›
›

Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của khu chung cư - Ngô Văn Vinh

pdf 50 trang huongle 1050
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của khu chung cư - Ngô Văn Vinh", 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_cua_kh.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của khu chung cư - Ngô Văn Vinh

  1. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình, bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đồng Thị Kim Loan- Bộ môn CNMT - trƣờng Đại học KH Tự Nhiên và Th.s Hoàng Thị Thúy- giảng viên Khoa Môi Trƣờng - trƣờng ĐHDL Hải Phòng ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khóa luận. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trƣờng ĐHDL Hải Phòng nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trƣờng nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cƣơng cũng nhƣ các môn chuyên ngành, giúp em có những cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo đều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng hết mình, nhƣng do thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế nên bài khóa luận của em còn nhiều thiếu sót. Em rất mong đƣợc sự chỉ bảo của thầy cô và bạn bè. Hải Phòng, ngày 08 tháng 12 năm 2012 Sinh viên Ngô Văn Vinh
  2. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu chữ Ý nghĩa của chữ viết tắt viết tắt 1 BOD Nhu cầu oxy sinh hóa 2 COD Nhu cầu oxy hóa học 3 DO Hàm lƣợng oxy hòa tan 4 DS Tổng hàm lƣợng các chất hòa tan 5 FWS Bãi lọc ngầm trồng cây với hệ thống hoạt động bề mặt. 6 HSF Bãi lọc ngầm trồng cây với hệ thống chảy ngang 7 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 8 TN Tổng hàm lƣợng nitơ 9 TP Tổng hàm lƣợng photpho 10 TSS Tổng hàm lƣợng các chất rắn lơ lửng 11 SS Chất rắn lơ lửng 12 VDS Hàm lƣợng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi 13 VSF Bãi lọc ngầm trồng cây với hệ thống chảy đứng 14 VSS Hàm lƣợng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi
  3. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 2 1.1. Tổng quan về nƣớc thải 2 1.1.1. Khái niệm nƣớc thải.[3] 2 1.1.2. Phân loại nƣớc thải.[6] 2 1.1.3. Thành phần nƣơc thải sinh hoạt.[6] 3 1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc.[3] 4 1.2.1. Chỉ tiêu vật lý 4 1.2.2. Các chỉ tiêu hóa học 7 1.2.3. Chỉ tiêu vi sinh 11 1.3. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sinh hoạt[2,3,5,6] 12 1.3.1. Phƣơng pháp xử lý cơ học 12 1.3.1.1. Song chắn rác 12 1.3.1.2. Lắng cát 13 1.3.1.3. Lắng 13 1.3.2. Phƣơng pháp xử lý hóa học và hóa lý 13 1.3.2.1. Tuyển nổi 14 1.3.2.2. Keo tụ - tạo bông 14 1.3.2.3. Hấp phụ 15 1.3.2.4. Trao đổi ion 15 1.3.2.5. Trung hòa 15 1.3.2.6. Khử khuẩn 16 1.3.3. Phƣơng pháp sinh học 16 1.3.3.1. Phƣơng pháp kỵ khí 17 1.3.3.2. Phƣơng pháp hiếu khí 23 1.3.3.3. Bãi lọc ngầm trồng cây.[1,9] 24 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu. 27 2.2. Mục tiêu nghiên cứu. 27
  4. 2.3 . Các phƣơng pháp nghiên cứu.[8,10] 27 2.3.1. Phƣơng pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết 27 2.1. Phƣơng pháp phân tích, tổng hợp tài liệu 27 2.2. Phƣơng pháp so sánh 28 2.3. Phƣơng pháp hệ thống 28 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. 29 3.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải sinh hoạt của khu chung cƣ. 29 3.2. Bể tự hoại 30 3.3 Bể lọc kị khí 34 3.4 Bãi lọc ngầm 38 3.5. Giá thành xử lý 41 Kết luận và kiến nghị 42 Tài liệu tham khảo 44
  5. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Đặc tính thông thường của nước thải sinh hoạt 4 Bảng 1.2: Nồng độ các chất ra khỏi bể tự hoại 22
  6. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Bể tự hoại với 4 vùng phân bố theo chiều sâu ngập nước 20 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu chung cư. 29 Hình 3.2: Mô hình bể tự hoại dòng hướng lên. 30 Hình 3.3: Các vùng lắng trong bể tự hoại 31 Hình 3.4: Mô hình bể lọc kị khí 34 Hình 3.5: Mô hình bãi lọc ngầm 38
