Chỉ tiêu ơ nhiễm Hệ số tải lƣợng (g/ngƣời.ngày) Chất rắn lơ lửng 70 – 145 Amơni (N-NH4) 2,4 – 4,8 BOD5 45 – 54 Nitơ tổng 6 – 12 Tổng Photpho 0,8 – 4,0 COD 72 – 102 Dầu mỡ 10 – 30 Loại nước thải này cĩ chứa các chất cặn bã, các chất lơ lửng (SS), các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, các hợp chất dinh dưỡng (N,P), vi khuẩn Bảng 2.3 Nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước thải sinh hoạt. [2] Nồng độ chất ơ nhiễm (mg/m3) Chỉ tiêu ơ nhiễm Chƣa qua xử lý Qua bể tự hoại nhỏ Chất rắn lơ lửng 730 – 1510 83 – 167 Amơni (N-NH4) 25 – 1510 5 – 16 BOD5 469 – 563 104 - 208 Nitơ tổng 63 – 125 21 – 42 Tổng Photpho 8 – 42 - COD 750 – 1063 188 - 375 Dầu mỡ 104 – 313 - Số liệu trên cho thấy nước thải sinh hoạt ơ nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng ở mức rất cao, sau khi qua bể tự hoại giảm đáng kể, tuy nhiên vẫn cịn ở mức cao. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 9
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bảng 2.4 Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt. [2] Các chất ơ nhiễm cĩ trong Mức độ ơ nhiễm nƣớc thải (mg/l) Nặng Trung bình Nhẹ Tổng chất rắn 1.000 500 200 Chất rắn hịa tan 700 350 120 Chất rắn khơng hịa tan 300 150 8 Tổng chất rắn lơ lửng 600 350 120 Chất rắn lắng 12 8 4 Oxy hịa tan 0 0 0 Nitơ tổn 85 50 25 Nitơ hữu cơ 35 20 10 N-NH3 50 30 15 N-NO2 0,1 0,05 0 N-NO3 0,4 0,2 0,1 Clrua 175 100 15 Độ kiềm (mg CaCO3) 200 100 50 Chất Bo 40 20 0 Tổng Photpho - 8 - 2.3 Tổng quan phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sinh hoạt [2] Nước thải thường chứa rất nhiều tạp chất khác nhau. Vì vậy mục đích của xử lý nước thải là khử các tạp chất đĩ sao cho nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu đã đặt ra. Các tiêu chuẩn đĩ phụ thuộc vào mục đích sử dụng: nước sẽ được tái sử dụng hay xả vào các nguồn tiếp nhận nước. Để đạt được mục đích trên cĩ thể sử dụng các phương pháp xử lý khác nhau, được nhĩm thành các cơng đoạn: xử lý cấp 1, xử lý cấp 2, xử lý cấp 3: SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 10
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương - Xử lý cấp 1 gồm các quá trình xử lý sơ bộ và lắng, bắt đầu từ xong chắn rác và kết thúc bằng bể lắng cấp 1. Cơng đoạn này cĩ tác dụng loại bỏ các vật rắn nổi cĩ kích thước lớn và các tạp chất cĩ thể lắng ra khỏi nước thải để bảo vệ bơm và đường ống. Hầu hết các chất rắn lơ lửng lắng ở bể lắng cấp 1. Ở đây thường cĩ quá trình lọc qua xong chắn rác, tuyển nổi, lắng, tách dầu mỡ và trung hịa. - Xử lý cấp 2 gồm các quá trình sinh học (đơi khi cả hĩa học) cĩ tác dụng khử hầu hết các hợp chất hữu cơ hịa tan cĩ thể phân hủy được bằng con đường sinh học, nghĩa là khử BOD. Đĩ là các quá trình: hoạt hĩa bùn, lọc sinh học hay oxy hĩa sinh học trong các hồ và phân hủy yếm khí. Tất cả các quá trình này đều sử dụng vi sinh vật để chuyển hĩa các chất hữu cơ về dạng ổn định và năng lượng thấp. - Xử lý cấp 3 gồm các quá trình: vi lọc, lọc kết tủa hĩa học và đơng tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, các quá trình khử chất dinh dưỡng, Clo hĩa, Ozơn hĩa. 2.3.1 Tổng quan về các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sinh hoạt Các loại nước thải đều chứa tạp chất gây ơ nhiễm rất khác nhau: từ các loại chất rắn khơng tan, đến những loại chất rắn khĩ tan hoặc tan được trong nước, xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đĩ, làm sạch lại nước hoặc thải vào nguồn tiếp nhận. Để đạt được những mục đích đĩ chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp. Thơng thường cĩ các phương pháp xử lý sau: Xử lý bằng phương pháp cơ học. Xử lý bằng phương pháp hĩa lý và hĩa học. Xử lý bằng phương pháp sinh học. Phƣơng pháp cơ học Trong nước thải sinh hoạt thường cĩ những tạp chất rắn cĩ kích cỡ khác nhau bị cuốn theo như: rơm cỏ, bao bì chất dẻo, giấy, cát, sỏi ngồi ra, cịn cĩ các loại chất lơ lửng dạng huyền phù rất khĩ lắng. Tùy theo kích cỡ, các hạt SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 11
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương huyền phù thường được chia thành hạt chất lắng lơ lửng cĩ thể lắng được và hạt rắn được khử bằng đơng tụ. Các loại chất trên dùng các phương pháp xử lý cơ học là thích hợp. Một số cơng trình xử lý cơ học điển hình như sau: + Song chắn rác + Bể lắng cát + Bể lắng + Bể tách dầu, mỡ + Bể lọc Song chắn rác: song chắn rác dùng để chắn giữ các cặn bẩn cĩ kích thước lớn như: giấy, rác, rau, cỏ, được gọi chung là rác. Rác được chuyển tới máy nghiềm để nghiền nhỏ sau đĩ được chuyển tới để phân hủy cặn. Song chắn rác là cơng trình xử lý sơ bộ chuẩn bị cho việc xử lý nước thải sau đĩ. Song chắn rác gồm các thanh đan sắp xếp với nhau ở mương dẫn nước. Khoảng cách giữa các thanh đan là khe hở. Song chắn rác cĩ thể chia theo: + Theo khe hở: song chắn rác loại thơ (30-200 mm) và loại trung bình (5-30 mm). + Theo phương pháp lấy rác: loại lấy rác thủ cơng và loại lấy rác cơ giới. Hình 2.1 Song chắn rác SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 12
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bể lắng cát: Trên cơng trình xử lý nước thải, việc lắng cát lại trong bể lắng gây khĩ khăn cho cơng tác lấy cặn. Ngồi ra trong cặn cĩ cát thì cĩ thể làm cho các ống dẫn bùn của các bể lắng khơng hoạt động được, máy bơm chĩng hỏng. Đối với bể metan và bể lắng hau vỏ thì cát là một chất thừa, do đĩ xây dựng các bể lắng cát trên trạm xử lý khi lưu động nước thải lớn hơn 100 m3/ngày là cần thiết. Cĩ 3 loại bể lắng cát: + Bể lắng cát ngang nước chảy thẳng hoặc vịng. + Bể lắng cát đứng nước dâng từ dưới lên. + Bể lắng cát nước chảy xoắn ốc. Lượng cát giữ lại ở bể lắng cát phụ thuộc vào các yếu tố: loại hệ thống thốt nước, tổng chiều dài mạng lưới, điều kiện sử dụng, tốc độ nước chảy, thành phần và tính chất nước thải . Hình 2.2: Bế lắng cát ngang. Bể lắng Dùng để tách các chất bẩn vơ cơ cĩ trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lượng riêng nước thải như: xỉ, than, cát các chất bẩn nặng hơn nhiều SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 13
