›
›

Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200 m3/ngày đêm - Khúc Việt Đức

pdf 82 trang huongle 1650
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200 m3/ngày đêm - Khúc Việt Đức", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_thiet_ke_he_thong_xu_ly_nuoc_thai_sinh_hoat_cong_s.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200 m3/ngày đêm - Khúc Việt Đức

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Sinh viên :Khúc Việt Đức Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Mai Linh HẢI PHÒNG - 2014
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3 SINH HOẠT CÔNG SUẤT 200 M /NGÀY ĐÊM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Sinh viên : Khúc Việt Đức Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Mai Linh HẢI PHÒNG - 2014
  3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Khúc Việt Đức Mã SV: 111131 Lớp: MT1301 Ngành: Kỹ thuật môi trường Tên đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200m3/ngày đêm
  4. 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 toán và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
  5. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Nguyễn Thị Mai Linh Học hàm, học vị: Thạc Sĩ Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Người hướng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 25 tháng 03 năm 2014 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 06 tháng 07 năm 2014 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2014 Hiệu trưởng GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị
  6. PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 2. Đánh giá chất lượng của khóa 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 toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phòng, ngày tháng năm 2014 Cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)
  7. LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian vừa học qua, em đã được các thầy cô trong khoa môi trường tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu, khóa luận tốt nghiệp này là dịp để em tổng hợp lại những kiến thức đã học, đồng thời rút ra những kinh nghiệm cho bản thân cũng như trong các phần học tiếp theo. Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn giảng viên ThS.Nguyễn Thị Mai Linh đã tận tình hướng dẫn, cung cấp cho em những kiến thức quý báu, những kinh nghiệm trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Môi Trường đã giảng dạy, chỉ dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt thời gian vừa qua. Với kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên trong đồ án này còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và bạn bè nhằm rút ra những kinh nghiệm cho công việc sắp tới. Hải Phòng, Ngày 06 tháng 07 năm 2014 Sinh viên thực hiện Khúc Việt Đức
  8. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1 Khái niệm nước thải sinh hoạt 2 1.2 Lưu lượng nước thải sinh hoạt 2 1.3 Thành phần nước thải sinh hoạt 3 1.4 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt 4 1.5 Tác động của nước thải sinh hoạt tới môi trường và sức khỏe con người 7 1.6 Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam 8 CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1. Phương pháp cơ học 10 2.1.1. Song chăn rác và lưới chắn rác 10 2.1.2. Bể lắng cát 10 2.1.3. Bể điều hòa 11 2.1.4. Bể tách dầu mỡ 11 2.1.5. Bể lắng 12 2.1.6. Bể lọc 12 2.2. Phương pháp hóa lý 13 2.3. Phương pháp xử lý sinh học 14 2.3.1. Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên 14 2.3.1.1. Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc 14 2.3.1.2. Hồ sinh học 14 2.3.2. Các công trình xử lý nhân tạo 15 2.3.2.1. Các công trình xử lý sinh học hiếu khí 15 2.3.2.2. Các công trình xử lý sinh học kị khí 19
  9. CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VỚI LƯU LƯỢNG 200 M3/NGÀY ĐÊM 3.1. Thông số tính toán hệ thống xử lý nước thải 22 3.1.1. Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải 22 3.1.2. Yêu cầu đối với nước thải sau khi xử lý 24 3.2. Đề xuất, lựa chọn phương án xử lý nước thải sinh hoạt 25 3.2.1. Phương án 1: Phương pháp hiếu khí – Aeroten 26 3.2.2. Phương án 2: Lọc sinh học 28 3.2.3. So sánh và lựa chọn phương án 30 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4.1. Song chắn rác 32 4.2. Ngăn tiếp nhận 36 4.3. Bể tách dầu mỡ 38 4.4. Bể điều hòa 41 4.5. Bể Aeroten 46 4.6. Bể lắng trong 55 4.7. Bể tiếp xúc khử trùng 59 4.8. Bể nén bùn 62 CHƯƠNG 5. DỰ TOÁN SƠ BỘ KINH PHÍ ĐẦU TƯ, VẬN HÀNH CHO CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 5.1. Sơ bộ chi phí đầu tư xây dựng 64 5.2. Chi phí quản lý và vận hành 66 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70
  10. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn cấp nước tại Việt Nam 7 Bảng 1.2: Thành phần nước thải sinh hoạt 8 Bảng 3.1: Hệ số không điều hòa chung 22 Bảng 3.2: Đặc tính của nước thải sinh hoạt 23 Bảng 3.3: So sánh ưu nhược điểm của hai phương án 30 Bảng 4.1: Tóm tắt các thông số thiết kế mương và song chắn rác 40 Bảng 4.2: Tóm tắt các thông số thiết kế bể thu gom nước thải 43 Bảng 4.3: Tóm tắt các thông số thiết kế bể tách dầu mỡ 44 Bảng 4.4: Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa 49 Bảng 4.5: Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aeroten 54 Bảng 4.6: Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng trong 58 Bảng 4.7: Tóm tắt các thông số thiết kế bể khử trùng 61 Bảng 4.8: Tóm tắt các thông số thiết kế bể nén bùn 63 Bảng 4.9: Dự toán chi phí xây dựng 64 Bảng 4.10: Dự toán chi phí trang thiết bị 65 Bảng 4.11: Dự toán chi phí nhân công 66 Bảng 4.12: Dự toán chi phí sử dụng điện năng 67
  11. DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ bể Aeroten 17 Hình 2.2: Quá trình vận hành bể SBR 19 Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp Aeroten 26 Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng 28 Hình 4.1: Hệ thống song chắn rác 36 Hình 4.2: Sơ đồ bể tách dầu mỡ 40 Hình 4.3: Sơ đồ bể điều hòa 46 Hình 4.4: Sơ đồ bể Aeroten khuấy trộn hoàn toàn 55 Hình 4.5: Bể lắng đứng dạng ly tâm 59 Hình 4.5: Bể khử trùng 61
  12. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT QCVN: Quy chuẩn Việt Nam BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TS: Tổng chất rắn TDS: Chất rắn hòa tan TSS: Chất rắn lơ lửng (có thể lọc được) BOD5: Nhu cầu oxy sinh hóa COD: Nhu cầu oxy hóa học DO: Lượng Oxy hòa tan SS: Chất rắn lơ lửng (không thể lọc được) RBC: Đĩa quay sinh học SCR: Song chắn rác
  13. Khóa Luận Tốt Nghiệp MỞ ĐẦU Trong quá trình phát tiển không ngừng của xã hội, loài người đã đạt được nhiều thành tự to lớn trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội với một trình độ khoa học kỹ thuật hiện đại, nhưng đồng thời cũng gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Cùng với việc bảo vệ và cung cấp nguồn nước sạch thì việc thải và xử lý nước bị ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận là vấn đề tất yếu. Việt Nam mỗi ngày có hàng triệu m3 nước thải sinh hoạt được đưa vào môi trường do sự phát triển của đô thị hóa và dân số ngày càng gia tăng. Nước thải sinh hoạt xả thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước mặt gây nên các tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Để phát triển mà không làm suy thoái môi trường thì việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải phù hợp là việc làm cần thiết. Hiện nay, tại các đô thị lớn, rất nhiều chung cư được xây dựng nhưng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt còn yếu kém. Do đó, việc đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải cho các khu chung cư trước khi xả vào kênh rạch thoát nước tự nhiên là một yêu cầu cấp thiết, nhằm mục tiêu phát triển bề vững cho môi trường tương lai và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Chình vì lý do đó, đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200m3/ngày đêm” đã được em lựa chọn làm khóa luận tốt nghiệp. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 1
  14. Khóa Luận Tốt Nghiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1. Khái niệm nước thải sinh hoạt [1] Theo Quy Chuẩn Việt Nam QCVN 14:2008/BTNMT: Nước thải sinh hoạt là nước thải của hoạt động sinh hoạt từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác. 1.2. Lưu lượng nước thải sinh hoạt [2] Nước thải sinh hoạt thường chiếm từ 65% đến 90% lượng nước cấp đi qua đồng hồ các hộ dân, cơ quan, trường học, khu thương mại 65% áp dụng cho nơi khô nóng, nước cấp dùng cho cả việc tưới cây cỏ. Lượng phát sinh nước thải sinh hoạt rất lớn, tùy thuộc vào mức thu nhập, thói quen của người dân và điều kiện khí hậu mà có lượng nước thải phái sinh khác nhau. Sự khác nhau về tiêu chuẩn cấp nước giữa các khu vực ở Việt Nam được nêu trong bảng sau: Bảng 1.1: Tiêu chuẩn cấp nước tại Việt Nam (đơn vị: l/người.ngày đêm) Giai đoạn STT Đối tượng cấp nước 2010 2020 1 Đô thị loại đặc biệt, đô thị loại I, khu du lịch: - Nội đô 165 200 - Ngoại đô 120 150 2 Đô thị loại II, đô thị loại III: - Nội đô 120 150 - Ngoại đô 80 100 3 Đô thị loại IV, đô thị loại V, điểm dân cư nông thôn 60 100 Nguồn: TCXDVN 33:2006 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 2
  15. Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.3. Thành phần nước thải sinh hoạt [5] Nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Thành phần nước thải sinh hoạt tương đối ổn định và phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm của hệ thống thoát nước, điều kiện trang thiết bị vệ sinh Bảng 1.2: Thành phần nước thải sinh hoạt Mức độ ô nhiễm Chỉ tiêu Đơn vị Nặng Trung bình Thấp Tổng chất rắn (TS) mg/l 1000 500 200 - Chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 700 350 120 - Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 300 150 80 BOD5 mg/l 300 200 100 COD mg/l 1500 500 250 Tổng Nitơ mg/l 85 50 25 - Nitơ hữu cơ mg/l 35 20 10 - Amoni mg/l 50 30 15 - Nitrit mg/l 0,1 0,05 0 - Nitrat mg/l 0,4 0,2 0,1 Clorua mg/l 175 100 15 Độ kiềm mgCaCO3/l 200 100 50 Tổng chất béo mg/l 40 20 0 Tổng Photpho mg/l 8 Nguồn: Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Trần Văn Nhân – Ngô Thị Nga, 2000 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 3