  7. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng LỜI MỞ ĐẦU Tốc độ độ thị hóa ở Việt Nam rất nhanh song song với sự phát triển của kinh tế, chính trị và văn hóa. Tuy nhiên, đô thị hóa cũng mang lại cho chúng ta nhiều bất cập. Và môi trƣờng là một trong những vấn đề nhƣ thế. Không chỉ riêng ở Việt Nam, mà ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, môi trƣờng nƣớc là một vấn đề lớn mà chúng ta phải đối mặt. Hầu hết nƣớc thải sinh hoạt không đƣợc xử lý mà thải thẳng trực tiếp vào môi trƣờng, gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm, tác động xấu đến điều kiện vệ sinh và ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Vì vậy, nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải đã đƣợc các quốc gia lựa chọn và áp dụng, tùy thuộc vào điều kiện của mình. Trong những mô hình nhƣ thế, đƣợc đánh giá cao nhất và đƣợc chú ý nhiều nhất chính là mô hình xử lý nƣớc thải kết hợp bể tự hoại, bể lọc kị khí và bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Xử lý nƣớc thải bằng mô hình này đã và đang đƣợc áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới với ƣu điểm rẻ tiền, dễ vận hành đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao. Đây là công nghệ xử lý nƣớc thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trƣờng, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trƣờng, hệ sinh thái của địa phƣơng. Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nƣớc thải sau xử lý còn giá trị kinh tế khác. Mặt khác, Việt Nam là một nƣớc nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm, rất thích hợp cho việc áp dụng mô hình này. Để tìm hiểu sâu hơn các ƣu, nhƣợc điểm cũng nhƣ khả năng ứng dụng của mô hình này vào thực tế, em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải sinh hoạt của khu chung cƣ” làm đề tài tốt nghiệp. 1 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  8. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nƣớc thải 1.1.1. Khái niệm nƣớc thải.[3] Nƣớc thải là nƣớc đã qua sử dụng cho các mục đích nhƣ: sinh hoạt, dịch vụ, tƣới tiêu, sản xuất làm thay đổi thành phần và tính chất ban đầu. Trong nƣớc thải có chứa các tạp chất vô cơ và hữu cơ, tồn tại dƣới dạng hòa tan, không hòa tan, keo, lơ lửng. Nếu các thành phần này ở trong nƣớc với nồng độ cao sẽ gây tác động tiêu cực tới môi trƣờng, ảnh hƣởng tới sự sinh trƣởng và phát triển của động, thực vật thủy sinh, ảnh hƣởng tới đời sống, sức khỏe của con ngƣời. 1.1.2. Phân loại nƣớc thải.[6] Nƣớc thải đƣợc phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn biện pháp hoặc công nghệ xử lý. Có nhiều nguồn phát sinh nƣớc thải nhƣng nguồn phát sinh với lƣu lƣợng lớn và thành phần ô nghiễm cao là sinh hoạt và sản xuất công nghiệp. Nƣớc thải sinh hoạt: Là nƣớc đƣợc thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con ngƣời: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân Chúng thƣờng đƣợc thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trƣờng học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác. Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt của một khu dân cƣ phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nƣớc và đặc điểm của hệ thống thoát nƣớc. Nƣớc thải sinh hoạt gồm 2 loại: Nƣớc đen: Nƣớc thải có độ nhiễm bẩn rất cao do chất bài tiết của con ngƣời từ các tolet. Thƣờng đƣợc xử lý sơ bộ qua bể tự hoại. Tuy nhiên, hầu nhƣ chất lƣợng đầu ra sau bể tự hoại vẫn chƣa đạt tiêu chuẩn, nhƣng nhờ bể tự hoại mà một lƣợng lớn các chất ô nhiễm đƣợc xử lý. Nƣớc xám: Nƣớc thải có độ nhiễm bẩn thấp hơn so với nƣớc đen, phát sinh từ các hoạt động tại nhà bếp, tắm, giặt, vệ sinh sàn nhà Nƣớc xám hầu nhƣ chƣa đƣợc xử lý mà thải thẳng ra ngoài môi trƣờng. 2 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  9. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Nƣớc thải công nghiệp: Là nƣớc thải đƣợc tạo ra sau khi đã đƣợc sử dụng trong các quá trình công nghệ sản xuất của các xí nghiệp công nghiệp. Đặc tính ô nghiễm và nồng độ của nƣớc thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào từng loại hình công nghiệp và công nghệ lựa chọn. Thành phần ô nhiễm chính của nƣớc thải công nghiệp là các chất vô cơ, các kim loại nặng, các chất hữu cơ dạng hòa tan, các chất hữu cơ vi lƣợng gây mùi, các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Trong nƣớc thải công nghiệp còn có thể chứa dầu, mỡ và các chất nổi, các chất lơ lửng, kim loại nặng, các chất dinh dƣỡng (N, P) với hàm lƣợng cao. 1.1.3. Thành phần nƣơc thải sinh hoạt.