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương khối lượng riêng của nước thải lắn xuống đáy cịn các chất cĩ khối lượng riêng nhỏ hơn nổi lên trên mặt nước (thường là dầu mỡ). Dùng các thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi ra cơng trình xử lý cặn. Theo chiều nước thải chảy trong bể cĩ thể chia làm 3 loại bể lắng: + Bể lắng ngang: Nước chảy theo phương ngang từ đầu tới cuối bể. + Bể lắng đứng: Nước chảy từ dưới lên trên theo chiều thẳng đứng. + Bể lắng radian: Nước chảy từ tâm ra quanh thành bể hoặc cĩ thể ngược lại. Ngồi ra trong thực tế người ta cịn sử dụng những lọa bể lắng cĩ chứa buồng keo tụ bên trong và bể lắng là bể chứa kín hoặc hở. Bể tách dầu mỡ Trong nhiều loại nước thải cĩ chứa dầu mỡ. Dầu mỡ là những chất nổi, chúng sẽ gây ảnh hưởng xấu đến các cơng trình thốt nước và nguồn tiếp nhận. Chất mỡ sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong bể sinh học, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc. Chúng sẽ phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể aroten, gây khĩ khăn quá trình lên men Vì vậy người ta phải thu hồi những chất này trước khi thải vào hệ thống thốt nước sinh hoạt và sản suất. Tại bể tách dầu mỡ cĩ thể dùng phương pháp thủ cơng hớt dầu mỡ hoặc dùng các tấm hút dầu. Bể lọc Người ta dùng bể lọc để tách các tạp chất nhỏ khỏi nước thải (bụi, dầu, mỡ bơi trơn ) mà ở bể lắng khơng giữ lại được. Những loại vật liệu lọc cĩ thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc hoặc sỏi nghiền Việc chọn vật liệu lọc phụ thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương. Bên cạnh các bể lọc với lớp vật liệu lọc, người ta sử dụng các máy vi lọc cĩ lưới và lớp vật liệu tự hình thành khi máy vi lọc hoạt động. Các loại máy vi lọc này thường được sử dụng xử lý nước thải cĩ chứa chất bẩn dạng sợi mảnh nhỏ. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 14
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bảng 2.5 chức năng các cơng trình, thiết bị trọng hệ thống xử lý nước thải. Cơng trình hoặc thiết Chức năng bị Lưu lượng thiết kế Theo dõi quản lý lưu lượng nước thải Song chắn rác, lưới Loại bỏ rác cĩ kích thước lớn chắn rác Thiết bị nghiền rác Nghiền các loại rác cĩ kích thước lớn Bể điều lưu Điều hịa lưu lượng cũng như khối lượng các chất ơ nhiễm Thiết bị khuấy trộn Khuấy trộn các hĩa chất và chất khí với nước thải, giữ các chất rắn ở trạng thái lơ lửng Bể tạo bơng cặn Tạo điều kiện để các hạt nhỏ liên kết với nhau thành bơng cặn để chúng cĩ thể lắng được Bể lắng Loại các cặn lắng, cơ đặc bùn Bể tuyển nổi Loại các chất rắn cĩ kích thước nhỏ và tỷ trọng gần bằng tỷ trọng của nước Bể lọc Loại bỏ các chất rắn cĩ kích thước nhỏ cịn sĩt lại sau khi xử lý hĩa hoặc hoặc sinh học Siêu lọc Lọc tảo trong các hồ cố định nước thải Trao đổi khí Đưa thêm hoặc khử đi các chất khí trong nước thải Làm bay hơi và khử Khử các chất hữu cơ bay hơi cĩ trong nước thải các chất khí Khử trùng Loại bỏ các vi sinh vật bằng hĩa chất, tia UV Trường hợp khi mức độ cần làm sạch nước thải khơng cao lắm và các điều kiện vệ sinh cho phép thì phương pháp lý học giữ vai trị chính trong trạm xử lý. Trong các trường hợp khác phương pháp lý học chỉ là làm sạch sơ bộ trước khi xử lý sinh học. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 15
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương 2.3.2 Phƣơng pháp hĩa học Cơ sở của phương pháp hĩa học là các phản ứng hĩa học, các quá trình hĩa lý diễn ra giữa chất bẩn và chất cho thêm vào. Các phương pháp hĩa học là đơng tụ, trung hịa, hấp phụ và oxy hĩa. Thơng thường các quá trình keo tụ thường đi kèm với quá trình trung hịa hoặc các hiện tượng vật lý khác. Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hịa, phản ứng oxy hĩa-khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại. Phƣơng pháp đơng tụ-tạo bơng Đơng tụ và tạo bơng là một cơng đoạn của quá trình xử lý nước thải, mặc dù chúng chỉ là hai quá trình riêng biệt nhưng chúng khơng thể tách rời nhau. Vai trị của quá trình đơng tụ và tạo bơng nhắm loại bỏ huyền phù, chất keo cĩ trong nước thải. Đơng tụ là phá vỡ tính bền vững của các hạt keo bằng cách đưa thêm chất phản ứng gọi là chất đơng tụ. Tạo bơng (kết bơng) là tích tụ các hạt “đã phá vỡ độ bền” thành các cụm nhỏ sau đĩ kết thành cụm lớn hơn và cĩ thể lắng được gọi là quá trình tạo bơng. Qúa trình tạo bơng cĩ thể được cải thiện bằng cách đưa thêm vào các chất phản ứng gọi là chất trợ tạo bơng. Tuy nhiên quá trình tạo bơng chịu sự chi phối của 2 hiện tượng: kết bơng động học và kết bơng Orthocinetique. Kết bơng động học liên quan đến khuếch tán Brao (chuyển động hỗn độn), kết bơng dạng này thay đổi theo thời gian và chỉ cĩ tác dụng đối với hạt nhỏ hơn 1 mcromet. Kết bơng Orthocinetique liên quan đến quá trình tiêu hao năng lượng và chế độ của dịng chảy là chảy ngầm hay chảy rối. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 16
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bảng 2.6 Qúa trình đơng tụ tủa bơng. Giai đoạn Đặc điểm Thuật ngữ Phản ứng với nước, ion hĩa, thủy Thủy phân Cho thêm phân, polymer hĩa chất đơng tụ Phá hủy tính Đặc tính hút ion làm đơng lạnh bề mặt Đông tụ bền các phân tử. Đặc tính liên quan đến ion hoặc trường hợp bề mặt phân tử. Vận chuyển Chuyển động Brao Kết bơng ngoại vi Năng lượng tiêu tán Kết bông trục giao Để tăng quá trình lắng các chất lơ lửng hay một số tạp chất người ta thường sử dụng các chất làm đơng tụ, kết bơng như nhơm sunfat, sắt sunfat, polymer nhơm Để phản ứng diễn ra hồn tồn và tiết kiệm hĩa chất thì phải khuấy trộn đều nước thải, liều lượng hĩa chất cần tính bằng Grotamet. Tùy vào các chất tạo bơng và chất phụ trợ mà điều chỉnh pH cho tối ưu. Phƣơng pháp trung hịa Phương pháp trung hịa chủ yếu được sử dụng trong nước thải cơng nghiệp cĩ chứa kiềm hay axit. Để tránh hiện tượng nước thải gây ơ nhiễm mơi trường xung quanh thì người ta phải trung hịa nước thải, với mục đích là làm lắng các muối của kim loại nặng xuống và tách chúng khỏi nước thải. Trong thực thế nước thải phải cĩ pH từ 6.7-8.5 thì nước thải đĩ mới được coi là đã trung hịa. Phƣơng pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hịa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác khơng thể loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thơng thương đây là các hợp chất hịa tan cĩ độc tính cao hoặc các chất cĩ màu, mùi rất khĩ chịu. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 17