  16. Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt [5,6] 1. Tổng chất rắn (TS) Tổng các chất rắn có thể chia ra làm hai thành phần: Chất rắn lơ lửng (có thể lọc được, TSS) và chất rắn hòa tan (không lọc được, TDS). Tổng các chất rắn (Total solid, TS) trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ từ 103 - 105oC. Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi là chất rắn. Tổng các chất rắn được biểu thị bằng đơn vị mg/l. Trong nước thải sinh hoạt có khoảng 40 – 65% chất rắn nằm ở trạng thái lơ lửng. 2. Mùi Việc xác định mùi của nước thải ngày càng trở nên quan trọng. Mùi của nước thải còn mới thường không gây ra các cảm giác khó chịu, nhưng một loạt các hợp chất gây mùi khó chịu sẽ tỏa ra khi nước thải bị phân hủy sinh học dưới các điều kiện yếm khí, hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là hydrosulfua (H2S – mùi trứng thối), hợp chất khác, chẳng hạn như: Indol, skatol, cadaverin được tạo dưới các điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn H2S. 3. Độ màu Độ màu của nước thải là do chất mùn, các chất hòa tan, chất dạng keo hoặc do thực vật thối rữa, sự có mặt của một số ion kim loại (Fe, Mn), tảo, than bùn Nó có thể làm cản trở khả năng khuếch tán của ánh sáng vào nguồn nước gây ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của hệ thủy sinh thực vật. Độ màu còn làm mất vẻ mỹ quan của nguồn nước nên rất dễ bị sự phản ứng của cộng đồng lân cận. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 4
  17. Khóa Luận Tốt Nghiệp 4. Độ đục. Độ đục của nước thải là do các chất lơ lửng và các chất dạng keo chứa trong nước thải tạo nên. Đơn vị đo độ đục thông dụng là NTU 5. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nước cấp do việc xả ra các dòng nước nóng hoặc ấm từ các hoạt động sinh hoạt, thương mại và nhiệt độ của nước thải thường thấp hơn nhiệt độ không khí. Nhiệt độ của nước thải là một trong những thông số quan trọng bởi vì phần lớn các sơ đồ xử lý nước đều ứng dụng quá trình xử lý sinh học mà quá trình đó thường bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ. Nhiêt độ của nước thải ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh vật, sự hòa tan oxy trong nước. 6. pH pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 - 7,6. Như chúng ta đã biết môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển là môi trường có pH từ 7 - 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau. Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng cách tạo bông cặn bằng phèn nhôm. Nước thải sinh hoạt có pH dao động trong khoảng 6,9 – 7,8 7. Nhu cầu oxy sinh hóa ( Biochemical Oxygen Demand, BOD) Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ trong một khoảng thời gian xác định và được ký hiệu bằng BOD, với đơn vị tính là mg/l. Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải, giá trị BOD càng lớn thì nước thải bị ô nhiễm càng cao. Đối với nước thải sinh hoạt thì giá trị này thường dao động trong khoảng 100 – 350 mg/l. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 5
  18. Khóa Luận Tốt Nghiệp Thời gian cần thiết để các vi sinh vật oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có thể kéo dài đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất của nước thải, nhiệt độ và khả năng phân hủy các chất hữu cơ của hệ vi sinh vật trong nước thải. Để chuẩn hóa các số liệu người ta thường báo cáo kết quả dưới dạng BOD5 (BOD trong 5 ngày ở 20oC). Mức độ oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần 8. Nhu cầu oxy hóa học ( Chemical Oxygen Demand, COD) COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ thành CO2 và H2O dưới tác dụng của các chất oxy hóa mạnh, với đơn vị tính là mg/l. Chỉ tiêu COD được dùng để xác định hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp, giá trị COD trong nước thải sinh hoạt thường dao động trong khoảng 210 – 740 mg/l. 9. Oxy hòa tan ( Dissolved oxygen, DO) Oxy hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí, đơn vị tính là mg/l. Lượng oxy hòa tan trong nước thải ban đầu dẫn vào trạm xử lý thường bằng không hoặc rất nhỏ. Trong khi đó, đối với các công trình xử lý sinh học hiếu khí thì lượng oxy hòa tan cần thiết không nhỏ hơn 2mg/l. 10. Chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước, tạo nên sự hòa tan của các chất đó trong dầu và trong nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt. Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt trong nước thải ảnh hưởng đến tất cả các giai đoạn xử lý, các chất này làm cản trở quá trình lắng và các hạt lơ lửng, tạo nên Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 6
  19. Khóa Luận Tốt Nghiệp hiện tượng sủi bọt trong các công trình xử lý, kìm hãm các quá trình xử lý sinh học. 11. Nitơ Nitơ có trong nước thải ở dạng các liên kết ở dạng vô cơ và hữu cơ. Trong đó nước thải sinh hoạt, phần lớn là liên kết hữu cơ là các chất có nguồn gốc protit, thực phẩm dư thừa. Còn các Nitơ trong các liên kết vô cơ gồm các dạng + - - khử NH4 , NH3 và các dạng oxy hóa: NO2 và NO3 . Tuy nhiên trong nước thải - - chưa xử lý, về nguyên tắc thường không có NO2 và NO3 . 12. Photpho Photpho la một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Photpho và các hợp chất chứa Photpho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều của các chất này kích thích sự phát triển của tảo và vi khuẩn lam. Hợp chất photphat tìm thấy trong nước thải sinh hoạt thường phát sinh từ: phân bón, chất thải của người và động vật, các hóa chất tẩy rửa và làm sạch. 13. Vi khuẩn và sinh vật khác Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải sinh hoạt bao gồm các vi khuẩn (Coliform, Streptococcus ), vi rút, nấm, tảo (tảo lục lam Anabaena, Microcystis aeruginosa ), động vật nguyên sinh, các loài động và thực vật bậc cao. Mức độ nhiễm bẩn vi sinh vật của nguồn nước phụ thuộc nhiều vào tình trạng vệ sinh trong khu dân cư và nhất là các bệnh viện. Đối với nước thải bệnh viện, bắt buộc phải xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống thoát nước chunghoặc trước khi xả vào sông hồ. Nguồn nước bị nhiễm bẩn sinh học nếu số lượng vi khuẩn gây bệnh đủ cao thì nguồn nước này cũng không thể dùng cho mục đích giải trí hay nuôi trồng thủy sản được vì nó là ký chủ trung gian của các ký sinh trùng gây bệnh. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 7
  20. Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.5. Tác động của nước thải sinh hoạt tới môi trường và con người [1] Tác hại của nước thải sinh hoạt đến môi trường là do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra. COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3,CH4, làm cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường. SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí. Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nước. Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da, N, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá ( sự phát triển bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra ). Màu: mất mỹ quan. Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt. Nước thải sinh hoạt gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường sống, vì vậy cần có những phương pháp xử lý thích hợp để loại bỏ các tác động không mong muốn đó. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 8
  21. Khóa Luận Tốt Nghiệp 1.6. Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam [11] Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam (VACNE), nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi. Ước tính, hiện chỉ có khoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý bởi hơn 10 nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Hà Nội, Đà Nẵng, Buôn Ma thuột, Đà Lạt và TP Hồ Chí Minh như: Nhà máy xử lý nước thải Yên Sở Công suất 200.000 m3/ngày đêm, Trạm xử lý nước thải Hồ Tây Công suất 22.800 m3/ngày đêm Việc thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt tập trung đang còn gặp nhiều bất cập và hạn chế. Công tác xử lý nước thải chưa được đẩy mạnh, do nhiều nguyên nhân như thiết kế, vận hành, bảo dưỡng, không có kinh phí mà nhiều trạm xử lý sau một thời gian ngắn hoạt động đã xuống cấp và ngừng hoạt động. Hệ thống hạ tầng thoát nước thải sinh hoạt của các khu đô thị đã xuống cấp, cũ nát; các hệ thống thoát nước thải được xây dựng tại các khu đô thị mới không khớp nối được với hệ thống cũ, chất lượng xây dựng không đảm bảo, nhiều nơi đường cống đã gãy vỡ, rạn nứt hoặc bị tắc nghẽn gây ra tình trạng úng ngập, và nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý ngấm xuống đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm và cả nước mặt trong khu vực. Với tình hình xử lý nước thải như hiện nay đã gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến các nguồn tiếp nhận là sông, hồ và đối với sức khỏe con người. Vì vậy, việc áp dụng kết hợp các biện pháp xử lý nước thải phù hợp là cần thiết nhắm đảm bảo bền vững tài nguyên nước. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 9
  22. Khóa Luận Tốt Nghiệp CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1. Phương pháp cơ học Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi ) ra khỏi nước thải, điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học thông dụng gồm: 2.1.1. Song chăn rác và lưới chắn rác a. Song chắn rác. Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc có thể đặt tại các miệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lơn như: Nhánh cây, gỗ, lá cây, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác. Đồng thời bảo vệ các công trình và thiết bị phía sau như bơm, tránh ách tắc đường ống, mương dẫn. b. Lưới chắn rác. Lưới chắn rác dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi các thành phần quý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thước nhỏ. Kích thước mắt lưới từ 0,5 ÷ 1,0 mm. Lưới chắn rác thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay tròn (hay còn gọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình đĩa. 2.1.2. Bể lắng cát [5] Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải. Trong nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 10