[6] Các chất chứa trong nƣớc thải sinh hoạt bao gồm chất hữu cơ, chất dinh dƣỡng, chất lơ lửng và vi sinh vật. Các chất hữu cơ có trong nƣớc thải sinh hoạt chiếm khoảng 58% tổng các chất gồm: các chất hữu cơ thực vật (cặn bã thực vật, rau, quả, giấy ) và các chất hữu cơ động vật (chất bài tiết của con ngƣời và động vật, xác động vật ). Các chất hữu cơ trong nƣớc thải theo đặc tính hóa học gồm chủ yếu là protein (40 – 60%), hydratcacbon (25 – 50%), các chất béo, dầu mỡ (10%). Ure cũng là chất hữu cơ quan trọng trong nƣớc thải sinh hoạt. Nồng độ các chất hữu cơ thƣờng đƣợc xác định thông qua chỉ tiêu BOD và COD. Các chất vô cơ trong nƣớc thải chiếm 42% gồm: cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ, dầu khoáng Trong nƣớc thải có mặt nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, virut, nấm, rong tảo, trứng giun sán Trong số các dạng vi sinh vật có thể có cả các vi trùng gây bệnh, ví dụ: tả, lị, thƣơng hàn có khả năng gây thành dịch bệnh. Về thành phần hóa học thì các loại vi sinh vật thuộc nhóm các chất hữu cơ. 3 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  10. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Bảng 1.1: Đặc tính thông thường của nước thải sinh hoạt Nồng độ Chỉ tiêu Cao Trung bình Thấp BOD5 400 220 110 COD 1000 500 250 Đạm hữu cơ 35 15 8 Đạm amôn 50 25 12 TN 85 40 20 TP 15 8 4 TSS 1200 720 350 SS 350 220 100 (Nguồn: Metcalf and Eddy.1991. Trích bởi Chongrak 1989) 1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc.[3] Việc xác định các chỉ tiêu của nƣớc sẽ cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm hay hiệu quả của phƣơng pháp xử lý nƣớc thải. 1.2.1. Chỉ tiêu vật lý Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hƣởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy ra trong nƣớc. Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trƣờng xung quanh, vào thời gian trong ngày, vào mùa trong năm Nhiệt độ cao làm DO trong nƣớc giảm, làm giảm đáng kể đến chế độ hòa tan oxi từ không khí vào nƣớc. Nhiệt độ trong nƣớc tăng sẽ làm tăng các phản ứng hóa sinh, kích thích sự phát triển của vi tảo Nƣớc làm mát của các ngành công nghiệp hay nƣớc nồi hơi từ các nhà máy nhiệt điện có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trƣờng từ 10-150C theo dòng thải ra ngoài môi trƣờng gây ô nhiễm nhiệt cho nguồn tiếp nhận. Nƣớc nóng có thể làm thay đổi quá trình sống, thậm chí thay đổi cả thành phần loài các quần thể sinh vật trong thủy vực. Màu sắc: Nƣớc nguyên chất không có màu. Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nƣớc (thƣờng là do chất mùn, một số ion vô cơ, một số loài thủy sinh 4 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  11. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng vật ). Màu sắc làm mất mỹ quan, gây nên ấn tƣợng tâm lý cho ngƣời sử dụng và hạn chế quá trình tổng hợp diệp lục của thực vật thủy sinh, giảm chất lƣợng sử dụng của nƣớc. Nƣớc thải sinh hoạt, công nghiệp thƣờng có màu nâu hoặc đen. Có nhiều phƣơng pháp xác định màu của nƣớc, nhƣng thƣờng sử dụng phƣơng pháp so sánh mẫu với các dung dịch chuẩn nhƣ clorophantinat coban.Đơn vị đo độ màu thƣờng dùng là platin-coban. Nƣớc thiên nhiên thƣờng có độ màu thấp hơn 200PtCo. Mùi vị: Nƣớc sạch không có mùi, khi nhiễm bẩn có mùi lạ. Trong nƣớc thải chứa nhiều tạp chất hóa học làm cho nƣớc thải có mùi lạ đặc trƣng, quá trình phân giải các chất hữu cơ trong nƣớc cũng làm cho nƣớc có mùi vị khác thƣờng. Ví dụ nhƣ nƣớc thải có mùi trứng thối là do H2S, mùi tanh do sắt, có vị chát do sunfat, mùi khai do NH3, mùi hôi do CH3(CH2)3SH,CH3SH, mùi thịt thối NH2(CH2)4NH, mùi nồng do Cl2, vị mặn do NaCl. Xác định mùi của nƣớc thải bằng cách: lấy mẫu nƣớc thải đƣợc đƣa vào bình đậy kín nắp, lắc khoảng 10 – 20 giây rồi mở nắp, ngửi mùi và đánh giá mùi. Lƣu ý không để dòng hơi đi thẳng vào mũi. Độ đục: Nƣớc có độ đục lớn chứng tỏ nƣớc có nhiều cặn bẩn, nƣớc đục thƣờng có độ đục 20 – 100 NTU. Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nƣớc. Các chất lơ lửng trong nƣớc có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật. Độ đục làm giảm khả năng truyền sáng của nƣớc, ảnh hƣởng tới quá trình quang hợp. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, độ đục đƣợc xác định bằng chiều sâu lớp nƣớc thấy đƣợc (gọi là độ trong) mà ở độ sâu đó ngƣời ta vẫn đọc đƣợc hàng chữ tiêu chuẩn. Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nƣớc còn thấy đƣợc càng lớn. Nƣớc đƣợc gọi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1 m (hay độ đục nhỏ hơn 10 NTU). Theo qui định của TCVN, độ đục của nƣớc sinh hoạt phải nhỏ hơn 5 NUT. Độ nhớt: Độ nhớt là đại lƣợng biểu thị sự ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau. Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nƣớc. Độ nhớt tăng khi hàm lƣợng các muối hoà tan trong nƣớc tăng và giảm khi nhiệt độ tăng. 5 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  12. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Độ dẫn điện: Nƣớc có độ dẫn điện kém. Nƣớc tinh khiết ở 200C có độ dẫn điện là 4,2 μS/m (tƣơng ứng điện trở 23,8MΩ/cm). Độ dẫn điện của nƣớc tăng theo hàm lƣợng các chất khoáng hoà tan trong nƣớc và dao động theo nhiệt độ. Thông số này thƣờng đƣợc dùng để đánh giá tổng hàm lƣợng chất khoáng hoà tan trong nƣớc. Tính phóng xạ: Tính phóng xạ của nƣớc là do sự phân huỷ các chất phóng xạ trong nƣớc tạo nên. Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thƣờng đƣợc dùng để xác định tính phóng xạ của nƣớc. Các hạt α bao gồm 2 proton và 2 nơtron có năng lƣợng xuyên thấu nhỏ, nhƣng có thể xuyên vào cơ thể sống qua đƣờng hô hấp hoặc tiêu hoá, gây tác hại cho cơ thể do tính ion hoá mạnh. Các hạt β có khả năng xuyên thấu mạnh hơn, nhƣng dễ bị ngăn lại bởi các lớp nƣớc và cũng gây tác hại cho cơ thể. Tổng hàm lƣợng các chất rắn (TS): Các chất rắn trong nƣớc có thể là những chất tan hoặc không tan. Các chất này bao gồm cả những chất vô cơ lẫn các chất hữu cơ. Tổng hàm lƣợng các chất rắn là lƣợng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nƣớc trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lƣợng không đổi. Đơn vị tính bằng mg/l. Tổng hàm lƣợng các chất lơ lửng (SS): Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nƣớc. Hàm lƣợng các chất lơ lửng là lƣợng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nƣớc mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lƣợng không đổi. Đơn vị tính là mg/l. Tổng hàm lƣợng các chất hòa tan (DS): Các chất rắn hòa tan là những chất tan đƣợc trong nƣớc, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ. Hàm lƣợng các chất hòa tan là lƣợng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nƣớc mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lƣợng không đổi. Đơn vị tính là mg/l. DS = TS – SS Tổng hàm lƣợng các chất dễ bay hơi: Để đánh giá hàm lƣợng các chất hữu cơ có trong mẫu nƣớc, ngƣời ta còn sử dụng các khái niệm tổng hàm lƣợng các chất không tan dễ bay hơi, tổng hàm lƣợng các chất hòa tan dễ bay hơi. 6 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  13. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Hàm lƣợng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) là lƣợng mất đi khi nung lƣợng chất rắn huyền phù (SS) ở 550oC cho đến khi khối lƣợng không đổi. Hàm lƣợng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi (VDS) là lƣợng mất đi khi nung lƣợng chất rắn hòa tan (DS) ở 550oC cho đến khi khối lƣợng không đổi. 1.2.2. Các chỉ tiêu hóa học Độ pH: pH là chỉ số đặc trƣng cho nồng độ ion H+ đƣợc dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nƣớc. pH = 7 nƣớc có tính trung tính. pH 7 nƣớc có tính kiềm. pH là một chỉ tiêu cần đƣợc xác định để đánh giá chất lƣợng nguồn nƣớc. Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nƣớc, các quá trình sinh học trong nƣớc. Giá trị pH của nguồn nƣớc góp phần quyết định phƣơng pháp xử lý nƣớc. Nƣớc thải sinh hoạt có pH dao động trong khoảng 7,2 – 7,6. Độ pH của nƣớc có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hoà tan trong nƣớc. Ở độ pH < 5, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nƣớc có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hoà tan và một số loại khí nhƣ CO2, H2S tồn tại ở dạng tự do trong nƣớc. Độ pH đƣợc ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat có trong nƣớc bằng biện pháp làm thoáng. Ngoài ra khi tăng pH và có thêm tác nhân oxy hoá, các kim loại hoà tan trong nƣớc chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nƣớc bằng biện pháp lắng, lọc. Độ cứng: Độ cứng của nƣớc là đại lƣợng biểu thị hàm lƣợng các ion canxi và magiê có trong nƣớc. Trong kỹ thuật xử lý nƣớc sử dụng ba loại khái niệm độ cứng: Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lƣợng các ion canxi và magiê có trong nƣớc. Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lƣợng các ion Ca2+, Mg2+ trong các muối cacbonat và bicacbonat có trong nƣớc. 7 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  14. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lƣợng các ion Ca2+, Mg2+ trong các muối của clorua và sunfat trong nƣớc. Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau: Đức (o dH): 1 o dH = 10 mg CaO/l nƣớc o o Pháp ( dH ): 1 dH = 10 mg CaCO3/0,7 l nƣớc o o Anh ( e ): 1 e = 10 mg CaCO3/0,7 l nƣớc Đông Âu (mgđl/l): 1 mgđl/l = 2,8 o dH. Tuỳ theo giá trị độ cứng, nƣớc đƣợc phân loại thành: Độ cứng 300 mg CaCO3/l: nƣớc rất cứng. Ở Việt Nam dùng đơn vị đo độ cứng là mili đƣơng lƣợng trong 1 lít (mđlg/l) khi đo độ cứng < 0,001 mđlg/l dùng micro đƣơng lƣợng gam trong lít (µmđlg/l). Hàm lƣợng oxi hòa tan (DO): Oxi hòa tan trong nƣớc không tác dụng với nƣớc về mặt hóa học. Hàm lƣợng DO trong nƣớc phụ thuộc nhiều yếu tố nhƣ áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nguồn nƣớc, số lƣợng vi sinh, thủy sinh vật Đây là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn nƣớc. Mọi nguồn nƣớc đều có khả năng tự làm sạch nếu nhƣ nguồn nƣớc đó còn đủ một lƣợng DO nhất định. Hàm lƣợng DO bão hòa trong nƣớc sạch ở áp suất 1 atm theo nhiệt độ. Ở nhiệt độ bình thƣờng, độ hòa tan tới hạn của oxi trong nƣớc vào khoảng 8 – 10 mg/l. DO trong nƣớc thấp, chứng tỏ nƣớc bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng. Để xác định DO thƣờng sử dụng chất oxy hóa là pecmanganat kali (KMnO4). Nhu cầu oxi hóa học (COD): Là lƣợng oxi cần thiết để oxi hóa hoàn toàn các chất hữu cơ và một phần nhỏ các chất vô cơ dễ bị oxi hóa trong nƣớc thải. COD giúp phần nào đánh giá đƣợc lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc có thể bị oxi hóa bằng các chất hóa học (hay mức độ ô nhiễm của nƣớc). 8 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  15. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Để xác định chỉ số COD trong nƣớc ta sử dụng tác nhân có tính oxi hóa mạnh trong môi trƣờng axit để oxi hóa chất hữu cơ. Ví dụ dùng chất oxi hóa mạnh nhƣ K2Cr2O7 thì phƣơng trình phản ứng nhƣ sau: 2- + Ag2SO4 3+ Chất hữu cơ + Cr2O7 + H CO2 + H2O + Cr Sau đó đo mật độ quang của dung dịch phản ứng trên, dựa vào đƣờng chuẩn để xác định COD. Đơn vị là mgO2/l. Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD): Là lƣợng oxi cần thiết để vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ trong nƣớc thải. Tƣơng tự nhƣ COD, BOD cũng là một chỉ tiêu dùng để xác định mức độ nhiễm bẩn của nƣớc (đơn vị tính cũng là mgO2/l). Trong môi trƣờng nƣớc, khi quá trình oxi hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxi hòa tan để oxi hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm 2- 2- 3- - vô cơ bền nhƣ: CO2, CO3 , SO4 , PO4 và NO3 Nƣớc thải sinh hoạt có hàm lƣợng các chất hữu cơ dễ phân hủy cao và các chất chất hữu cơ khó phân hủy thấp. Nƣớc thải của các ngành công nghiệp thuộc da, sản xuất giấy, dệt nhuộm có hàm lƣợng chất hữu cơ khó phân hủy cao. Nƣớc thải có chứa hàm lƣợng chất hữu cơ dễ phân hủy cao thì phƣơng pháp xử lý thƣờng đƣợc sử dụng là phƣơng pháp sinh học. COD ≥ BOD5, tỷ số BOD : COD luôn thay đổi tùy thuộc vào tính chất của nƣớc thải. Phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc áp dụng khi tỷ số BOD : COD bằng khoảng 0,5 – 0,7 và BOD : N : P = 100 : 5 : 1 khi xử lý hiếu khí, BOD : N : P = 100 : 3 : 0,5 khi xử lý kị khí. Tổng hàm lƣợng nitơ (TN): Quá trình phân huỷ các chất nitơ hữu cơ tạo ra + - - amoniac (NH4 ), nitrit (NO2 ) và nitrat (NO3 ). Do đó các hợp chất này thƣờng đƣợc xem là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nƣớc. Tùy theo mức độ có mặt của từng loại hợp chất nitơ mà ta có thể biết mức độ và thời gian nguồn nƣớc bị ô nhiễm. Khi nƣớc mới bị ô nhiễm thì hợp chất nitơ chủ yếu là NH4 (nƣớc nguy hiểm). 9 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  16. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng - Nƣớc chứa chủ yếu NO2 thì nguồn nƣớc đã bị ô nhiễm một thời gian dài hơn (nƣớc ít nguy hiểm hơn). - Nƣớc chứa chủ yếu là NO3 thì quá trình oxy hóa đã kết thúc (nƣớc ít nguy hiểm). Việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho hàm lƣợng nitrat trong nƣớc tự nhiên tăng cao. Ngoài ra do cấu trúc địa tầng ở một số đầm lầy, nƣớc thƣờng nhiễm nitrat. Trong các thủy vực, nitơ là chất dinh dƣỡng không thể thiếu - cho động vật, thực vật, vi sinh vật phát triển. Tuy nhiên nồng độ NO3 cao sẽ làm cho rong, tảo phát triển mạnh, gây phú dƣỡng thủy vực, ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng nƣớc. Nếu dùng nƣớc uống có hàm lƣợng nitrat cao có thể ảnh hƣởng đến máu, thƣờng gây bệnh xanh xao ở trẻ em và ung thƣ dạ dày. Tổng hàm lƣợng Photpho (TP): Trong nƣớc tự nhiên các hợp chất thƣờng gặp nhất là photphat, khi nguồn nƣớc bị nhiễm bẩn bởi rác và hợp chất hữu cơ 3- trong quá trình phân hủy, giải phóng ion PO4 có thể tồn tại dƣới dạng H2PO4, 2- 3- HPO4 , PO4 . Photpho là một trong những nguồn