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhơm trong số này, than hoạt tính thường được sử dụng phổ biến nhất. Các chất hữu cơ, các chất màu, kim loại nặng dễ bị than hấp phụ. Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khăt năng của từng loại chất hấp phụ vầ hàm lượng chất bị hấp phụ. Phương pháp này cĩ thể hấp phụ 58-95 % chất hữu cơ màu. Phƣơng pháp oxy hĩa-khử Oxi hĩa bằng khơng khí dựa vào khả năng hịa tan của oxy vào nước. Phương pháp thường dùng để oxy hĩa Fe2+ thành Fe3+. Ngồi ra cịn dùng để loại bỏ một số hợp chất như: H2S, CO2. Tuy nhiên cần phải lưu ý hàm lượng khí sục vào nếu khơng sẽ làm tăng pH của nước. Oxy hĩa bằng các chất hĩa học như Clo, ozơn. Clo là một trong các chất dùng để khử trùng nước, khi hịa tan trong nước tạo thành HClO cĩ tác dụng diệt khuẩn. Clo cĩ khả năng giữ lại trong nước khơng lâu, dễ dàng bị bay hơi khi ra ngồi mơi trường. Ozơn cĩ khả năng oxy hĩa mạnh thường dùng trong khử trùng nước uống. Phƣơng pháp oxy hĩa điện hĩa Thường dùng xử lý nước thải chứa kim loại. Nếu xử lý nước thải bằng điện phân nước thì nước thải cĩ thể dùng lại được và dung dịch Axit sunfuric cĩ thể dùng lại cho quá trình điện phân sau. Bảng 2.7 ứng dụng quá trình xử lý hĩa học. [8] Quá trình Ứng dụng Trung hồn Để trung hịa nước thải cĩ độ kiềm hoặc độ axit cao Keo tụ Loại bỏ phốtpho và tăng hiệu quả lắng của các chất rắn lơ lửng trong các cơng trình lắng sơ cấp Hấp phụ Loại bỏ các chất hữu cơ khơng thể xử lý được bằng phương pháp hĩa học hay sinh học thơng dụng. Cũng được dùng để khử chlor của nước thải sau xử lý, trước khi thải vào mơi trường SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 18
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Quá trình Ứng dụng Khử trùng Để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh. Các phương pháp cần sử dụng là: chlorine, chlorine dioxide, brrmide chlorine, ozone Khử chlor Loại bỏ các hợp chất của chlorine cịn sĩt lại sau quá trình khử trùng bằng chlor Các quá Nhiều loại hĩa chất được sử dụng để đạt được những mục tiêu trình khác nhất định vào đĩ. Ví dụ như dịng hĩa chất để kết tủa các kim loại nặng trong nước thải 2.3.3 Phƣơng pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên hoạt động sống của sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh cĩ trong nước thải. Qúa trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khống hĩa và trở thành chất vơ cơ, các chất khí đơn giản và nước. Các quá trình sinh học cĩ thể diễn ra trong các khu vực tự nhiên, hoặc các bể được thiết kế và xây dựng để phục vụ cho việc xử lý một loại nước thải cụ thể nào đĩ. Hình 2.3 Bể lọc sinh học biofilter. Dạng thứ nhất: gồm các loại cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật Trong điều kiện xử lý nước ta, các cơng trình xử lý sinh học tự nhiên cĩ một ý SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 19
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương nghĩa to lớn. Thứ nhất nĩ giải quyết vấn đề làm sạch nước thải đến mức độ cần thiết, thứ hai nĩ phục vụ tưới ruộng làm màu mỡ đất đai và nuơi cá. Điều kiện quan trọng là cần nghiên cứu tìm cho được các thơng số tính tốn thích hợp với điều kiện nước ta và trên cơ sở đĩ tìm phương pháp xử lý tối ưu nhất. Tuy nhiên, việc vận chuyển hay lắp đặt các hệ thống dẫn nước thải sau xử lý đến nơi cần tưới tiêu cĩ thể là một giới hạn cho ứng dụng này do chi phí đầu tư cao. Dạng thứ hai: gồm các cơng trình như bể bùn hoạt tính, bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể lọc sinh học cao tải. hầm ủ biogas Gai đoạn xử lý sinh học được tiến hành sau giai đoạn xử lý lý học. Bể lắng ở trước giai đoạn xử lý sinh học được gọi là bể lắng sơ cấp. Sau giai đoạn xử lý sinh học bằng biofilm hoặc bùn hoạt tính, để loại màng vi sinh vật và bùn hoạt tính ra khỏi nước thải người ta thường dùng bể lắng thứ cấp. Sau bể lắng thứ cấp thường là quá trình khử trùng để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh. Xử lý cặn của nước thải: các cặn của nước thải ở các bể lắng cũng cần phải xử lý. Thường người ta sử dụng một phần lượng cặn ở bể lắng thứ cấp để bơm hồn lưu vào bể aroten nhằm mục đích bổ sung lượng vi khuẩn hoạt động cho cơng trình này. Phần cịn lại cộng với cặn lắng của bể lắng sơ cấp được đưa vào bể tự hoại, để ủ phân bùn, sân phơi bùn, ủ phân compost, thiết bị lắng bùn để xử lý tiếp. Bảng 2.8 Các quá trình sinh học trong xử lý nước thải. [5] Loại Tên gọi Áp dụng Quá trình hiếu khí: - Quá trình bùn hoạt tính - Khử BOD chứa - Sinh trưởng lơ lửng thơng thường (dịng đẩy) cacbon - Xáo trộn hồn tồn - Ổn định BOD- - Làm thống theo bậc chứa cacbon - Oxi nguyên chất - Nitrat hĩa - Bể phản ứng hoạt động gián đoạn SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 20
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Loại Tên gọi Áp dụng - Ổn định tiếp xúc - Làm thống kéo dài - Sinh trưởng gắn kết - Kênh oxy hĩa - Nitrat hĩa sinh trưởng lơ lửng - Hồ làm thống - Phân hủy hiếu khí - Kết hợp sinh trưởng - Bể lọc sinh học - Khử BOD chứa lơ lửng và gắn kết - Tháp tải nhỏ giọt cacbon-nitrat hĩa - Cao tải - Khử BOD chứa - Lọc trên bề mặt xù xì cacbon - Đia tiếp xúc sinh học - Quá trình lọc sinh học hoạt tính - Lọc nhỏ giọt-vật liệu rắn tiếp xúc - Quá trình bùn hoạt tính-lọc sinh học - Quá trình lọc sinh học-bùn hoạt tính nối tiếp nhiều bậc Quá trình trung gian - Sinh trưởng lơ lửng khử Khử nitrat hĩa Anoxic: nitrat hĩa - Sinh trưởng lơ lửng - Màng cố định khử nitrat - Sinh trưởng gắn kết hĩa Quá trình kị khí: - Lên men phân hủy kị khí - Ổn định, khử BOD SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 21