  23. Khóa Luận Tốt Nghiệp thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này. Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp. Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sau song chắn có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn. Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng Sân phơi cát Cặn xả ra từ bể lắng cát còn chứa nhiều nước nên phải phơi khô ở sân phơi cát hoặc hố chứa cát đặt ở gần bể lắng cát. Xung quanh sân phơi cát phải có bờ đắp cao 1- 2m. Kích thước sân phơi cát được xác định với điều kiện tổng chiều cao lớp cát h chọn bằng 3- 5m/năm. Cát khô thường xuyên được chuyển đi nơi khác. 2.1.3. Bể điều hòa [5] Bể điều hòa được dùng để duy trì dòng thải và nồng độ các chất ô nhiễm vào công trình, làm cho công trình làm việc ổn định, khắc phục những sự cố vận hành do dao động về nồng độ và lưu lượng của quá trình xử lý nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý sinh học. Bể điều hòa có thể được phân làm ba loại như sau: - Bể điều hòa lưu lượng. - Bể điều hòa nồng độ. - Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ. 2.1.4. Bể tách dầu mỡ [5] Các công trình này thường được ứng dụng khi xử lý nước thải công nghiệp nhằm loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước. Các chất này sẽ bị bịt kín lỗ hổng giữa các vật liệu lọc trong bể sinh học và chúng cũng Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 11
  24. Khóa Luận Tốt Nghiệp phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aeroten, gây khó khăn trong quá trình lên men cặn. 2.1.5. Bể lắng [5] Bể lắng tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc trọng lực. Các bể lắng có thể bố trí nối tiếp nhau. Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90 ÷ 95% lượng cặn có trong nước thải. Vì vậy, đây là quá trình quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, thường bố trí xử lý ban đầu hay sau xử lý sinh học. Bể lăng được chia làm ba loại: - Bể lắng ngang - Bể lắng đứng - Bể lắng li tâm 2.1.6. Bể lọc [5] Lọc nước được sử dụng để tách các hạt lơ lủng nhỏ và các vi sinh vật không loại được trong quá trình lắng ra khỏi nước. Qúa trình lọc: là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và VSV trong nước. Hàm lượng cặn trong nước thải sau khi lọc: ≤ 3mg/l. Phân loại bể lọc: - Phân loại theo tốc độ lọc: bể lọc chậm: tốc độ lọc 0.1-0.5m/h, bể lọc nhanh: tốc độ lọc 2-15m/h, bể lọc cao tốc: tốc độ lọc > 25m/h. - Phân loại theo chế độ dòng chảy: bể lọc trọng lực: bể lọc hở, không áp, bể lọc áp lực: Bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra nhờ áp lực nước phía trên vật liệu lọc. - Phân loại theo chiều dòng nước: bể lọc xuôi, bể lọc ngược, bể lọc 2 chiều. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 12
  25. Khóa Luận Tốt Nghiệp - Phân loại theo số lượng vật liệu lọc: bể lọc 1 lớp, bể lọc 2 hay nhiều lớp vật liệu lọc. 2.2. Phương pháp hóa lý Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học. Phương pháp hóa lý được sử dụng để loại khỏi nước thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có nhiều ưu điểm như: - Loại được các hợp chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học. - Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật. - Có thể thu hồi các chất khác nhau. - Hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn. Phương pháp đông tụ và keo tụ. Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn có hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm tăng tốc độ lắng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, sau đó là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hòa về điện tích được gọi là quá rình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ. Các chất keo tụ thường dùng là các chất vô cơ có khả năng liên kết các hạt lơ lửng lại với nhau như: Phèn đơn, phèn kép, PAC Chất đông tụ (Flocculant): là liên kết các hạt lơ lửng tích điện lại với nhau bằng lực tương tác Vandervals. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 13
  26. Khóa Luận Tốt Nghiệp 2.3. Phương pháp xử lý sinh học Thực chất của phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh để phân huỷ - oxy hoá các chất hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như: Cacbon, nitơ, photpho, kali, vi sinh vật sử dụng vật chất này để kiến tạo tế bào cũng như tích luỹ năng lượng cho quá trình sinh trường và phát triển chính vì vậy sinh khối vi sinh vật không ngừng tăng lên. Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộ qua các công trình cơ học, hóa học, hóa lý. 2.3.1. Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên [6] 2.3.1.1. Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc. Nhờ có oxy trong lỗ hổng và mao quản của lớp đất, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn, càng xuống sâu lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ giảm dần. Quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp nước mặt sâu 1,5m. Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc là những mảnh đất được san phẳng hay tạo dốc không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô bằng các bờ đất. 2.3.1.2. Hồ sinh học Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xưa. Phương pháp này cũng không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động thấp, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao. Quy trình được tóm tắt như sau: Nước thải → loại bỏ rác, cát, sỏi → Các ao hồ ổn định → Nước đã xử lý. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 14
  27. Khóa Luận Tốt Nghiệp a. Hồ hiếu khí. Ao nông 0,3 – 0,5 m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật. gồm 2 loại: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. b. Hồ kị khí. Ao kị khí là loại ao sâu, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật kị khí hoạt động sống không cần oxy của không khí. Chúng sử dụng oxy từ các hợp chất như nitrat, sulfat Để oxy hóa các chất hữu cơ và các loại rươu và khí CH4, H2S,CO2, và khí và nước. Chiều sâu của hồ khá lớn khoảng 2 – 6 m. c. Hồ tùy nghi. Là sự kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có đều ở trong nước và phân hủy kị khí (chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng lắng. Ao hồ tùy nghi được chia làm ba vùng: Lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng kị khi tùy tiện và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí. Chiều sâu của hồ khoảng 1 – 1,5 m. 2.3.2. Các công trình xử lý sinh học nhân tạo. [3,6] Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo có thể kể đến hai quá trình cơ bản: + Quá trình xử lý sinh trưởng lơ lủng. + Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính. Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu khí như: Aeroten bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật bám dính), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 15
  28. Khóa Luận Tốt Nghiệp 2.4.2.1. Các công trình xử lý sinh học hiếu khí Quá trình xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính dựa vào sự hoạt động sống của si sinh vật hiếu khí. Trong bể Aeroten, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có mầu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật khác. Các vi sinh vật đồng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung cấp cho sự sống. Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản và giải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh. Như vậy các chất hữu cơ có trong nước thải được chuyển hóa thành các chất vô cơ như H2O, CO2 không độc hại cho môi trường. Quá trình sinh học có thể diễn ra tóm tắt như sau: Chất hữu cơ + Vi sinh vật + oxy NH3 + H2O + Năng lượng + Tế Bào mới Hay có thể viết: Chất thải + Bùn hoạt tính + Không khí Sản phẩm cuối + Bùn hoạt tính dư. a. Bể Aeroten Bể Aeroten là công trình bê tông cốt thép hoặc bằng sắt thép, hình khối chữ nhật hoặc hình tròn. Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường oxy hoà tan trong nước, thúc đẩy quá trình phân huỷ chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ xảy trong Aeroten bao gồm ba giai đoạn - Giai đoạn một: thức ăn dinh dưỡng trong nước rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này lại ít. Sau khi thích nghi với môi trường, vi sinh vật sinh trưởng rất nhanh và mạnh theo cấp số nhân, vì vậy lượng oxy tiêu thụ tăng dần Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 16
  29. Khóa Luận Tốt Nghiệp - Giai đoạn hai: sinh vật phát triển ổn định, tốc độ tiêu thụ oxy cũng gần như ít thay đổi chính ở giai đoạn này chất hữu cơ bị phân huỷ nhiều nhất - Giai đoạn ba: Sau một thời gian khá dài, tốc độ oxy hoá cầm chừng, có chiều hướng giảm thì tốc độ tiêu thụ oxy lại tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hoá muối amon. Nước thải Xả ra sinh hoạt Bể Bể Bể Aeroten lắng lắng Nguồn đợt đợt tiếp nhận 1 2 Sục khí Tuần hoàn bùn hoạt tính Xả bùn tươi Xả bùn hoạt tính thừa Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng Aeroten b. Bể lọc sinh học Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc. Trong bể chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Có 2 dạng: - Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Là bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập nước. Giá trị BOD của nước thải sau khi làm sạch đạt tới 10 ÷ 15mg/l. Với lưu lượng nước thải không quá 1000 m3/ngày. - Bể lọc sinh học cao tải: Lớp vật liệu lọc đặt ngập trong nước. Tải trọng nước thải tới10 ÷ 30m3/m2ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc sinh học nhỏ giọt. c. Đĩa quay sinh học RBC ( Rotating biological contactors) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 17
  30. Khóa Luận Tốt Nghiệp RBC gồm một loại đĩa tròn xếp liền nhau bằng polystyren hay PVC. Những đĩa này được nhúng chìm trong nước thải và quay từ từ. Trong khi vận hành, sinh vật tăng trưởng sẽ bám dính vào bề mặt đĩa và hình thành một lớp màng nhày trên toàn bộ bề mặt ướt của đĩa. Đĩa quay làm cho sinh khối luôn tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và không khí để hấp thụ oxy, đồng thời tạo sự trao đổi oxy và duy trì sinh khối trong điều kiện hiếu khí d. Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reactor) SBR là một bể dạng của bể Aeroten. Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi qua song chắn rác, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể. Ưu điểm là khử được các hợp chất Nitơ, photpho khi vận hành đúng quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí. Bể SBR hoạt động theo 5 pha: 1. Pha làm đầy (fill): Thời gian bơm nước vào bể kéo dài từ 1 – 3 giờ. Dòng nước thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc vào mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy sục khí. 2. Pha phản ứng, thổi khí (React): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cung cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình - nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2 và - nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3 . Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 18
  31. Khóa Luận Tốt Nghiệp 3. Pha lắng (settle): Lắng trong nước. Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ. 4. Pha rút nước (draw): Khoảng 0.5 giờ. 5. Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình trên và số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể. Xả bùn dư là một giai đoạn quan trọng không thuộc 5 giai đoạn cơ bản trên, nhưng nó cũng ảnh hưởng lớn đến năng suất của hệ. Lượng và tần suất xả bùn được xác định bởi năng suất yêu cầu, cũng giống như hệ hoạt động liên tục thông thường. Trong hệ hoạt động gián đoạn, việc xả thường được thực hiện ở giai đoạn lắng hoặc giai đoạn tháo nước trong. Đặc điểm duy nhất là ở bể SBR không cần tuần hoàn bùn hoạt hóa. Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, cho nên không có sự mất mát bùn hoạt tính ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính để giữ nồng độ. Hình 2.2. Quá trình vận hành bể SBR 2.3.2.2. Các công trình xử lý sinh học kị khí Phân hủy kị khí (Anaerobic Descomposotion) là quá trình phân hủy chất hữu cơ thành các chất khí (CH4 và CO2) trong điều kiện không có oxy. Việc chuyển hóa các acid hữu cơ thành khí mêtan sản sinh ra ít năng lượng. Năng lượng hữu cơ chuyển hóa thành khí vào khoảng 80  90%. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS. Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32  35 oC. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 19
  32. Khóa Luận Tốt Nghiệp Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kị khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thế chi phí cho việc xử lý bùn thấp hợn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí. Trong quá trình lên men kị khí, thường có 4 nhóm vi sinh vật phân hủy vật chất hữu cơ nối tiếp nhau: - Thủy phân: Các vi sinh vật thủy phân phân hủy các chất hữu cơ dạng polyme như các polysaccharide và protein thành các các phức chất đơn giản hoặc chất hòa tan như amino acid, acid béo Kết quả của sự bẻ gãy mạch cacbon chưa làm giảm COD. - Acid hóa: Ở giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols các axít lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0. - Acetic hóa (acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới. - Metan hóa (methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí. Axít acetic, H2, CO2, axít formic và methanol chuyển hóa thành mêtan, CO2 và sinh khối Bể UASB ( Upflow anaerobic Sludge Blanket). Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ (bông bùn) và chất hữu cơ bị phân hủy. Các bọt khí mêtan và NH3, H2S nổi lên trên và được thu bằng các chụp thu khí để dẫn ra khỏi bể. Nước thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách 2 pha lỏng và rắn. Sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại vùng lớp bông bùn. Sự tạo thành bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành UASB. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 20
  33. Khóa Luận Tốt Nghiệp Thường cho thêm vào bể 150 mg/l Ca2+ để đẩy mạnh sự tạo thành hạt bùn và 5  10 mg/l Fe2+ để giảm bớt sự tạo thành các sợi bùn nhỏ. Để duy trì lớp bông bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ dòng chảy thường lấy khoảng 0,6  0,9 m/h. Hình 2.3. Bể UASB. 1. Đầu nước thải vào, 2. Đầu nước thải ra, 3. Biogas 4. Thiết bị giữ bùn (VSV), 5. Khu vực có ít bùn hơn Hiện nay, nước thải sinh hoạt tại các đô thị ở Việt Nam phần lớn đều chưa được xử lý đã thải ra nguồn tiếp nhận gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, việc áp dụng các biện pháp kĩ thuật để xử lý nước thải sinh hoạt là việc làm cần thiết nhằm loại bỏ các tác động tiêu cực đó. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 21
  34. Khóa Luận Tốt Nghiệp CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VỚI LƯU LƯỢNG 200 M3 / NGÀY ĐÊM 3.1.Thông số tính toán hệ thống xử lý nước thải 3.1.1. Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải [2,3,4,10] 3 Lưu lượng nước thải trung bình giờ (với Qtb = 200m /ngày đêm) 200 = = = 8,3 (m⁄h) 24 24 Lưu lượng nước thải trung bình giây: × 1000 8,3 × 1000 = = = 2,3 (l⁄s) 3600 3600 Bảng 3.1. Hệ số không điều hòa chung Hệ số Lưu lượng nước thải trung bình (l/s) không điều hòa chung 5 10 20 50 100 300 500 1000 ≥ 5000 K0 K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 Nguồn: TCXDVN 51:2008 Theo TCXDVN 51:2008, khi lưu lượng trung bình của nước thải nhỏ hơn 5 l/s thì lấy giá trị K0 của Qtb = 5 l/s, tương đương với giá trị K0 max= 2,5 và K0 min= 0,38, vậy lưu lượng lớn nhất và lưu lượng nhỏ nhất là: Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 22
  35. Khóa Luận Tốt Nghiệp Lưu lượng lớn nhất: = × = 8,3 × 2,5 = 20,75 (m ⁄h) Lưu lượng nhỏ nhất: = × = 8,3 × 0,38 = 3,15 (m ⁄h) Chọn đối tượng nước thải sinh hoạt tại khu dân cư A có đặc tính được trình bày trong bảng 3.2 Bảng 3.2. Đặc tính của nước thải sinh hoạt tại khu dân cư A QCVN Thông số Đơn vị Giá trị 14:2008, cột B pH - 6,5 - 7,5 5 - 9 SS mg/l 200 100 BOD5 mg/l 250 50 COD mg/l 370 100 + NH4 (tính theo N) mg/l 25 10 - NO3 (tính theo N) mg/l 10 50 Photpho tổng mg/l 10 10 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 23
  36. Khóa Luận Tốt Nghiệp 3.1.2. Yêu cầu đối với nước thải sau khi xử lý Yêu cầu xử lý đối với SS: − 200 − 100 = × 100 = × 100 = 50% 200 Trong đó: - SSv : hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải chưa xử lý, mg/l - SSr : hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải sau xử lý, mg/l Yêu cầu xử lý đối với BOD − 250 − 50 = × 100 = × 100 = 85% 250 v Trong đó: - BOD5 : hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào, mg/l r - BOD5 : hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu ra, mg/l Yêu cầu xử lý đối với COD − 370 − 100 = × 100 = × 100 = 73% 370 Trong đó: - CODv : hàm lượng COD trong nước thải đầu vào, mg/l - CODr : hàm lượng COD trong nước thải đầu ra, mg/l 3.2. Đề xuất, lựa chọn phương án xử lý nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư với thường chứa nhiều dầu mỡ nên sẽ được đưa qua bể tách dầu mỡ để tách dầu mỡ. Đặc biệt, thành phần chất ô nhiễm của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ, vi trùng gây bệnh và tỉ lệ BOD5/COD = 0,68 nên phương pháp xử lý sinh học kết hợp với khử trùng nước sẽ mang lại hiệu quả tốt. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 24
  37. Khóa Luận Tốt Nghiệp Nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ không quá cao nên phù hợp để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí. Dựa vào tính chất, thành phần của nước thải sinh hoạt và yêu cầu mức độ cần xử lý, em xin đề xuất hai phương án xử lý nước thải. Về cơ bản thì 2 phương án giống nhau về các công trình xử lý sơ bộ. Điểm khác nhau cơ bản giữa hai phương án là công trình xử lý sinh học. Phương án một là xử lý sinh học bằng bể Aeroten và phương án hai là xử lý sinh học bằng bể lọc sinh học. Sau đây là sơ đồ công nghệ và thuyết minh quy trình công nghệ của hai phương án: Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 25
  38. Khóa Luận Tốt Nghiệp 3.2.1. Phương án 1: Phương pháp hiếu khí – Aeroten Nước thải Song chắn rác Rác Ngăn tiếp nhận Nước tách bùn Bể tách dầu mỡ Bể điều hòa Máy thổi khí (A1, A2) Bể Aeroten Bùn tuần hoàn Bể lắng trong Bùn dư Nén bùn Clorin Bể khử trùng Sân phơi bùn Hệ thống thoát nước khu vực Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp Aeroten Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 26