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Loại Tên gọi Áp dụng - Sinh trưởng lơ lửng - Tác động tiêu chuẩn một chứa cacbon - Sinh trưởng gắn kết bậc - Khử BOD chứa - Cao tải một bậc cacbon - Hai bậc - Ổn định chất thải - Quá trình tiếp xúc kị khí và khử nitrat hĩa - Lớp bùn lơ lửng kị khí hướng lên - Quá trình lọc kị khí Qúa trình ở hồ - Hồ hiếu khí - Khử BOD chứa - Hồ bậc ba cacbon - Hồ tùy tiện - Khử BOD chứa - Hồ kị khí cacbon-nitrat Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học cịn chứa nhiều vi khuẩn. Hầu hết các loại vi khuẩn cĩ trong nước thải khơng phải là vi trùng gây bệnh, nhưng khơng loại trừ khả năng tồn tại một vài lồi vi khuẩn gây bệnh nào trong nước thải ra nguồn cấp nước, hồ bơi, hồ nuơi cá thì khả năng lan truyền bệnh sẽ rất cao, do đĩ phải cĩ biện pháp tiệt trùng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Các biện pháp tiệt trùng nước thải phổ biến hiện nay là: + Dùng Clo hơi qua thiết bị định lượng Clo + Dùng Hypoclorit-canxi dạng bột hịa tan thành dung dịch 3-5 % rồi định lượng vào bể tiếp xúc + Dùng Hydroclorit-natri, nước javel NaClO + Dùng Ozơn, dẫn ngay vào bể khi vừa tạo ra + Dùng tia cực tím Từ trước đến nay, khi tiệt trùng nước thải hay dung Clo hơi và các hợp chất của Clo vì nĩ là hĩa chất được các ngành cơng nghiệp dùng nhiều, cĩ sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được mà hiệu quả xử lý lại cao. Nhưng những năm SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 22
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương gần đây các nhà khoa học đưa ra khuyến cáo nên hạn chế dùng Clo để tiệt trùng nước thải vì: + Lượng Clo dư trong nước thải để đảm bảo an tồn và ổn định cho quá trình tiệt trùng sẽ gây hại cho cá và các sinh vật nước cĩ ích khác. + Clo kết hợp với Hydrocacbon thành hợp chất cĩ hại cho mơi trường sống Trong quá trình xử lý nước thải, cơng đoạn khử khuẩn thường được đặt ở cuối quá trình, trước khi làm sạch triệt để và chuẩn bị đổ vào nguồn tiếp nhận. 2.4 Tìm hiểu vùng đất ngập nƣớc trong xử lý nƣớc thải 2.4.1 Cấu tạo vùng đất ngập nƣớc [6] Cĩ các loại thiết kế khác nhau của bãi lọc trồng cây được xây dựng (Haberl,1999), cĩ thể được phân loại theo các mục sau: Dựa theo cách thức bố trí thực vật trong vùng ngập nước (trơi nổi tự do, nổi, chìm). - Theo dịng chảy của nước thải (dịng chảy đứng,dịng chảy ngang, kết hợp giữa dịng chảy đứng và ngang.) - Cấu tạo hệ thống vùng đất ngập nước (hệ thống hybrid, một bãi lọc, nhiều bãi lọc kết hợp). - Loại nước thải xử lý. - Mức độ xử lý nước thải (sơ cấp ,trung cấp). - Loại chất nền (sỏi, đá, cát, vv ). - Loại tải (liên tục và khơng liên tục). Hai loại chủ yếu được nghiên cứu và đề cập đến là dịng chảy dưới vùng đất ngập nước, đĩ là dịng chảy ngang (HF) và dịng chảy đứng (VF) SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 23
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương 2.4.1.1 Bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang (Horizontal flow-HF) Hình 2.4 cho thấy mặt cắt ngang của một bãi lọc dịng chảy ngang (HF). Nước thải chảy ngầm trong lớp vật liệu nền và đi qua bộ rễ của thực vật dùng để xử lý theo chiều ngang từ đầu tới cuối bãi lọc. Nước thải sẽ được làm sạch bởi các quá trình hĩa học, lý học và sinh học (Cooper et al. 1996). HF cĩ thể loại bỏ hiệu quả các chất ơ nhiễm hữu cơ (TSS, BOD và COD). Việc chuyển hĩa oxy trong vùng đất ngập nước cịn hạn chế nên việc loại bỏ nitrogen cịn hạn chế, tuy nhiên lại rất hiệu quả trong việc loại bỏ nitrat. Hình 2.4: Mặt cắt ngang bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang. [6] 2.4.1.2 Bãi lọc trồng cây dịng chảy đứng (Vertical flow-VF) Bãi lọc ngập nước dịng chảy đứng (VF) bao gồm mặt bằng bằng phẳng,cát,sỏi và phía trên cát sỏi là thảm thực vật. (hình 2.5) Bãi lọc được cung cấp nước liên tục ngập bề mặt bãi lọc.nước thải chảy xuống qua lớp sỏi cát theo chiều thẳng đứng xuống hệ thống thu gom nước dưới đáy. Các rãnh nước chảy cho phép khuếch tán oxy vào lớp nền một các dễ dàng và ổn định.Sự khuếch tán khơng khí xảy ra liên tục trên bề mặt bãi lọc. Vì vậy các quá trình chuyển hĩa hiệu quả hơn,tăng khả năng loại bỏ nitrat. Hệ thống SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 24
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương định lượng giúp tăng khả năng khuếch tán oxy vào bãi lọc. Platzer (1998) cho thấy hệ thống định lượng chuyển 23 đến 64g O2.m-2.d-1 , trong khi Brix (1997) cho thấy lượng oxy chuyển thơng thường chuyển qua cây cĩi thơng thường chỉ là 2g O2.m-2.d-1 tới vùng rễ mà được sử dụng chủ yếu bởi thân và rễ của mình. Hình 2.5. Sơ đồ mặt cắt ngang của một bãi lọc dịng chảy đứng. [6] Thế hệ mới nhất của vùng đất ngập nước xây dựng đã được phát triển như là hệ thống dịng chảy dọc với tải liên tục. Lý do của việc quan tâm phát triển trong việc sử dụng các hệ thống dịng chảy dọc là: • VF cĩ năng lực chuyển oxy lớn. • VF nhỏ hơn đáng kể so với hệ thống HF • VF cĩ hiệu quả cĩ thể loại bỏ BOD5, COD và các mầm bệnh. 2.4.1.3 Kết hợp HF và VF HF đất ngập nước được dùng để loại bỏ BOD5 và TSS cho xử lý nước thải thứ cấp nhưng khơng phải cho quá trình nitrat hĩa do năng lực hạn chế chuyển oxy. Kết quả là sự quan tâm ngày càng tăng trong VF vì cĩ thể chuyển oxy lớn hơn nhiều năng lực và yêu cầu diện tích ít hơn đáng kể so với HF. Nhưng VF cũng cĩ một số hạn chế như kém hiệu quả trong việc loại bỏ các chất rắn và cĩ SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 25
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương thể bị tắc nghẽn trong lớp lọc nếu lựa chọn vật liệu đệm khơng chính xác. Do những lý do đĩ người ta ngày càng quan tâm đến sự kết hợp giữa 2 phương thức (hybrid). Trong các hệ thống này, những ưu điểm và nhược điểm của HF và VF cĩ thể kết hợp để bổ sung cho nhau. Tùy thuộc vào mục đích, người ta cĩ thể xây dựng hệ thống HF hoặc VF hoặc cĩ thể kết hợp cả hai hệ thống vào quá trình xử lý nước thải. 2.4.2 Cơ chế xử lý nƣớc thải Một vùng đất ngập nước là một tập hợp phức tạp của nước thải, chất nền, thảm thực vật và tập hợp các vi sinh vật (vi khuẩn quan trọng nhất). Thảm thực vật đĩng một vai trị quan trọng trong các vùng đất ngập nước vì chúng cung cấp các bề mặt và một mơi trường thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật và cĩ vai trị quan trọng trong quá trình lọc. Các chất ơ nhiễm được loại bỏ trong các vùng đất ngập nước bởi một số quá trình vật lý, hĩa học và các quá trình sinh học như mơ tả trong hình 2.6 Hình 2.6. Cơ chế xử lý nước thải trong bãi lọc. [6] SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 26
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Cơ chế loại bỏ chất ơ nhiễm của vùng đất ngập nước thể hiện trong bảng sau: Bảng 2.9 Cơ chế loại bỏ chất ơ nhiễm. [6] Thành phần nƣớc thải Cơ chế xử lý Chất rắn lơ lửng Lắng đọng Lọc Chất hữu cơ hịa tan Phân giải của vi sinh vật kỵ khí Phân giải của vi sinh vật hiếu khí Photpho Sự hấp thụ của thực vật Sự hấp phụ của đá Nitơ Amoni hĩa và nitrat hĩa của vi sinh vật Khử nitơ Sự hấp thụ của thực vật Sự hấp phụ của đá Sự bay hơi của amoniac (chủ yếu trong SF) Kim loại Sự hấp phụ và trao đổi cation Tạo phức Kết tủa Sự hấp thụ của thực vật Quá trình oxy hĩa của vi sinh vật Mầm bệnh Lắng đọng Quá trình lọc Chết tự nhiên Cạnh tranh tấn cơng nhau Tia cực tím Bài tiết chất kháng sinh từ rễ thực vật Các chất rắn lắng đọng và lơ lửng khơng được xử lý tốt trong xử lý sơ cấp sẽ được loại bỏ trong bãi lọc ngập nước bằng quá trình lắng và lọc. Các hạt bị giữ lại do dịng chảy qua các mao quản cĩ kích thước nhỏ. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 27
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Sự phát triển của các vi sinh vật cố định hay lơ lửng giúp loại bỏ các chất hữu cơ, trong cả quá trình hiếu khí (cĩ oxy hịa tan) và quá trình kỵ khí (khơng cĩ oxy hịa tan). Oxy cần thiết cho quá trình hiếu khí được cung cấp trực tiếp từ khơng khí bằng cách khuếch tán hoặc oxy từ rễ thực vật, tuy nhiên việc chuyển oxy từ rễ là khơng đáng kể. ( hình 2.7) Hình 2.7: Quá trình khuếch tán oxy qua rễ. [6] Các cơ chế để loại bỏ phốt pho trong vùng đất ngập là hấp phụ, tạo phức và kết tủa, lưu trữ, sự hấp thu thực vật và sinh vật đồng hố (Watson et al., 1989). Cơ chế loại bỏ nitơ trong đất ngập nước rất đa dạng bao gồm bay hơi, amoni hĩa, nitrat hĩa / khử nitơ, sự hấp thu thực vật và sự hấp phụ của đá (hình 2.8). Các cơ chế loại bỏ chính ở hầu hết các vùng đất ngập nước xây dựng là quá trình nitrat hĩa của vi sinh vật / khử nitơ. Amoniac được oxy hĩa thành nitrat SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 28
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương bởi vi sinh vật hiếu khí, nitrat được chuyển đổi thành N2 bởi vi khuẩn khử nitơ trong quá trình kỵ khí. Quá trình loại bỏ kim loại trong vùng đất ngập nước là các quá trình lắng đọng, lọc, hấp phụ, phức, kết tủa, trao đổi cation, sự hấp thu thực vật và vi sinh vật đặc biệt là bằng các phản ứng oxy hĩa. Sự hấp phụ phụ thuộc vào khả năng liên kết của ion kim loại với bề mặt rễ thực vật và của đá trong lớp nền, cịn các vi khuẩn thúc đẩy các quá trình kết tủa và sunphat hĩa.Một số loại thực vật cĩ khả năng hấp thụ kim loại trực tiếp rất hiệu quả. Tác nhân gây bệnh được loại bỏ trong đất ngập nước theo thời gian chủ yếu là bởi lắng đọng, lọc và hấp phụ bởi sinh khối. Một khi những sinh vật này kẹt bên trong hệ thống, số lượng của chúng giảm nhanh chĩng, chủ yếu là bởi các quá trình tự nhiên chết hàng loạt và cạnh tranh sinh tồn. Hình 2.8 : Biến đổi nitơ trong một vùng đất ngập nước. [6] SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 29
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương CHƢƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Các thơng số nƣớc thải 3.1.1 Nồng độ các chất trong nƣớc thải Nước thải xử lý bao gồm nước xám và nước đen đã qua bể tự hoại nên nồng độ các chất ơ nhiễm đã giảm bớt. Khĩa luận chỉ thiết kế hệ thống xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang, áp dụng cho một cụm dân cư giả định với cơng suất là 30 m3/ngày. Bảng 3.1 Đặc trưng nước thải sinh hoạt cần xử lý. [2] Đại lƣợng Thơng số (mg/l) Chất rắn lơ lửng 100 Amơni (N-NH4) 10 BOD5 200 Nitơ tổng 30 COD 300 Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngồi ra cịn cĩ cả các thành phần vơ cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450 mg/l theo trọng lượng khơ. Trong nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật. 3.1.2 Yêu cầu nƣớc thải đầu ra Yêu cầu nước thải đầu ra phải đạt tiêu chuẩn Quy chuẩn 14 : 2008 BTNMT – Loại A SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 30
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bảng 3.2 : thơng số nước thải đầu ra (theo QCVN 14 : 2008 BTNMT – Loại A ) Số tt Thơng số Đơn vị Thơng số Giá trị loại A đầu vào 1 pH - 5-7.5 5-9 0 2 BOD5(20 C) mg/l 200 30 3 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 100 50 4 Tổng N mg/l 30 50 6 COD mg/l 300 50 3.1.3 Giá trị lƣu lƣợng dùng để thiết kế 3 3 3 Qtb = 30 m / ngày = 1.25 m /h = 0.00034722 m /s 3 Qmax = Kmax × Qtb = 3 × Qtb = 3.75 m /h 3 Với Qtb = 30 m /ngày thì hệ số điều hịa là Kmax = 3.0 (theo TCXDVN 51- 2008) 3.2 Đề xuất phƣơng án thiết kế bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang xử lý nƣớc thải sinh hoạt Đinh hướng của đề tài là thiết kế bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang cùng với các hệ thống phụ trợ để xử lý nước thải sinh hoạt. Hệ thống xử lý này được thiết kế cho một cụm dân cư giả định với cơng suất 30 m3/ngày. Sơ đồ hệ thống xử lý như sau: SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 31
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang. Thuyết minh sơ đồ Nước thải từ bể tự hoại và nước thải sinh hoạt của các hộ dân trong cụm dân cư theo hệ thống thốt nước chung đi vào hệ thống xử lý. Trước tiên nước thải đi qua song chắn rác để loại bỏ tạp chất cĩ kích thước lớn rồi chảy vào bể gom-điều hịa. Bể gom-điều hịa cịn giúp ổn định nồng độ nước thải và điều chỉnh lưu lượng xử lý của hệ thống. Sau đĩ nước thải được đưa vào bể lọc kị khí. Trong bể lọc kị khí nước thải được đưa từ dưới lên trên qua các lớp vật liệu lọc. Khi nước thải tiếp xúc với các lớp vật liệu lọc cĩ vi khuẩn yếm khí dính bám, các chất hữu cơ trong nước thải được hấp phụ và phân hủy. Nước thải sau khi qua bể lọc kị khí sẽ chảy sang bể làm thống. Bể làm thống này cĩ bố trí máy nén khí để tăng cường oxy cho nước thải trước khi vào bãi lọc trồng cây. Để tiết kiệm năng lượng bể làm thống được bố trí sao cho cĩ cửa tràn cao hơn ống phân phối nước cho bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang. Nước thải di chuyển theo các mao quản dưới bãi lọc theo phương ngang. Nhờ quá trình sinh trưởng SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 32