  39. Khóa Luận Tốt Nghiệp Thuyết minh quy trình công nghệ - Nước thải được dẫn vào hệ thống xử lý, sau khi đi qua song chắn rác nước được đưa qua ngăn tiếp nhận, sau đó đến bể tách dầu mỡ để thu các loại dầu mỡ động thực vật, các loại dầu khác có trong nước thải. - Nước thải sau đó sẽ được dẫn vào bể điều hòa để điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm, nước thải trong bể điều hòa được đảo trộn liên tục nhờ hệ thống sục khí nhằm ngăn quá trình lắng cặn và giảm mùi hôi do phân hủy kị khí sinh ra. Ngoài ra trong bể điều hòa còn dẫn ra quá trình phân hủy sinh học hiếu khí nên cũng làm giảm đáng kể chất ô nhiễm hữu cơ. Không khí được cấp cho bể điều hòa từ một trong hai máy thổi khí A1, A2 chạy luân phiên (nhằm tăng tuổi thọ thiết bị) - Sau đó nước thải sẽ bơm qua bể Aeroten, tại đây dưới tác dụng của các vi sinh vật hiếu khí (bùn hoạt tính) và oxy không khí được cấp liên tục bằng hệ thống máy thổi khí (A1, A2), các chất ô nhiễm hữu cơ (COD, BOD, N hữu cơ, P hữu cơ) sẽ bị phân hủy. Đồng thời quá trình này tạo ra một lượng lớn sinh khối. Nồng độ oxy hòa tan luôn duy trì ở mức DO ≥ 2 mg/l - Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải sẽ tự chảy đến bể lắng trong. Bể này có nhiệm vụ tách bùn hoạt tính ra khỏi nước và làm trong nước, sau đó nước tiếp tục được đưa vào bể khử trùng. - Tại đây nước thải được cấp dung dịch NaOCl để tiêu diệt các vi sinh vật và và thành phần gây bệnh còn lại trong nước thải như Coliform, Ecoli, trước khi được xả ra nguồn tiếp nhận. - Bùn sinh ra trong quá trình xử lý sẽ được bơm tuần hoàn một phần về bể Aeroten để duy trì nồng độ sinh khối từ 2000 – 3000 mgMLSS/l, phần còn lại sẽ được dẫn vào bể chứa bùn. Lượng bùn nén sẽ được hút định kỳ mỗi năm một lần. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 27
  40. Khóa Luận Tốt Nghiệp 3.2.2. Phương án 2: Lọc sinh học N ước thải Song chắn rác Rác Ngăn tiếp nhận Bể tách dầu mỡ bùn c tách ớ ư N Máy thổi khí Bể điều hòa Bể chứa và (A1,A2) nén bùn Bể lọc sinh học i bùn i ố Bể lắng trong kh Sinh Chlorin Bể khử trùng Xe hút bùn Hệ thống thoát nước khu vực Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 28
  41. Khóa Luận Tốt Nghiệp Thuyết minh quy trình công nghệ - Nước thải được dẫn vào hệ thống xử lý, sau khi đi qua song chắn rác nước được đưa qua ngăn tiếp nhận, sau đó đến bể tách dầu mỡ để thu các loại dầu mỡ động thực vật, các loại dầu khác có trong nước thải. - Nước thải sau đó sẽ được dẫn vào bể điều hòa để điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm, nước thải trong bể điều hòa được đảo trộn liên tục nhờ hệ thống sục khí nhằm ngăn quá trình lắng cặn và giảm mùi hôi do phân hủy kị khí sinh ra. Ngoài ra trong bể điều hòa còn diễn ra quá trình phân hủy sinh học hiếu khí nên cũng làm giảm đáng kể chất ô nhiễm hữu cơ. Không khí được cấp cho bể điều hòa từ một trong hai máy thổi khí A1, A2 chạy luân phiên (nhằm tăng tuổi thọ thiết bị). - Sau đó nước thải sẽ được bơm qua bể lọc sinh học. Tại đây nước thải sẽ được tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân hủy kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật liệu lọc, bị nước cuốn theo. Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần dẫn đến sự giảm dần hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải do bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng. - Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải sẽ tự chảy đến bể lắng trong, bể này có nhiệm vụ tách bùn hoạt tính ra khỏi nước. - Sau đó nước thải sẽ dẫn ra bể khử trùng, tại đây nước thải được cấp dung dịch Chlorin để tiêu diệt các vi sinh vật và và thành phần gây bệnh còn lại trong nước thải như Coliform, Ecoli, trước khi được bơm ra nguồn tiếp nhận. - Bùn sinh ra trong quá trình xử lý sẽ được bơm tuần hoàn một phần về bể lọc sinh học để duy trì nồng độ sinh khối tứ 3000 – 4000 mgMLSS/l, phần còn lại sẽ được dẫn vào bể chứa bùn. Lượng bùn nén sẽ được hút định kỳ mỗi năm Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 29
  42. Khóa Luận Tốt Nghiệp một lần. Nước thải còn lại sau khi tách bùn sẽ được lại vào mương dẫn sau song chắn rác. - Nước thải sau khi xử lí sẽ đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (QCVN14:2008) cột B.  So sánh 2 phương án Bảng 3.3. So sánh ưu nhược điểm của hai phương án Phương án 1: Aertoten Phương án 2: Lọc sinh học Ưu điểm - Công suất cao - Tải trọng chất ô nhiễm thay đổi ở giới hạn rộng - Cấu tạo đơn giản trong ngày - Dễ dàng xây dựng và vận hành - Ít tiêu thụ năng lượng - Diện tích sử dụng nhỏ hơn Nhược - Chi phí vận hành đặc biệt chi phí - Tốn vật liệu lọc do đó giá điểm cho năng lượng sục khí tương đối thành vận hành và quản lý cao, không có khả năng thu hồi cao. năng lượng. - Không khí ra khỏi bể lọc - Không chịu được những thay đổi thường có mùi hôi thối xung đột ngột về tải trọng hữu cơ. quanh bể lọc có nhiều ruồi muỗi. - Hiệu suất quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ không khí. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 30
  43. Khóa Luận Tốt Nghiệp Căn cứ vào yêu cầu đối với nước thải đầu ra, xét thấy cả hai phương án trên đều cho hiệu quả xử lý tốt (đạt tiêu chẩn nước thải loại B theo QCVN: 14/2008 BTNMT). Tuy nhiên hệ thống xử lý nên ưu tiên cho phương án nào không gây ra nhưng tác động khó chịu cho người dân sống xung quanh và có diện tích nhỏ. Xét thấy phương án 1 là ưu điểm hơn cả. Vì vậy, chọn phương án 1 để xây dựng hệ thống xử lý nước thải với công suất 200m3/ngày đêm cho khu dân cư A. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 31
  44. Khóa Luận Tốt Nghiệp CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CÔNG SUẤT 200M3/NGÀY ĐÊM Tính toán các công trình đơn vị xử lý nước thải [1,3,4,8,10] 4.1. Song chắn rác (SCR) Nhiệm vụ của song chắn rác là giử lại các tạp chất, rác thải có kích thước lớn. Đây là công trình đầu tiên trong trạm xử lý nước thải. Chiều cao lớp nước trong mương trước song chắn rác. 5,75 × 10 ℎ = = = 0,055 () = 55() × 0,8 × 0,13 3 Trong đó: +: Lưu lượng giây lớn nhất (m /s). 20,75 = = = 5,75 × 10 (m⁄s) 3600 3600 + v : Vận tốc nước chảy trước SCR, phạm vi 0,7 ÷ 1,0( m/s) chọn v = 0,8 (m/s). + Bk : đường kính ống dẫn nước thải, Bk = 0,13 (m). Số khe hở của SCR : × 5,75 × 10 × 1,05 = = = 8,57 (khe) × ℎ × 0,8 × 0,055 × 0,016 Chọn n = 9 khe ⇒ Có 8 thanh song chắn rác Trong đó: + n : Số khe hở cần thiết của SCR 3 +: Lưu lượng giây lớn nhất (m /s). + v : Tốc độ nước chảy qua SCR từ v = 0,7 ÷ 1 m/s, chọn v = 0,8 (m/s) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 32
  45. Khóa Luận Tốt Nghiệp + b : Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 ÷ 25 mm, chọn b = 16 mm = 0,016 (m). + k : Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cào rác của SCR cơ giới, k = 1,05. Chiều rộng của song chắn rác: Bs = S × (n - 1) + (b × n) = 0,008 × (9 - 1) + (0,016 × 9) = 0,208(m) ≈ 0,21 (m) Chọn chiều rộng cửa đặt song chắn rác Bs = 0,21 (m) Với + S : Là chiều dày của mỗi thanh song chắn , thường lấy S = 0,008 (m). + b : Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 mm = 0,016 (m). + n : Số khe hở. n = 9 (khe) Kiểm tra sự lắng cặn ở phần mở rộng trước SCR, vận tốc nước thải trước SCR (Vkt) không được nhỏ hơn 0,4 m/s 5,75 × 10 = = = 0,49 (m⁄s) × ℎ 0,21 × 0,055 Vkt = 0,49(m/s) > 0,4 (m/s) ⇒ thỏa mãn điều kiện lắng cặn Tổn thất áp lực qua song chắn: ℎ = × × 2 Trong đó: + vmax : Vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng với Qmax, vmax = 0,8 (m/s) + K1 : Hệ số ứng với sự tăng tổn thất do vướng rác ở song chắn , K1 = 2 ÷ 3, chọn K1 = 3 + g : gia tốc trong trường, g = 9,81 (m/s2) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 33
  46. Khóa Luận Tốt Nghiệp + : Trở lực cục bộ của SCR. 0,008 = × ( ) × sin = 2,42 × × sin 60 = 0,83 0,016 Với: β : Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh chắn, chọn thanh chắn hình chữ nhật, β = 2,42 α : Góc nghiêng của SCR so với mặt phẳng ⇒ Tổn thất áp lực qua song chắn: 0,8 ℎ = × × = 0,83 × × 3 = 0,08() 2 2 × 9,81 Chiều dài phần mở rộng trước SCR: − 0,21 − 0,13 = = = 0,11() 2 × tan 2 × tan 20 Trong đó : + Bs : Chiều rộng của song chắn rác, Bs = 0,21 (m) + Bk : Đường kính ống dẫn nước thải , Bm= 0,13 (m) + : Góc nghiêng chỗ mở rộng , chọn = 20o Chiều dài phần mở rộng sau SCR: = × 0,5 = 0,055 () Chiều dài của mương để lắp đặt SCR: L = L1 + L2 + Ls Trong đó : Ls là chiều dài phần mương đặt SCR, Ls ≥ 1m (Theo giáo trình Xử lý nước thải, PGS.TS Hoàng Huệ). Chọn Ls = 1m Vậy L = 0,11 + 0,055 + 1 = 1,165 (m) Chọn L = 1,5 m Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt SCR: H = h + hs + hbv = 0,055 + 0,08 + 0,3 = 0,435 (m). Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 34
  47. Khóa Luận Tốt Nghiệp Trong đó: + hbv : Chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,3 + hs : Tổn thất áp lực qua SCR, hs= 0,08 (m). + h : Chiều cao lớp nước trong mương, h =0,055 m Chọn H = 0,45 m Chiều dài của mỗi thanh là: 0,45 = = = 0,52 () sin sin 60 Với: song chắn rác đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 600. Bảng 4.1. Tóm tắt các thông số thiết kế mương và song chắn rác. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài mương L m 1,5 2 Chiều rộng mương Bs m 0,21 3 Chiều sâu mương H m 0,45 4 Số thanh song chắn rác - Thanh 8 5 Góc nghiêng song chắn α Độ 60 6 Khoảng cách giữa các khe b mm 16 7 Bề dày thanh chắn S mm 8 8 Chiều dài thanh song chắn Lt mm 52 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 35
  48. Khóa Luận Tốt Nghiệp 52mm 60 Thanh chắn Tấm đậy 0,21m 1,5m Hình 4.1. Hệ thống song chắn rác 4.2. Ngăn tiếp nhận: Thể tích của ngăn tiếp nhận nước thải là: 20,75 × 20 = × = = 6,9 () 60 3 Trong đó: + = 20,75 (m /h) là lưu lượng nước thải lớn nhất giờ. + t: Là thời gian lưu nước trong bể thường từ, t = 10 ÷ 60 (phút). Chọn t = 20 (phút). Dựa vào thể tích bể ta chọn bể hình hộp chữ nhật có kích thước: Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 36
  49. Khóa Luận Tốt Nghiệp Chiều cao hữu ích Hh = 1,2 m, Chiều cao bảo vệ bể Hbv = 0,3 m ⇒ Chiều cao xây dựng của bể thu gom : H = Hh + Hbv = 1,2 + 0,3 = 1,5 (m) Diện tích của bể là: 6,9 = = = 4,6 () 1,5 Chọn chiều dài bể L = 2,5 m Chọn chiều rộng bể B = 2 m ⇒ Thể tích thực xây dựng bể thu gom : 3 Vt = L × B × H = 2,5 × 2 × 1,5 = 7,5 (m ) Ống dẫn nước thải Nước thải được bơm sang bể tách dầu mỡ bằng bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v= 1m/s (thường là 1 - 2,5m/s theo TCVN 51- 2008). Tiết diện ướt của ống: 5,75 × 10 = = = 5,75 × 10 () 1 Đường kính ống dẫn nước thải: 4 × 4 × 5,75 × 10 = = = 0,085() × 3,14 × 1 Chọn D = 85 mm Công suất bơm nước thải: × × × 5,75 × 10 × 5 × 1000 × 9,81 = = = 0,35() 1000 × 1000 × 0,8 3 Trong đó: Qtb : Lưu lượng nước thải trung bình (m /s). Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 37