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương của hệ thực vật, vi sinh vật và các quá trình vật lý như: lắng, lọc, bốc hơi mà các chất ơ nhiễm trong nước thải được xử lý với hiệu quả cao. Hệ thống này cịn cĩ khả năng lưu giữ tốt một số kim loại nặng trong giới hạn khơng gây độc cho hệ thực vật, vi sinh vật. Bãi lọc trồng cây cĩ khả năng khử vi trùng thơng qua các quá trình tiêu hủy tự nhiên, bức xạ tử ngoại, cạnh tranh với các vi sinh vật khác. Nước thải sau khi đi qua bãi lọc được xả ra nguồn tiếp nhận. 3.3 Tính tốn thơng số hệ thống Bể gom-điều hịa, bể lọc kị khí, làm thống xây nối tiếp nhau và cĩ bề mặt cao hơn 0.5 m so với mặt bằng bãi lọc. 3.3.1 Song chắn rác Nhiệm vụ - Loại bỏ các chất thải rắn khơ như nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy - Rác sau khi tách ra ở song chắn rác sẽ được thu gom lại và xử lý theo định kì. Thiết kế Do lưu lượng xả thải thấp (30 m3/ngày) nên ta cĩ thể sử dụng song chắn rác loại thơ sơ và xử lý rác bằng phương pháp thủ cơng. Chọn song chắn rác kích thước 0.3×0.5 m; kích thước khe 0.02 m; làm bằng thép khơng rỉ cĩ Φ 0.006 m. 3.3.2 Bể gom - điều hịa [3] Thời gian lưu nước trong bể gom-điều hịa chọn là: to = 2h-6h chọn to = 4h Thể tích bể gom-điều hịa là: Vdh h 3 Vdh = Q max × to = 3.75 × 4 = 15 m Vdh: thể tích gom-bể điều hịa h Q max: Giá trị lưu lượng lớn nhất bằng 3 lần lưu lượng trung bình (TCXDVN 51-2008) to: thời gian lưu nước + Chọn chiều cao hữu ích của bể là h1 = 1.5 m SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 33
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương + Chọn chiều cao an tồn của bể là ho = 0.5 m + Chiều cao tồn phần của bể là H = h1 + ho = 1.5 + 0.5 = 2 m + Diện tích bể gom-điều hịa là: Fdh Vdh 15 2 Fdh = H = 2 = 7,5 m Chọn bể hình chữ nhật cĩ kích cỡ là L × B = 2,5 × 3 L = 3 m : chiều dài bể B = 2.5 m : chiều rộng bể + Đường ống dẫn nước 4Q 4 1.25 D tb 0.025m 25mm v 3,14 (3600 0.7) v = 0.7-1.5 m/s chọn v = 0.7 m/s (theo TCXD 51:2008) 3 Qtb = 1.25 m /h Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 27 (theo Catalogue) Sử dụng ống Φ 27 cho nước từ bể gom-điều hịa sang bể lọc kỵ khí. Lắp đặt máy bơm để bơm nước từ bể gom-điều hịa sang bể lọc kị khí. + Cơng suất máy bơm Q ×ρ×g×H 3.47×10-4×1000×9.81×5 N = T = = 0.02 kW 1000×H0 1000×0.8 QT: Lưu lượng trung bình nước thải m3/s. ρ: Khối lượng riêng của nước g: trọng lực trái đất g = 9.81 H: chiều cao cột áp lấy H = 5 m H0: hiệu suất máy bơm, chọn H0 = 0.8 Chọn máy bơm cơng suất 0.1 kW. Sử dụng nắp đậy hình vuơng kích thước 0.5×0.5 m Bảng 3.3 Giá trị tính tốn bể gom-điều hịa SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 34
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương STT Giá trị Thơng số Đơn vị 1 Chiều dài bể gom-điều hịa 3 m 2 Chiều rộng bể gom-điều hoa 2.5 m 3 Chiều cao bể gom-điều hịa 2 m 4 Ống nước sang bể lọc kỵ khí Φ 27 mm 5 Nắp đậy 0.5 × 0.5 m 6 Máy bơm 0.1 kW 3.3.3 Bể lọc kị khí [1] Mục đích Phân hủy các hợp chất hữu cơ hịa tan trong nước thành chất vơ cơ bền bằng vi sinh vật kị khí, tùy nghi bám trên vật liệu lọc. Nguyên lý hoạt động Nước xám và nước đen sau khi được xử lý tại bể tự hoại tiếp tục chảy sang bể gom-điều hịa rồi được bơm vào bể lọc kỵ khí theo chiều từ dưới lên, đi qua lớp vật liệu lọc cĩ vi sinh vật. Bể lọc kị khí được chia làm 3 ngăn. Vật liệu lọc chọn là sỏi cĩ đường kính 25 mm, vật liệu lọc được đổ lên trên tấm đan bê tơng cốt thép cĩ đục lỗ 20 mm, đặt cách đáy bể 20 cm, chiều cao lớp vật liệu lọc là 1 m. Chất hữu cơ khi tiếp xúc với màng vi sinh vật sẽ bị hấp phụ và phân hủy. Bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc. Sau khoảng 6 tháng đến 1 năm làm việc thì xả bùn và thau rửa lọc một lần. Nước thải được đưa nối tiếp qua 3 ngăn lọc kị khí được đưa sang bãi lọc ngầm trồng cây dịng chảy ngang để xử lý tiếp. Thiết kế bể lọc kị khí [3] Bể lọc hình chữ nhật chia làm 3 ngăn bằng nhau. Trong mỗi ngăn cĩ lớp vật liệu lọc là sỏi, chiều cao lớp vật liệu lọc là 1 m; lớp vật liệu lọc cách đáy 0.2 cách nắp đậy 0.2 m. + Diện tích bể Q 30 F = tb = = 20 m2 Uo 1.5 SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 35
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương F: Diện tích bể lọc kị khí Qtb: lưu lượng nước trung bình 3 2 3 2 U0: tải trọng thủy lực, U0 = 0.5-1.5 m /m .ngày, chọn U0 = 1.5 m /m .ngày + Chiều cao bể lọc kị khí h = h1 + h2 + h3 = 0.2 + 1 + 0.2 = 1.4 m h: chiều cao bể lọc kị khí (m) h1: chiều cao từ mặt vật liệu lọc đến mặt nước thu (m) h2: chiều cao lớp vật liệu lọc (m) h3: chiều cao từ lớp vật liệu lọc xuống đáy (m) + Lượng sỏi dùng trong bể lọc kị khí 3 Vsỏi = h2 × F = 1 × 20 = 20 m + Thời gian lưu nước mỗi ngăn V 28×24 t = 3×Q ×24 = 3×30 = 7.4 h Bể được xây dựng cạnh bãi lọc trồng cây, âm xuống đất nhưng vẫn đảm bảo cĩ mặt bằng cao hơn mặt bằng bãi lọc trồng cây 0.5 m. Cĩ nắp đậy kiểm tra, bảo dưỡng ngăn lọc. + Chọn kích thước nắp đậy các bể là 0.5×0.5 m + Chọn chiều rộng bể là: b = 3 m L 20 + Chiều dài bể là: L = B = 3 = 6,66 m Bể chia là 3 ngăn bằng nhau, kích thước theo chiều dài bể mỗi ngăn là: L L1 = 3 = 2.22 M Lấy L1 = 2.3 m Ống cấp nước từ bể lọc kị khí thứ 3 sang bể làm thống chọn ống PVC Φ 60 mm (theo Catalogue nhựa Tiền Phong) Đặt 2 ống giữa hai ngăn bể lọc kỵ khí để tránh dịng chảy tắt. SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 36
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Hình 3.2 Cách bố trí ống nước trong bể lọc kỵ khí. Kích thước ống là: 4Q 4 1.25 D tb 0.017m 17mm 2 v 2 3,14 (3600 0.7) v = 0.7-1.5 m/s chọn v = 0.7 m/s [10] Q tb Q = 2 do đặt 2 ống giữa hai bể Chọn ống PVC Φ 27 mm (theo Catalogue nhựa Tiền Phong) SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 37