  50. Khóa Luận Tốt Nghiệp H: Chiều cao cột áp (mH2O). Chọn H = 5m : Khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m3 : Hiệu suất bơm (%), = 0.7 ÷ 0,9 (chọn = 0,8) g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Chọn bơm chìm, được thiết kế 2 bơm có công suất như nhau. Các bơm hoạt động luân phiên nhau theo chế độ cài đặt nhằm đảm bảo tuổi thọ lâu bền của bơm. Bảng 4.2. Tóm tắt các thông số thiết kế bể thu gom nước thải. STT Tên thông số Đơn vị Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lưu nước t phút 20 2 Chiều rộng B m 2 Kích thước ngăn 3 Chiều dài L m 2,5 tiếp nhận 4 Chiều cao H m 1,5 5 Đường kính ống dẫn nước thải D mm 85 6 Công suất bơm nước thải N kW 0,35 4.3. Bể tách dầu mỡ [3] Bể tách dầu mỡ có chức năng tách sơ bộ dầu mỡ ra khỏi nước thải, tránh tình trạng bám dính các cặn bẩn dầu mỡ gây tắc, nghẽn thiết bị, đường ống Thể tích của bể tách dầu mỡ là: 8,3 × 20 = × = = 2,76() 60 3 Trong đó: + = 8,3 (m /h) là lưu lượng nước thải trung bình giờ. + t : Là thời gian lưu nước trong bể. Chọn t = 20 (phút). Chọn bể hình hộp chữ nhật Chiều cao hữu ích Hh = 1 m Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 38
  51. Khóa Luận Tốt Nghiệp Chiều cao xây dựng của bể: H = Hh + Hbv = 1+ 0,3 = 1,3 (m) Chọn chiều cao xây dựng: H = 1,5 (m) Diện tích hữu ích của bể là: 2,76 = = = 2,12() 1,3 Chọn chiều dài bể L = 2m Chọn chiều rộng bể B = 1m Thể tích xây dựng bể: 3 Vt = L × B × H = 2 × 1 × 1,5 = 3 (m ) Ống dẫn nước thải Nước thải được bơm sang bể điều hòa bằng bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v= 1m/s (thường là 1-2,5m/s theo TCVN 51-2008) Tiết diện ướt của ống: 5,75 × 10 = = = 5,75 × 10() 1 - Đường kính ống dẫn nước thải: 4 × 4 × 5,75 × 10 = = = 0,085() × 3,14 × 1 Chọn D = 85 mm Cứ 1 m3 nước thải chứa 2‰ lượng dầu mỡ cần phải vớt. Vậy lượng dầu trung bình cần phải vớt : 200 × 2‰ = 0,4 (m3/ng.đ) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 39
  52. Khóa Luận Tốt Nghiệp Bảng 4.3. Tóm tắt các thông số thiết kế bể tách dầu mỡ. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài bể L m 2 2 Chiều rộng bể B m 1 3 Chiều cao xây dựng H m 1,5 4 Chiều cao lớp nước Hh m 1 5 Thời gian lưu nước t phút 20 6 Đường kính ống dẫn nước thải D mm 85 3 7 Lượng dầu cần vớt - m /ng.đ 0,4 2m 1,5m 1m Hình 4.2. Sơ đồ bể tách dầu mỡ Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 40
  53. Khóa Luận Tốt Nghiệp 4.4. Bể điều hòa Bể điều hòa làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ chất trước khi vào các công trình xử lý sinh học. Làm cho các công trình xử lý sinh học làm việc ổn định hơn.  Kích thước bể Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4h (t = 4 ÷ 8h) Thể tích cần thiết của bể điều hòa: đ = × = 8,3 × 4 = 33,2 ( ) 3 Trong đó: : Lưu lượng nước thải trung bình giờ (m /h) Chiều cao hữu ích Hh = 2 m Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 Chiều cao xây dựng của bể: H = Hh + Hbv = 2+ 0,5 = 2,5 (m) Diện tích hữu ích của bể là: 33,2 = đ = = 13,28 () 2,5 Chọn chiều dài bể L = 4,5 m Chọn chiều rộng bể B = 3 m Thể tích xây dựng bể: 3 Vt = L × B × H = 4,5 × 3 × 2,5 = 33,75 (m )  Hệ thống phân phối khí Lượng khí nén cần cho bể điều hòa là: = đ × = 33,2 × 0,015 = 0,498 ( ⁄ℎú) = 8,3 (⁄) Trong đó : 3 3 + Vk :Tốc độ khí nén, Vk = 0,01 ÷ 0,015(m /m .phút). 3 3 Chọn Vk = 0,015 (m /m .phút) 3 + Vđ : Thể tích cần thiết của bể điều hòa, Vđ = 33,2 (m ) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 41
  54. Khóa Luận Tốt Nghiệp Chọn hệ thống phân phối khí bằng ống nhựa PVC đục lỗ, hệ thống gồm 1 ống chính và các ống nhánh. Khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,5 m, các ống cách tường 0,2 m. Vậy số ống nhánh khuếch tán khí là: − 2 × 0,2 4 − 2 × 0,2 = + 1 = + 1 = 8,2 (ố) 0,5 0,5 Chọn n = 8 ống Chọn đường kính ống chính thiết bị sục khí: Dc = 30mm = 0,03m Tiết điện ống chính: × 3,14 × 0,03 = = = 7,065 × 10() 4 4 Vận tốc khí trong ống chính: 8,3 × 10 = = = 11,75 (⁄) 7,065 × 10 Lưu lượng khí trong ống nhánh: 8,3 = = = 1,38 (⁄) 6 Chọn đường kính ống nhánh: Dn = 20mm = 0,02 m Tiết diện ống nhánh × 3,14 × 0,02 = = = 3,14 × 10() 4 4 Vận tốc khí trong ống nhánh: 8,3 × 10 = = = 26,43 (⁄) 3,14 × 10 Trên các ống nhánh có bố trí các lỗ đục đường kính lỗ: d = 3mm Khoảng cách giữa các lỗ: L = 30 ÷ 60 (mm), chọn L = 40mm Các ống bố trí theo phương ngang bể trên các giá đỡ có độ cao 0,1m so với đáy bể. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 42
  55. Khóa Luận Tốt Nghiệp Áp lực cần thiết của máy thổi khí là: Hk= hf + hc + hd + H = 0,5 + 0,4 + 2,5 = 3,4 (mH2O) = 0,33at (1 mH2O = 0.1 at) Trong đó: hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf ≤ 0,5m.Chọn hf =0,5 (m). hc : Tổn thất cục bộ của ống phân phối khí hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn. Tổn thất hc + hd ≤ 0,4m. Chọn hc + hd = 0,4m H : Chiều cao bể điều hòa, H = 2,5 (m). Công suất của máy nén khí: , × × = = − 1 29,7 × × Trong đó: - G: trọng lượng dòng không khí (kg/s) 273 = 1,293 × = 1,185(⁄) 273 + 25 0,498 = × = × 1,185 = 9.8 × 10(⁄) 60 - R: hằng số khí, R = 8,314 kJ/kmol oK o - T1: Nhiệt độ không khí đầu vào, T1 = 298 K - 29,7 là hệ số chuyển đổi K 1 1,395 1 - n = 0,283 (K = 1,395 đối với không khí) K 1,395 - e : Hiệu suất máy nén khí, chọn e = 0,8 (e = 0,7 ÷ 0,9) - P1=1 at; P2=Hk + 1=1,33 (at) . 9,8 × 10 × 8,314 × 298 1,33 , → = × − 1 = 0,3 () 29,7 × 0,283 × 0,8 1 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 43
  56. Khóa Luận Tốt Nghiệp Ống dẫn nước thải Nước thải được bơm sang bể Aeroten bằng bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v= 1m/s Đường kính ống dẫn nước thải: 4 × 4 × 8,3 = = = 0,054 () × 3,14 × 1 × 3600 Chọn D = 55 mm Công suất bơm nước thải: × × × 5,75 × 10 × 5 × 1000 × 9,81 = = = 0,35() 1000 × 1000 × 0,8 s 3 Trong đó: Q tb: Lưu lượng nước thải trung bình (m /s). H: Chiều cao cột áp (mH2O). Chọn H = 5m : Khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m3 : Hiệu suất bơm (%), = 0.7 ÷ 0,9 (chọn = 0,8) g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Chọn bơm chìm, được thiết kế 2 bơm có công suất như nhau. Trong đó một bơm hoạt động với công suất tối đa của hệ thống xử lý, bơm còn lại để dự phòng. Các bơm hoạt động luân phiên nhau theo chế độ cài đặt nhằm đảm bảo tuổi thọ lâu bền của bơm.  Hiệu quả xử lý sau bể điều hòa [8] Hàm lượng chất rắn lơ lủng (SS), BOD5 và COD của nước thải khi qua bể điều hòa đều giảm 10% 1 L SS = 200 × (100 – 10)% = 180 (mg/l) 1 L BOD5 = 250 × (100 – 10)% = 225 (mg/l) 1 L COD = 370 × (100 – 10)% = 333 (mg/l) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 44
  57. Khóa Luận Tốt Nghiệp Bảng 4.4. Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lưu nước t giờ 4 2 Chiều rộng B m 3 3 Kích thước bể Chiều dài L m 4,5 điều hòa 4 Chiều cao H m 2,5 5 Số ống nhánh phân phối khí n ống 8 6 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 30 7 Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn mm 20 8 Đường kính ống dẫn nước thải D mm 55 9 Đường kính lỗ khí d mm 3 10 Khoảng cách giữa các lỗ khí L mm 40 11 Công suất máy thổi khí Pm kW 0,3 12 Công suất bơm N kW 0,35 13 Bơm nước thải cái 2 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 45
  58. Khóa Luận Tốt Nghiệp Hình 4.3. Sơ đồ bể điều hòa Bể điều hòa được cung cấp không khí từ máy thổi khí AB1,2 theo hệ thống phân phối khí AB đều được đặt ở sát đáy bể. Không khí được cung cấp nhằm xáo trộn, tránh hiện tượng phân hủy kị khí tại bể này, đồng thời cân bằng ổn định nồng độ và tính chất nước thải, nhằm ổn định pH, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý hiếu khí. Sau đó nước thải từ Bể điều hòa theo đường ống P1,2 được thiết kế có dòng chảy ngược đi từ dưới lên nhờ chảy qua bể Aeroten. 4.5 Bể Aeroten Bể Aeroten có nhiệm vụ loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan có khả năng phân hủy sinh học nhờ quá trình vi sinh vật lơ lửng hiếu khí  Các thông số tính toán: 3 - Lưu lượng nước thải trung bình: Qtb = 200 (m /ng.đ) - Các thông số nước thải đầu vào: BOD5 = 225 (mg/l). COD = 333 (mg/l). Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 46
  59. Khóa Luận Tốt Nghiệp SS = 180 (mg/l). - Yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý: BOD5 = 50 (mg/l). COD = 100 (mg/l). SS = 100 (mg/l). - Nhiệt độ của nước thải t = 250C. - Chọn bể Aeroten kiểu khuấy trộn hoàn toàn - Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào: X0 = 0 - Nồng độ bùn hoạt tính lơ lưng dễ bay hơi trong bể Aeroten: X = 2500 mg/l - Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn: Xth = 10.000 mg/l - Thời gian lưu bùn trong hệ thống: θc = 0,75 ÷ 15 ngày, chọn θc = 10 ngày - Hệ số sản lượng bùn: Y = 0,4 ÷ 0,8 mgVSS/mg BOD5. Chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5. -1 - Hệ số phân hủy nội bào: Kd = 0,06 ngày - Độ tro của bùn hoạt tính: Z = 0,3 - Tỉ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính, F/M : 0,2 ÷ 1 (kg/kg.ngày). - Hiệu quả xử lý BOD5 : − 225 − 50 = = = 77,78% 225 - Hiệu quả xử lý COD : − 333 − 100 = = = 69,97% 333  Tính toán thiết kế: Thể tích bể Aeroten được xác định theo công thức: × × × ( − ) 200 × 0,6 × 10 × (225 − 50) = = = 52,5() × (1 + × ) 2500 × (1 + 0,06 × 10) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 47
  60. Khóa Luận Tốt Nghiệp Trong đó: - θc: Thời gian lưu bùn, chọn  c 10 (ngày). - Q: Lưu lượng trung bình ngày, Q = 200 m3/ngày đêm. - Y: Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5. - So: BOD5.của nước thải dẫn vào bể Aeroten, So = 225 mg/l - S: BOD5.của nước thải dẫn ra khỏi bể Aeroten, S = 50 mg/l. - X: Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X = 2500 mg/l. -1 - Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày Chiều cao hữu ích Hh = 2 m Chiều cao xây dựng của bể: H = Hh + Hbv = 2 + 0,5 = 2,5(m) Diện tích hữu ích của bể là: 52,5 = = = 26,25() 2 Chọn chiều rộng bể B = 4 m , Chiều dài bể : L = = = 6,5 (m) ,× Thời gian lưu nước: t = = = 6,3 (giờ) Tốc độ tăng trưởng của bùn: 0,6 = = = 0,375 1 + + 1 + 0,06 × 10 Trong đó: - θc: Thời gian lưu bùn, chọn  c 10 (ngày). - Y: Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5. -1 - Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: Px = Yb × Q(S – S0) = 0,375 × 200 × (225 – 50)10-3 = 13,125 (kg/ngày) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 48