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bảng 3.4 Giá trị tính tốn bể lọc kị khí STT Giá trị Thơng số Đơn vị 1 Chiều dài ngăn lọc kị khí 3 m thành phần 2 Chiều rộng ngăn lọc kị 2.3 m khí thành phần 3 Chiều cao bể lọc kị khi 1.4 m 4 Ống nước Φ 27 mm 5 Nắp đậy hình vuơng 0.5 × 0.5 m 6 Sỏi d = 25 mm 20 m3 3.3.4 Bể làm thống Vai trị Gom nước đã xử lý từ bể lọc kị khí, giúp thuận tiện trong việc điều chỉnh lưu lượng nước vào bãi lọc trồng cây. Là nơi bổ sung thêm oxy cho nước thải để đảm bảo quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật trong bãi lọc trồng cây. Nguyên lý hoạt động Nước thải được chảy tràn vào bể sục khí và được lưu lại tại đây 1-2 h. sử dụng máy thổi khí để thổi khơng khí vào nước thải để bổ sung thêm oxy. Tính tốn bể + Chọn thời gian lưu nước tại bể t0 = 2 h h 3 Vlt = Q max × t0 = 3.75 × 2 = 7.5 m Vlt : thể tích bể sục khí h Q max : lưu lượng max + Chọn chiều cao bể là 1.4 m + Diện tích bể FTC là: 7.5 2 FTC = 1.4 = 5.6 m SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 38
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương + Lấy kích thước bể là B = 2 m ; L = 3 m Tính tốn máy thổi khí [5] Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí HK = hc + hd + hf + H hd = tổn thất áp lực do ma sát dọc chiều dài ống dẫn hc = tổn thất cục bộ hd + hc < 0.4 m; chọn hd + hc = 0.3 m hf = tổn thất qua thiết bị phân phối khí hf ≤ 0.5 m; chọn hf = 0.5 m H = chiều sâu hữu ích bể sục khí H = 1 m HK = 0.3 + 0.5 +1 = 1.8 Áp lực khơng khí 10.33 H 10.33 1.8 P = k = =1.18 (atm) 10.33 10.33 Cơng suất máy nén: 34400 (p0.29 1) q 34400 (1.180.29 1) 0.081 N = 102 102 0.8 = 1.68 kW Trong đĩ : = hiệu suất máy nén khí, = 0.7 – 0.9, chọn = 0.8 q = lưu lượng khí lấy = 0.081 Chọn máy nén khí cơng suất 1.8 kW Bảng 3.5 Giá trị tính tốn bể sục khí STT Giá trị Thơng số Đơn vị 1 Chiều rộng bể 2 m 2 Chiều dài bể 3 m 3 Chiều cao bể 1.4 m 4 Máy nén khí 1.8 kW SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 39
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương 3.3.5 Bãi lọc trồng cây Nước thải sau khi đi qua bể lọc kị khí đã giảm bớt được đáng kể các chất gây ơ nhiễm. Bể lọc kị khí cĩ hiệu suất xử lý BOD, COD đạt 70-80 %. Lấy hiệu suất xử lý là 70 %. [1] Khi đĩ: BOD5 = 200 - 0.7 × 200 = 60 mg/l COD = 300 – 0.7 ×200 = 90 mg/l Để giảm bớt diện tích xây dựng và thuận tiện trong việc vân hành ta chia 30 3 thành 2 bãi lọc trồng cây. Qd = 2 = 15 m /ngày Vai trị bãi lọc Loại bỏ các chất ơ nhiễm hữu cơ (TSS, BOD5, COD), nitrat cịn lại trong nước thải sau bể lọc kị khí, đảm bảo nước thải sau khi qua bãi lọc đạt quy chuẩn 14:2008 BTNMT-loại A. Nguyên lý hoạt động Nước thải khi đi vào bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang mang theo các chất rắn lắng đọng và lơ lửng bị giữ lại do các dịng chảy qua các mao quản cĩ kích thước nhỏ hoặc lắng đọng do trọng lượng. Các chất hữu cơ trở thành thành phần dinh dưỡng quan trọng trong sự phát triển của các vi sinh vật cố định hay lơ lửng và bị chúng phân hủy trong cả quá trình kị khí và hiếu khí. Bãi lọc là mơi trường để các phản ứng hĩa học xảy ra, các chất bẩn tạo phức hoặc kết tủa khiến chúng tăng khối lượng, kích thước và bị giữ lại trong các mao quản. Một số chất gây ơ nhiễm được loại bỏ nhờ sự hấp phụ của thực vật trồng trong bãi lọc hoặc của vật liệu lọc (cát, sỏi). Khi nước thải chảy qua bãi lọc, các vi khuẩn gây bệnh bị mắc kẹt lại, bị hấp phụ bởi sinh khối hoặc chết do các quá trình tự nhiên và cạnh tranh sinh tồn. Tính tốn thơng số cho một bãi lọc: [6] + Diện tích bề mặt bãi lọc Qd( lnCi - lnCe ) Ah = KBOD SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 40
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương 2 Ah = diện tích bề mặt của bãi lọc (m ) 3 Qd = trung bình lưu lượng xử lý nước thải Q = 15 (m / ngày) Ci = nồng độ BOD5 nguồn vào, Ci = 60 (mg / l) Ce = nồng độ BOD5 nguồn ra, Ce = 30 (mg / l) KBOD = hằng số tốc độ BOD, KBOD = 0.15 với HF (m / d) 15×(ln60 - ln30) 2 Ah = 0.15 = 69.3 m 2 Lấy Ah = 70 m + Diện tích mặt cắt ngang -4 Qs 1.74×10 2 Ac = = = 8.7 m Kf(dH/ds) 0.01×0.002 2 Ac = Diện tích mặt cắt ngang của bãi lọc (m ) -4 3 Qs = lưu lượng trung bình xử lý, Qs = 1.74×10 (m / s) Kf = độ dẫn thủy lực bãi lọc, Kf = 0.001-0.003, chọn Kf = 0.02 dH / ds = độ dốc của phía dưới bãi lọc, thường lấy 0.01 (m / m) 2 Lấy Ac = 9 m + Chiều dài bãi lọc L Ac L = h L = chiều dài bãi lọc Ac = diện tích mặt cắt ngang h: độ sâu bãi lọc, h = 0.6 (m) 9 L = 0.6 = 15 m + Chiều rộng lưu vực B Ah 70 B = B = 15 = 4,7 m SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 41
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương + Thời gian lưu nước : A ×ε×h 70×0.4×0.6 t = h = = 1.12 ngày Qd 15 ε: độ xốp vật liệu lọc, ε = 0.3-0.8, chọn ε = 0.4 + Đường kính ống phân phối nước : 4 Q 4 0.625 D d 0.018m v (3600 0.7 3.14 Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 60 Chiều dài ống nước vào 2.8 m Khoan trên ống 40 lỗ,đường kính mỗi lỗ là 20 mm Khoảng cách giữa cá lỗ là: W - n×d' 2.8-40×0.02 LO = n + 1 = 40+1 = 0.048 m = 4.8 cm W: chiều dài ống, W = 2.8 m n: số lỗ trên ống, n =40 ống thu nước ở cuối bãi lọc cĩ đường kính: 4 Q 4 1.875 D max 0.03m = 30 mm v (0.7 3600) 3.14 Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 60 v = vận tốc nước chảy trong ống, v = 0.7-1.5 m/s, chọn v = 0.7 m/s. [10] + Lượng sỏi cần dùng [6] Lấy chiều dài lớp sỏi thơ (d = 60-80 mm) bảo vệ hai đầu bãi lọc trồng cây là Lsỏi 2 = 0.75 m + Thể tích sỏi thơ (d = 60-80 mm) là: 3 Vsỏi 2 = Lsỏi 2= 2 × 0.75 × 4.7 × 0.6 = 4.23 m Chiều dài lớp cát sỏi trồng cây là: Lsỏi 3 = 15 – 0.75× 2 = 12.5 m SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 42
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương + Thể tích cát sỏi (d=5-20 mm) dùng để trồng cây là: 3 Vsỏi 3= Lsỏi 3 × R × h = 12.5 × 4.7 × 0.6 = 35.25 m Tại cuối bãi nơi đặt ống thu nước xây thêm hố gom nước cĩ độ cao bằng bãi lọc kích thước 0.5 × 0.5 m. Trong hố là một ống dẫn nước cĩ thể thay đổi độ cao nối với ống gom nước trong bãi lọc để điều chỉnh mực nước trong bãi lọc. Khi tiến hành láng nền bãi lọc để chống thấm tạo độ dốc 1% về phía cuối bãi lọc. Bãi lọc hình chữ nhật, khu vực nước đầu vào và đầu ra cĩ sử dụng một lớp sỏi thơ cĩ kích thước lớn làm nhiệm vụ giúp phân phối và thu gom nước hiệu quả, bảo vệ bãi lọc. Lớp bảo vệ nằm sát 2 thành bể kéo dài 0.75 m sử dụng sỏi d = 60-80 mm. Tiếp theo là khu vực trồng cây dong sử dụng cát sỏi d = 5-20 mm cĩ chiều dài 12.5 m. Sỏi sắp xếp theo kích thước to ở dưới và bé dần lên phía trên. Trên bề mặt bãi lọc trồng cây phủ một lớp đất mỏng để cây dễ sinh trưởng và phát triển. Cây dong cĩ khả năng xử lý chất thải tốt và sinh trưởng khỏe mạnh, ít sâu bệnh và phù hợp với khí hậu thổ nhưỡng nước ta nên chọn là cây trồng trong bãi lọc. Với diện tích trồng cây là 12.5 × 4.7 m ta trồng 9 hàng cách nhau 0.5 m và cách thành 0.35 m. Mỗi hàng trồng 24 cây cách nhau 0.5 m. Khi mới trồng cây nên bổ sung một số loại phân bĩn giúp cây phát triển ổn định sau đĩ mới tiến hành cho dịng thải vào bãi lọc. Khoảng cách giữa các cây luơn phải đảm bảo ≥ 0.3 m. Khi cây phát triển tốt khoảng cách này khơng được đảm bảo thì phải tiến thành nhổ tỉa. [6] SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 43
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương Bảng 3.6 : Giá trị tính tốn bãi lọc Số TT Thơng số Giá trị Đơn vị 1 Chiều dài bãi lọc 15 m 2 Chiều rộng bãi lọc 4.7 m 3 Độ sâu bãi lọc 0.6 m 4 Chiều dài lớp đá thơ bảo vệ 0.75 m 5 Ống nhựa phân phối và thu gom Φ 60 mm nước (PVC) 6 Thể tích sỏi d = 60-80 mm 4 × 2.115 m3 7 Thể tích sỏi d = 5-20 mm 2 × 38.07 m3 8 Cây dong 432 cây 9 Kích thước hố gom nước 0.5 × 0.5 m 10 Chiều cao hố thu nước 0.6 m 3.3.6 Tính tốn chi phí (tham khảo giá xây dựng trên thị trường) Chi phí xây dựng + Giá thành xây bể gom-điều hịa, bể lọc kị khí, bể sục khí G1 : đ G1 = Vtổng 1 × 1200000 = 52.38 × 1500000 = 78570000 G1: Giá xây bể gom-điều hịa và bể lọc kị khí 3 Vtổng 1 = Vbể gom-điều hịa+ Vbể lọc kị khí+ Vbể làm thống = 15+28.98+8.4 = 52,38 m Giá xây dựng 1500000đ cho 1 m3 bể + Giá thành xây bãi lọc G2 : đ G2 = Vtổng 2 × 800000 = 85.2 × 1000000 = 85200000 - G2: Giá xây 2 bãi lọc - 3 Vtổng 2 = 2× Vbãi lọc = 42.6 × 2 = 85.2 m - Giá xây dựng 1000000đ cho 1 m3 bãi lọc + Giá thành mua sỏi G3 : đ G3 = Vsỏi × 300000 = (20 + 84.6) × 200000 = 31380000 + Lắp đặt đường ống, song chắn rác, mát bơm, máy sục khí: SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 44
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương đ G4 = 20000000 đ + Chi phí mua cây và trồng cây G5 = 4000000 G = G1 + G2 + G3 + G4 +G5 = 78570000 + 85200000 + 31380000 + 20000000 + 4000000 = 219150000đ Giá thành xử lý + Nhân cơng 1 người với nhiệm vụ vận hành hệ thống, rửa vật liệu, chăm sĩc cây trong bãi lọc. Lương 5 triệu/tháng. Tổng lương nhân cơng là Gn = 12 × 3 = 36 triệu/năm Tiền điện chạy máy thổi khí: Gđk = 1.8 × 8 ×365× 1800 = 9460800đ/năm Tiền điện chạy máy bơm: Gđb = 0.1 × 8 × 365 × 1800 = 525600 đ/năm - Cơng suất máy bơm 0.1 kW - Cơng suất máy nén khí 1.8 kW - Mỗi ngày 2 máy chạy 8 tiếng - Giá điện 1800 đ/kW Giá thành xử lý 1 m3 nước thải cĩ nhân cơng là; Gn + Gđk + Gđb 36000000 + 9460800 + 525600 3 Gnc = 30 × 365 = 30 × 365 = 4199 đ/m Giá thành xử lý 1 m3 nước thải khơng nhân cơng là: Gđk + Gđb 9460800 + 525600 3 G0 = 30 × 365 = 30 × 365 = 912 đ/m SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 45
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương KẾT LUẬN Thiết kế hệ thống nước thải là cơng việc khĩ khăn trong ngành mơi trường. Để hồn thành một cơng trình cần địi hỏi vận dụng lý thuyết của nhiều ngành khác nhau như: xây dựng, sinh học, hĩa học, tốn học và nhiều kinh nghiệm thực tế. Trong đĩ tập trung chủ yếu vào các yếu tố quan trọng như: thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt, đặc biệt nước thải sinh hoạt cĩ nồng độ chất ơ nhiễm trung bình nhưng thành phần các chất gây ơ nhiễm phức tạp và đa dạng, tính thích hợp của phương pháp xử lý và chi phí của hệ thống và yêu cầu về chất lượng dịng thải sau xử lý Tơi đã thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang cơng suất 30 m3/ngày với các cơng trình đơn vị cĩ kích thước như sau: bể gom-điều hịa cĩ L × B × H = 3 × 2.5 × 2 m; bể lọc kị khí với ba ngăn liên tiếp cĩ L × B × H = 3 × 2.3 × 1.4 m; bể làm thống cĩ L × B × H = 3 × 2 × 1.4 m; hai bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang cĩ L × B × H = 15 × 4.7 × 0.6 m. Giá thành xây dựng là 219150000đ, giá thành xử lý 1 m3 nước thải cĩ nhân cơng là 4199 đ/m3 và giá khơng cĩ nhân cơng là 912 đ/m3. Tuy nhiên do trình độ và kinh nghiệm cịn hạn chế nên việc tính tốn hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dịng chảy ngang cĩ thể cịn thiếu sĩt cần được bổ sung và chỉnh sửa. Kính mong thầy cơ giáo và các bạn đĩng gĩp ý kiến để bài thiết kế tốt nghiệp của tơi được hồn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 46
Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Tơ Thị Lan Phương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Cơng nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học. Lương Đức Phẩm. Nxb Giáo dục. Hà Nội. 2002. [2]. Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải. Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga. Nxb Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội.1999 [3]. Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải. Trịnh Xuân Lai. Nxb Xây dựng Hà Nội [4].Xử lý nước thải và đơ thị - tính tốn và thiết kế cơng trình. Lâm Minh Triết (chủ biên), Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân. tái bản lần thứ tư (2010). Nxb Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [5]. Xử lý nước thải.Hồng Huệ. Nxb Xây dựng. Hà Nội. 1996. [6]. Constructed Wetlands Manual.UN-HABITAT [7].Rapid Environmental Assessment WHO - 1992. [8]. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, and Reuse by Geoger Tchobanoglous. Franklin L. Burton and Metcalf & Eddy [9]. QCVN 14 : 2008 BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt [10]. TCXD 51 : 2008 :Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam SVTH: Nguyễn Quốc Pháp-1112301028 Trang 47