  61. Khóa Luận Tốt Nghiệp Lượng bùn xả ra trong 1 ngày. Từ công thức: × × − × × = ⟹ = × + × × Trong đó: -V: Thể tích bể Aeroten, V = 52,5 (m3). - θc: Thời gian lưu bùn, chọn  c 10 (ngày). - X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể Aeroten, X = 2500 (mg/l) - Xw: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bùn thải Xw = (1 - 0,3) × 10000 = 7000 (mg/l) - Xe: Nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng. Xe = 0,7 × 50 = 35 mg/l. (0,7 là tỉ lệ cặn bay hơi trong tổng số cặn hữu cơ) 3 - Qe: Lưu lượng nước thải vào hệ thống. Qe = 200 (m /ng.đ) Từ đó tính được lưu lượng bùn thải: × − × × 52,5 × 2500 − 200 × 35 × 10 = = × 7000 × 10 = 0,875 (⁄à) Xác định lượng bùn tuần hoàn: Q Q+Qth Qra Lắng Aeroten X X0 trong ra Qth Xth Xth Qb Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 49
  62. Khóa Luận Tốt Nghiệp Cân bằng vật chất cho bể Aeroten: Q X 0 Qth X th (Q Qth ) X Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải. Qth: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn. X0: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aeroten (mg/l). X: Nồng độ VSS ở bể Aeroten, X = 3000 (mg/l). Xth: Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn Xth = 7000 (mg/l) Chia 2 vế của phương trình này cho Q và đặt tỉ số α = Qth/Q (α được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được: X th X X X 3000 Hay: 0,75 X th X 7000 3000 ⇒ Lưu lượng bùn tuần hoàn: 3 Qth= α × Q = 0,75 × 200 = 150 (m /ngày) Lượng oxy cần thiết cung cấp cho bể Aeroten: × ( − ) 200 × (225 − 50) = − 1,42 = − 1,42 × 8,505 1000 1000 × 0,6 = 46,26 (⁄à) Trong đó: - f : Hệ số chuyển đổi BOD5 sang BOD20 - 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế: 1 1 = × () × − 1,024 o Trong đó: - Cs20: Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 20 C Cs20 = 9,08 mg/l - Cd: Nồng độ oxy duy trì trong công trình xử lý nước Cd = 1,5 ÷ 2 (mg/l), chọn Cd = 2 mg/l Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 50
  63. Khóa Luận Tốt Nghiệp - β: Hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy β = 1 - α: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào trong nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, các chất bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng kích thước bể, α = 0,6 ÷ 2,4. Chọn α = 0,7 - T: Nhiệt độ nước thải, T = 25oC 9,08 1 1 ⇒ = 46,26 × × × = 74,01(⁄à) 9,08 − 2 1,024 0,7 Lượng không khí cần thiết: Chọn thiết bị phân phối dạng đĩa đường kính 170 mm Diện tích bề mặt 0,02 m2 Lưu lượng riêng phân phối của đĩa Ω = 150 - 200 l/phút. Chọn Ω =200 l/phút = × Trong đó: - OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối khí 3 OU = Ou × h = 7 × 1,5 =10,5 (gO2/m ) 3 Với Ou: Phụ thuộc vào hệ thống phân phối khí, Ou = 7 gO2/m .m h: Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h = 1,5 m - f : Hệ số an toàn, thường lấy f = 1,5 ÷ 2, chọn f = 2 74,01 → = × 2 = 14097,1 (⁄à) 10,5 × 10 Lượng đĩa thổi khí trong bể Aeroten 14097,1 × 10 = = = 48,94 (đĩ) 200 × 24 × 60 Chọn n = 49 đĩa Áp lực cần thiết của máy thổi khí là: Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 51
  64. Khóa Luận Tốt Nghiệp Hk= hf + hc + hd + H = 0,5 + 0,4 + 2,5 = 3,4 (mH2O) = 0,33atm (Có 1atm = 10,33 mH2O) Trong đó: hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf ≤ 0,5m.Chọn hf =0,5 (m). hc : Tổn thất cục bộ của ống phân phối khí hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn. Tổn thất hc + hd ≤ 0,4m. Chọn hc + hd = 0,4m H : Chiều cao bể điều hòa, H = 2,5 (m). Công suất của máy thổi khí: , × × = = − 1 29,7 × × Trong đó: - G: trọng lượng dòng không khí (kg/s) 14097,1 = × = × 1,3 = 0,212(⁄) í 24 × 3600 - R: hằng số khí, R = 8,314 kJ/kmol oK o - T1: Nhiệt độ không khí đầu vào, T1 = 298 K - 29,7 là hệ số chuyển đổi K 1 1,395 1 - n = 0,283 (K = 1,395 đối với không khí) K 1,395 - e : Hiệu suất máy nén khí, chọn e = 0,8 (e = 0,7 ÷ 0,9) - P1 = 1 at; P2 = Hk + 1= 0,33 + 1 = 1,33 (at) . 0,212 × 8,314 × 298 1,33 , → = × − 1 = 6,5() 29,7 × 0,283 × 0,8 1 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 52
  65. Khóa Luận Tốt Nghiệp Ống dẫn khí Vận tốc khí trong ống dẫn chính là v= 15m/s 3 Lưu lượng khí cần cung cấp, Qk = 14097.1 m / ngày Đường kính ống dẫn khí chính: 4 × 4 × 14097,1 = = = 0,117() × 3,14 × 15 × 24 × 3600 Chọn D = 120 mm Từ ống dẫn chính ta phân làm 8 ống nhánh cung cấp khí cho bể, lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh là: 14097,1 = = = 1762,13 (⁄à) 8 8 Vận tốc khí trong ống dẫn nhánh là v’ = 15m/s Đường kính ống dẫn khí nhánh: 4 × 4 × 1762,13 = = = 0,04() × 3,14 × 15 × 24 × 3600 Chọn d = 40 mm Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn: Chọn vận tốc bùn trong ống dẫn là v= 1 m/s 3 Lưu lượng bùn tuần hoàn, Qth = 150 m / ngày 4 × 4 × 150 = = = 0,048() × 3,14 × 1 × 24 × 3600 Chọn Db = 50 mm Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 53
  66. Khóa Luận Tốt Nghiệp Bảng 4.5. Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aeroten. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lưu nước t giờ 6,3 2 Chiều rộng B m 4 Kích thước bể 3 Chiều dài L m 6,5 Aeroten 4 Chiều cao H m 2,5 5 Đường khính ống dẫn khí chính D mm 120 6 Đường khính ống dẫn khí nhánh d mm 40 7 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn Db mm 50 8 Công suất máy thổi khí Pm kW 6,5 3 9 Lượng bùn thải ra trong 1 ngày Qw m 0,875 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 54
  67. Khóa Luận Tốt Nghiệp Khí nén Khí tuần hoàn Dòng ra Bùn tuần hoàn Bùn dư Hình 4.4. Sơ đồ mặt bằng bể Aeroten khuấy trộn hoàn toàn 4.6. Bể lắng trong Bùn sinh ra từ bể Aeroten và các chất lơ lửng sẽ bị lắng ở bể lắng II. Bùn hoạt tính sẽ được tuần hoàn trở lại bể Aeroten để giữ nồng độ bùn trong bể Aeroten ở mức ổn định. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 55
  68. Khóa Luận Tốt Nghiệp Diện tích của bể lắng II × (1 + ) × 8,3 × (1 + 0,7) × 2500 = = = 10,37 () × 10000 × 0,34 Trong đó: h h 3 Q tb: Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ, Q tb = 8,3 (m /h) X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten, X = 2500 (mg/l) Xth: Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn, Xth = 10000 (mg/l) α: Hệ số tuần hoàn, α = 0,7 vL: Tốc độ của bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL ×× = × Với: Vmax = 7 m/s CL: Nồng độ cặn tại mặt cắt L (bề mặt phân chia) 10000 = = = 5000(⁄) 2 2 K = 600, cặn chỉ số thể tích 50 < SVI <150 ×× → = 7 × = 0,34(⁄ℎ) Xây dựng bể lắng hình tròn, đường kính bể: 4 × 4 × 10,37 = = = 3,63 () 3,14 Đường kính buồng phân phối trung tâm: d = 20%D = 0,2 × 3,63 = 0,726 (m) Diện tích buồng phân phối trung tâm: 3,14 × 0,726 = × = = 0,41 () 4 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 56
  69. Khóa Luận Tốt Nghiệp Diện tích bể lắng kể cả buồng phân phối trung tâm: 2 Fb = F + f = 10,37 + 0,41 = 10,78 (m ) Tải trọng thủy lực: 200 = = = 19,2(⁄. à) 10,37 Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể: 19,2 = = = 0,8(⁄ℎ) 24 24 Xác định chiều cao của bể lắng. Chọn chiều cao hữu ích của bể lắng hi = 1 m Chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,5 m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m Vậy chiều cao xây dựng bể lắng II là: H = hi + hb + hbv = 1 + 0,5+ 0,5 = 2 (m) Thể tích vùng lắng: 3,14 = ( − )ℎ = (3,63 − 0,736) × 1 = 9,91() 4 4 3 Chọn VL = 10 (m ) Máng thu nước có đường kính bằng 0,8 lần đường kính bể Dmáng = 0,8 × 3,63 = 2,96 (m), chọn Dmáng = 3 m Chiều dài máng thu nước Lmáng = π × Dmáng = 3,14 × 3 = 9,42 (m), chọn Lmáng = 9,5 m Chọn chiều cao máng thu nước: hmáng = 0,5 (m) Máng bê tông cốt thép, dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ có dạng chữ V, góc 900 Ống dẫn bùn Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 57
  70. Khóa Luận Tốt Nghiệp 4 × 4 × 150,875 = = = 0,047() 24 × 3600 × × 24 × 3600 × 1 × 3,14 Chọn ống nhựa PVC có đường kính Db = 50 mm Trong đó: Qb: Lưu lượng bùn 3 Qb = Qw + Qth = 0,875 + 150 = 150,875 (m /ngày) Chọn vận tốc bùn chảy trong ống, v = 1 m/s Công suất bơm bùn tuần hoàn: × × × 1,736 × 10 × 5 × 1008 × 9,81 = = = 0,107() 1000 × 1000 × 0,8 Trong đó: - Qth: Lưu lượng bùn tuần hoàn 3 -3 3 Qth = 150 (m /ngày) = 1,736×10 (m /s). - H: Chiều cao cột áp (mH2O). Chọn H = 5m - : Khối lượng riêng của bùn, = 1008 kg/m3 - : Hiệu suất bơm (%), = 0.7 ÷ 0,9 (chọn = 0,8) - g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Bảng 4.6. Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng trong. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Đường kính bể D m 3,63 2 Chiều cao bể H m 2 3 Chiều dài máng thu nước Lmáng m 9,5 4 Đường kính máng thu nước Dmáng m 3 5 Công suất bơm N kW 0,107 6 Đường kính ống dẫn bùn Db mm 50 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 58
  71. Khóa Luận Tốt Nghiệp 2m 3,6m Hình 4.5. Bể lắng đứng dạng ly tâm 4.7. Bể tiếp xúc khử trùng Có chức năng loại bỏ vi khuẩn trong nước thải. Ở đây ta sử dụng hóa chất Clo để khử trùng nước thải. Thể tích bể tiếp xúc khử trùng h 3 V = Q tb × t = 8,3 ×0,5 = 4,15 (m ) Trong đó: t: thời gian tiếp xúc Clo với nước thải, chọn t = 30 phút = 0,5 giờ h Q tb: lưu lượng nước thải trung bình theo giờ. Chọn bể hình chữ nhật Chọn chiều cao bể: H = 1,5 m Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 59
  72. Khóa Luận Tốt Nghiệp V 4 ,15 Diện tích bề mặt bể: F 2 ,7 m 2 H 1,5 Chọn kích thước bể: L × B × H = 2,7m × 1m × 1,5m. Lượng Clo cần thiết để khử trùng nước thải: h -3 -3 m = a × Q tb = 3×10 × 8,3 = 24,9×10 (kg/h) Trong đó: h Q tb: lưu lượng nước thải trung bình theo giờ. a: liều lượng Clo hoạt tính trong nước thải sau khi đã qua xử lý sinh học hoàn toàn, a = 3 mg/l = 3×10-3 kg/m3  Lượng Clo dùng trong 1 ngày: m = 24,9×10-3 × 24 =0,5976 (kg/ngày) Lượng Clo dùng trong 1 tuần: mt = 0,5976 7 = 4,172 (kg/tháng) Lượng Clo dùng trong 1 tháng: mth = 0,5976 30 = 17,928 (kg/tháng) Vì lượng lượng clo dung trong 1 tháng là khá lớn, khiến cho thể tích bồn chứa Clo cũng lớn theo, gây tốn diện tích nên chỉ chọn xây bồn chứa có sức chứa Clo dùng cho 1 tuần. Vậy thể tích bồn chứa Clo dung cho 1 tuần là: m 4,172 V 2,8 m3 1,47 Với = 1,47 kg/m3: trọng lượng riêng của Clo Chọn thể tích bồn chứa Clo là: V = 3 m3 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 60
  73. Khóa Luận Tốt Nghiệp Bảng 4.7. Tóm tắt các thông số thiết kế bể khử trùng. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Chiều rộng B m 1 2 Kích thước bể Chiều dài L m 2,7 3 Chiều cao H m 1,5 4 Lượng clo tiêu thụ m kg/ngày 0,5976 5 Thể tích bồn chứa Clo V m3 3 Hình 4.6. Bể khử trùng Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 61
  74. Khóa Luận Tốt Nghiệp 4.8. Bể nén bùn Có chức năng làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư bằng cách nén cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (95 ÷ 97%) phục vụ cho quá trình xử lý bùn phía sau. Chọn thời gian lưu bùn: t = 2 ngày Thể tích hữu ích của bể nén bùn: 3 V = t × Qw = 2 × 0,875 = 1,75 (m ) 3 Với Qw: lượng bùn xả ra trong 1 ngày, Qw = 0,875 (m /ngày) Chọn bể hình chữ nhật, đáy có độ dốc 45% để tháo bùn Chọn diện tích bề mặt của bể: L × B = 1,8m × 1m Từ đó suy ra chiều cao hữu ích của bể là: hi = 1m. Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3 m Chiều cao tính theo độ dốc đáy bể: 0,875 ℎ = × 0,45 = 0,19 () 2 Chiều cao xây dựng bể nén bùn: Hxd = 1 + 0,3 + 0,19 = 1,49 (m) Chọn : Hxd = 1,5 (m) Khối lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày: M = S × Qw × 2% = 1,005 × 0,875 × 2% = 17,9 × 10-3 (tấn/ngày) = 17,9 (kg/ngày) Trong đó: 3 - Qw: Lượng bùn xả ra trong 1 ngày, Qw = 0,875 (m /ngày) - S: Tỷ trọng cặn, S = 1,005 (tấn/ ngày) - 2%: Nồng độ bùn sau khi ép Đường kính ống dẫn bùn Chọn vận tốc chảy trong ống dẫn bùn v = 0,01 (m/s) Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 62
  75. Khóa Luận Tốt Nghiệp 4 × 4 × 0,875 = = = 0,035() × 3,14 × 0,01 × 24 × 3600 Chọn D = 35 mm Bảng 4.8. Tóm tắt các thông số thiết kế bể nén bùn. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Chiều rộng B m 1 2 Kích thước bể Chiều dài L m 1,8 3 Chiều cao Hxd m 1,5 4 Đường kính ống dẫn bùn D mm 35 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 63
  76. Khóa Luận Tốt Nghiệp CHƯƠNG 5 DỰ TOÁN SƠ BỘ KINH PHÍ ĐẦU TƯ, VẬN HÀNH CHO CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 5.1. Sơ bộ chi phí đầu tư xây dựng [2,3] a. Chi phí xây dựng : Bảng 4.9. Dự toán chi phí xây dựng Thể tích Đơn giá Thành tiền STT Hạng mục công trình (m3) (VND) (VND) 1 Ngăn tiếp nhận 7,5 2.200.000 16.500.000 2 Bể tách dầu mỡ 3 2.200.000 6.600.000 3 Bể điều hòa 33,75 2.200.000 74.250.000 4 Bể Aeroten 65 2.200.000 143.000.000 5 Bể lắng trong 20,74 2.200.000 45.620.000 6 Bể tiếp xúc khử trùng 4,05 2.200.000 8.900.000 7 Bể nén bùn 2,7 2.200.000 5.900.000 Tổng 300.700.000 VAT (10%) 30.070.000 Tổng cộng 330.770.000 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 64
  77. Khóa Luận Tốt Nghiệp b. Phần chi phí thiết bị Bảng 4.10. Dự toán chi phí trang thiết bị Số Đơn giá Thành tiền STT Tên thiết bị lượng (VND) (VND) 1 Song chắn rác 1 2.000.000 2.000.000 Ngăn tiếp nhận: 2 - Bơm chìm (0,35 kW) 2 10.000.000 20.000.000 Bể tách đầu mỡ: - Hệ thống thanh gạt 1 3.000.000 3.000.000 3 - Motor gạt 1 6.000.000 6.000.000 - Máng thu dầu mỡ 1 2.000.000 2.000.000 Bể điều hòa: 4 - Máy nén khí (0,45 kW) 2 15.000.000 30.000.000 - Bơm chìm (0,14 kW) 2 6.500.000 13.000.000 Bể Aeroten: 5 - Máy nén khí (6,5 kW) 2 25.000.000 50.000.000 - Đĩa phân phối khí 27 350.000 9.450.000 Bể lắng trong: 6 - Bơm bùn tuần hoàn (0,107kW) 2 3.000.000 6.000.000 - Máng răng cua 1 500.000 500.000 Bể khử trùng: 7 - Bồn chứa Clo 1 550.000 550.000 - Bộ định lượng hóa chất 1 14.500.000 14.500.000 8 Hệ thống điện, tủ điều khiển 1 20.000.000 20.000.000 Hệ thống van, đường ống dẫn, 9 1 50.000.000 50.000.000 các thiết bị phụ kiện khác Tổng 227.000.000 VAT (10%) 22.700.000 Tổng cộng 249.700.000 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 65
  78. Khóa Luận Tốt Nghiệp Tổng kinh phí đầu tư qua các hạng mục công trình: 330.770.000 + 249.700.000 = 580.470.000 (đồng) Chi phí xây dựng cơ bản được khấu hao 20 năm và chi phí thiết bị máy móc khấu hao trong 10 năm. Vậy tổng chi phí đầu tư cho 1 năm là: 330.770.000 249.700.000 = + = 41.508.500 (⁄ă) ă 20 10 Chí phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý cho 1 m3 nước thải là: .. = 2.902.350 (VND/m3) 5.2. Chi phí quản lý và vận hành a. Chi phí công nhân Bảng 4.11. Dự toán chi phí nhân công STT Nhân công Số lượng Mức lương Lương năm (VND/tháng) (VND/năm) 1 Cán bộ kỹ thuật 1 5.000.000 60.000.000 2 Công nhân vận hành 1 3.000.000 36.000.000 Tổng 96.000.000 Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 66
  79. Khóa Luận Tốt Nghiệp b. Chi phí sử dụng điện năng Bảng 4.12. Dự toán chi phí sử dụng điện năng Số Giờ Công Điện Số STT Thiết bị hoạt hoạt suất năng tiêu lượng động động (kW/h) thụ (kW) 1 Bơm chìm ngăn tiếp 2 1 20 0,35 7 nhận 2 Máy nén khí bể điều 2 1 24 0,45 10,8 hòa 3 Bơm chìm bể điều hòa 2 1 20 0,14 2,8 4 Máy nén khí bể 2 1 24 6,5 156 Aeroten 5 Bơm bùn tuần hoàn 2 1 6 0,107 0,64 Tổng 177,24 Đơn giá cấp điện cho sản xuất hiện nay: 1389 VND/kWh Thành tiền (VND) 246.186 Chi phí điện năng trong 1 năm: 246.186 × 365 = 89.858.021 (VND) c. Chi phí hóa chất. Lượng clorua sử dụng trong 1 năm: 0,597 kg/ngày = 217,9 (kg/năm). Giá thành 1 kg Clo: 18.000 VND Chi phí hóa chất dùng cho 1 năm: 217,9 × 18.000 = 3.922.300 (VND).  Tổng chi phí quản lý và vận hành trong 1 năm: 96.000.000 + 89.858.021 + 3.922.300 = 189.780.321 (VND) ..  Giá thành xử lý 1 m3 nước thải: = 2.599 (VND/m3) × Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 67
  80. Khóa Luận Tốt Nghiệp KẾT LUẬN Nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư có đặc tính chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học (COD = 210 ÷ 740 mg/l; BOD5 = 100 ÷ 350 mg/l; SS = 100 ÷ 350 mg/l). Do đó áp dụng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí Aeroten kết hợp các phương pháp cơ học là phương án phù hợp và ưu điểm hơn cả. Qua quá trình thực hiện tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200m3/ngày đêm, thì các công trình đơn vị được thiết kế như sau: 1. Đề tài đã thực hiện tính toán thông số các công trình của hệ thống xử lý nước thải 3 Lưu lượng trung bình ngày: Qtb = 200 m Song chắn rác: Có dạng hình hộp chữ nhật, chiều dài mương L = 1,5m; chiều rộng mương B = 0,21m; chiều sâu mương H = 0,45m; 8 thanh chắn rác. Ngăn tiếp nhận: Hình hộp chữ nhật có chiều dài bể L = 2,5m; chiều rộng 3 bể B = 2m; chiều sâu bể H = 1,5m; thể tích Vt = 7,5 m Bể tách dầu mỡ: Chiều dài bể L = 2m; chiều rộng bể B = 1m; chiều sâu bể 3 H = 1,5m; thể tích Vt = 3 m Bể điều hòa: Hình hộp chữ nhật có chiều dài bể L = 4,5m; chiều rộng bể B 3 = 3m; chiều sâu bể H = 2,5m; thể tích Vt = 33,75 m Bể Aeroten: Chiều dài bể L = 6,5m; chiều rộng bể B = 4m; chiều sâu bể H 3 = 2,5m; thể tích Vt = 65 m Bể lắng trong: Hình trụ tròn có chiều cao bể H = 2m; đường kính bể D = 3 3,63 m; thể tích Vt = 20,74 m Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 68
  81. Khóa Luận Tốt Nghiệp Bể khử trùng: Hình hộp chữ nhật có chiều dài bể L = 2,7m; chiều rộng bể 3 B = 1m; chiều sâu bể H = 1,5m; thể tích Vt = 4,05 m Bể nén bùn: Hình hộp chữ nhật có chiều dài bể L = 1,8m; chiều rộng bể B 3 = 1m; chiều sâu bể H = 1,5m; thể tích Vt = 2,7 m Nước thải sinh hoạt sau khi qua hệ thống xử lý đạt QCVN14:2008 cột B với các thông số đầu ra: COD = 100 (mg/l) BOD5 = 50 (mg/l) SS = 100 (mg/l) Ứng với hiệu quả xử lý: COD = 73% BOD5 = 85% SS = 50% 2. Tổng chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải đã tính toán sơ bộ với giá hiện hành là: 580.470.000 VND (đã bao gồm VAT), tương ứng với chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý cho 1 m3 nước thải là: 2.902.350 VND. Tổng chi phí quản lý và vận hành trong 1 năm đã tính toàn sơ bộ với giá hiện hành là: 189.780.321 VND (đã bao gồm VAT), tương ứng với chi phí quản lý và vận hành hẹ thống xử lý cho 1m3 nước thải là: 2.599 (VND/m3). 3. Các chi phí này là tương đối phù hợp. Điều này là cơ sở cho các nhà đầu tư quản lý giải quyết vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay, đặc biệt trong các dự án khu chung cư, từ đó góp phần bảo vệ môi trường hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 69
  82. Khóa Luận Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Quy Chuẩn Việt Nam QCVN 14:2008/btnmt 2. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, TCXDVN 33:2006 3. TS. Trịnh Xuân Lai, Tính toán và thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, 2000. 4. Trần Văn Nhân – Ngô Thị Nga, Giáo trình, Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, 2000. 5. Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường, Sổ tay xử lý nước, NXB Xây Dựng, 1999. 6. PGS.TS Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, 1996. 7. Nguyễn Văn Phước, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Xây Dựng, 2002. 8. Lâm Minh Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, NXB Đại học quốc gia, 2010. 9. PTS Lê Văn Thược, Giáo trình cấp thoát nước, NXB Xây Dựng, 1993 10. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, TCXDVN 51:2008 11. Chiến lược Bảo vệ Môi trường Quốc gia đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020. Theo Quyết Định số 256/2003/QĐ-TTg ngày 02-12-2003. Khúc Việt Đức – MT1301 Trang 70