dinh dƣỡng cần thiết cho thực vật thủy sinh phát triển, nhƣng cũng là nhân tố góp phần thúc đẩy hiện tƣợng phú dƣỡng và gây ô nhiễm ở các thủy vực. Photphat không thuộc loại độc hại đối với con ngƣời nhƣng sự tồn tại của chất này với hàm lƣợng cao trong nƣớc sẽ gây cản trở cho quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt động của các bể lắng. Đối với những nguồn nƣớc có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng cao tạo thành nhiều bọt nổi trên mặt nƣớc, nhất là lúc trời nắng trong ngày. Nƣớc thải chứa hàm lƣợng photpho cao nhƣ nƣớc thải sản xuất phân lân, sản xuất bột giặt, nƣớc thải sinh hoạt, nông nghiệp, chăn nuôi Phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc áp dụng khi trong nƣớc thải có tỉ số BOD5: N: P = 100: 5: 1. Sắt: Sắt tồn tại trong nƣớc dƣới dạng sắt (II) hoặc sắt (III). Trong nƣớc ngầm, sắt thƣờng tồn tại dƣới dạng sắt (II) hoà tan của các muối bicacbonat, sunfat, clorua, đôi khi dƣới dạng keo của axit humic hoặc keo silic. Khi tiếp xúc với oxy hoặc các chất oxy hoá, sắt (II) bị oxy hoá thành sắt (III) và kết tủa bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. Khi trong nƣớc có hàm lƣợng sắt > 0,5 mg/l, nƣớc có mùi 10 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  17. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hƣ hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp và làm giảm tiết diện vận chuyển nƣớc của đƣờng ống. Clorua: Clorua làm cho nƣớc có vị mặn. Ion này thâm nhập vào nƣớc qua sự hoà tan các muối khoáng hoặc bị ảnh hƣởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nƣớc ngầm hay ở đoạn sông gần biển. Việc dùng nƣớc có hàm lƣợng clorua cao có thể gây ra bệnh về thận. Ngoài ra, nƣớc chứa nhiều clorua có tính xâm thực đối với bêtông. 2- Các hợp chất sulfat: Ion SO4 có trong nƣớc do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu cơ. Với hàm lƣợng lớn hơn 250 mg/l gây tổn hại cho sức khỏa con ngƣời. 2- Ở điều kiện yếm khí, SO4 phản ứng tạo thành khí H2S có độc tính cao. 1.2.3. Chỉ tiêu vi sinh Vi trùng gây bệnh có trong nƣớc là do sự nhiễm bẩn rác, phân ngƣời và động vật. Chất lƣợng về mặt vi sinh của nƣớc thƣờng đƣợc biểu thị bằng nồng độ của vi khuẩn E.Coli. Sự có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nƣớc bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lƣợng nhiều hay ít tùy thuộc vào mức độ nhiễm bẩn. Ƣớc tính mỗi ngày mỗi ngƣời bài tiết khoảng 2.1011 vi khuẩn E.coli. Rong tảo phát triển trong nƣớc làm nƣớc bị nhiễm bẩn hữu cơ và làm cho nƣớc có màu xanh. Nƣớc mặt có nhiều loại rong tảo sinh sống trong đó loài gây hại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào. Hai loại tảo này khi phát triển trong đƣờng ống có thể gây tắc nghẽn đƣờng ống đồng thời làm cho nƣớc có tính ăn mòn do quá trình hô hấp thải ra khí cacbonic. Vi khuẩn thƣờng ở dạng đơn bào. Tế bào có cấu trúc đơn giản so với các sinh vật khác. Vi khuẩn trong nƣớc uống có thể gây nên các bệnh đƣờng ruột. Virut không có hệ thống trao đổi chất nên không sống độc lập đƣợc.Virut trong nƣớc có thể gây bệnh viêm gan và đƣờng ruột. Nguyên sinh động vật là những cơ thể đơn bào chuyển động đƣợc trong nƣớc. Đáng chú ý nhất là Giardia lamblia gây bệnh giardiase. 11 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  18. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Tảo đơn bào thuộc loại quang tự dƣỡng. Chúng tổng hợp các chất cần cho cơ thể từ chất vô cơ đơn giản nhờ ánh sáng mặt trời. Tảo không trực tiếp gây bệnh cho ngƣời nhƣng sản sinh độc tố. Theo tiêu chuẩn của WHO quy định nƣớc đạt vệ sinh không quá 10 tế bào E.Coli trong 100ml nƣớc, ở Việt Nam ≤ 20 tế bào/ 100ml nƣớc. 1.3. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sinh hoạt[2,3,5,6] Nƣớc thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý bằng những phƣơng pháp thích hợp khác nhau. Một cách tổng quát, các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải đƣợc chia thành các loại sau: Phƣơng pháp xử lý cơ học; Phƣơng pháp xử lý hóa học và hóa lý; Phƣơng pháp xử lý sinh học. 1.3.1. Phƣơng pháp xử lý cơ học Trong nƣớc thải thƣờng chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách các chất này ra khỏi nƣớc thải. Thƣờng sử dụng các phƣơng pháp cơ học nhƣ lọc qua song chắn rác hoặc lƣới chắn rác, lắng dƣới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc. Tùy theo kích thƣớc, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lƣu lƣợng nƣớc thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp. 1.3.1.1. Song chắn rác Nƣớc thải dẫn vào hệ thống xử lý trƣớc hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần có kích thƣớc lớn (rác) nhƣ giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon đƣợc giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đƣờng ống hoặc kênh dẫn. Đây là bƣớc quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nƣớc thải. Tùy theo kích thƣớc khe hở, song chắn rác đƣợc phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm. Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lƣới chắn rác. Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động. Song chắn rác thủ công thƣờng đặt đứng vuông góc với dòng chảy, làm bằng thép không gỉ. 12 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  19. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Lƣới chắn rác đƣợc làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45 – 600 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 850 nếu làm sạch bằng máy, vận tốc qua lƣới vmax< 0,6 m/s. Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhƣng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trƣớc hƣớng đối diện với dòng chảy. Vận tốc nƣớc chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6 – 1 m/s. Vận tốc cực đại giao động trong khoảng 0,75 – 1 m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song. Vận tốc cực tiểu là 0,4 m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn. 1.3.1.2. Lắng cát Bể lắng cát đƣợc thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thƣớc 0,2 – 2 mm ra khỏi nƣớc thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đƣờng ống dẫn và tránh ảnh hƣởng đến các công trình sinh học phía sau. Bể lắng cát có thể phân thành 2 loại: bể lắng ngang và bể lắng đứng. Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng đƣợc sử dụng rộng rãi. Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không đƣợc vƣợt quá 0,3 m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏi và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và đƣợc xử lý ở các công trình tiếp theo. 1.3.1.3. Lắng Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nƣớc thải (bể lắng đợt 1) hoặc cặn đƣợc tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo dòng chảy, bể lắng đƣợc phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng. Trong bể lắng ngang, dòng nƣớc chảy theo phƣơng ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lƣu nƣớc thừ 1,5 – 2,5 giờ. Đối với bể lắng đứng, nƣớc thải chuyển động theo phƣơng thẳng đứng từ dƣới lên đến vách tràn với vận tốc từ 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lƣu nƣớc trong bể dao động khoảng 45 – 120 phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thƣờng thấp hơn bể lắng ngang từ 10 – 20 %. 1.3.2. Phƣơng pháp xử lý hóa học và hóa lý 13 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  20. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng 1.3.2.1. Tuyển nổi Phƣơng pháp tuyển nổi thƣờng đƣợc sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lửng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong một số trƣờng hợp, quá trình này còn đƣợc dùng để tách các chất hòa tan nhƣ các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nƣớc thải, quá trình tuyển nổi thƣờng đƣợc sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ƣu điểm cơ bản của phƣơng pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Quá trình tuyển nổi đƣợc thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lƣợng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lƣợng riêng của nƣớc, cặn sẽ theo bọt nổi lên bề mặt. Phân loại các phƣơng pháp tuyển nổi: - Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học. - Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén. - Tuyển nổi với tách không khí từ nƣớc. - Tuyển nổi điện, tuyến nổi sinh học và hóa học. Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lƣợng, kích thƣớc bọt khí, hàm lƣợng chất rắn. Kích thƣớc tối ƣu của bọt khí nằm trong khoảng 15 – 30 m (bình thƣờng từ 50 – 120 m). Khi hàm lƣợng hạt rắn cao, xác xuất va chạm và kết dính giữa các hạt sẽ tăng lên, do đó, lƣợng khí tiêu tốn sẽ giảm. Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thƣớc bọt khí có ý nghĩa rất quan trọng. 1.3.2.2. Keo tụ - tạo bông Trong nguồn nƣớc, một phần các hạt thƣờng tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thƣớc các hạt thƣờng dao động từ 0,1 – 10 m. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tƣơng đối khó tách loại. Vì kích thƣớc hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tƣợng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nƣớc có khuynh hƣớng keo tụ do lực hút Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên trong trƣờng hợp phân tán 14 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  21. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng cao, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dƣơng nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo đƣợc bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này đƣợc gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thƣớc lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này đƣợc gọi là quá trình tạo bông. 1.3.2.3. Hấp phụ Quá trình hấp phụ đƣợc thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha lỏng (chất bị hấp phụ). Chất bị hấp phụ sẽ đi từ pha lỏng đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung dịch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ có thể là: than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc trong đó than hoạt tính (dạng bột và dạng hạt) là chất hấp phụ đƣợc xử dụng rộng dãi nhất. Than hoạt tính sau khi sử dụng thƣờng đƣợc tái sinh để xử dụng lại. Than hoạt tính dạng hạt đƣợc tái sinh trong lò đốt để oxy hóa các chất hữu cơ bám trên bề mặt của chúng, Trong quá trình tái sinh than hoạt tính 5 – 10% hạt than bị phá hủy và phải thay thế bằng các hạt mới. Đối với than hoạt tính dạng bột vẫn chƣa tìm ra phƣơng pháp tái sinh hữu hiệu. 1.3.2.4. Trao đổi ion Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng để xử lý nƣớc thải khỏi các kim loại nhƣ Zn, Cu. Ni, Hg, Mn cũng nhƣ các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ. Phƣơng pháp trao đổi ion đạt đƣợc mức độ xử lý cao và đƣợc sử dụng rộng rãi để khử cứng và khử khoáng trong nƣớc thải. Các chất trao đổi ion có thể là vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo. Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat 1.3.2.5. Trung hòa 15 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  22. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Nƣớc thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm cần đƣợc trung hòa đƣa pH về khoảng 6,5 – 8,5 trƣớc khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Một số hóa chất dùng để trung hòa: HCl, CaO, MgO, HNO3, CaCO3, HNO4 Trung hòa nƣớc thải có thể thực hiện bằng nhiều cách: - Trộn lẫn nƣớc thải axit và nƣớc thải kiềm; - Bổ sung các tác nhân hóa học; - Lọc nƣớc axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa; - Hấp thụ khí axit bằng nƣớc kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nƣớc axit. 1.3.2.6. Khử khuẩn Dùng hóa chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun sán nhƣ Cl2,, NaClO, Ca(ClO)2 để làm sạch nƣớc, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn nƣớc hoặc tái sử dụng. Khử khuẩn hay sát khuẩn có thể dùng các tác nhân nhƣ ozon đƣợc sản xuất từ không khí do máy tạo ozon, tia tử ngoại do đèn thủy ngân áp lực thấp tạo ra. Khử trùng nƣớc thải thƣờng dùng Clo hơi hay các hợp chất của Clo vì chúng có trên thị trƣờng, giá thành rẻ, hiệu quả cao. Nhƣng gần đây ít đƣợc sử dụng hơn vì dùng dƣ lƣợng 0,5 mg/l sẽ ảnh hƣởng đến sinh vật thủy sinh và Clo dƣ có thể kết hợp với hydrocacbon thành hợp chất cơ Clo có hại cho môi trƣờng. Hóa chất khử khuẩn phải đảm bảo có tính độc với vi sinh vật trong thời gian nhất định, sau đó phải đƣợc phân hủy hoặc bay hơi, không còn dƣ lƣợng gây độc cho ngƣời sử dụng hoặc vào các mục đích khác. 1.3.3. Phƣơng pháp sinh học Phƣơng pháp sinh học đƣợc ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nƣớc thải cũng nhƣ một số chất vô cơ nhƣ H2S, Sunfit, amoniac, Nitơ dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn. Phƣơng pháp sinh học ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi vì phƣơng pháp này có nhiều ƣu điển hơn các phƣơng pháp khác: 16 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  23. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng - Phân hủy các chất trong nƣớc thải nhanh, triệt để mà không gây ô nhiễm môi trƣờng. Tạo ra đƣợc một số sản phẩm có ích để sử dụng trong công nghiệp và sinh hoạt (Biogas, etanol ), trong nông nghiệp (phân bón). - Phƣơng pháp, thiết bị đơn giản, chi phí thấp hơn các phƣơng pháp khác. Nguyên tắc cơ bản của phƣơng pháp sinh học xử lý nƣớc thải là dùng hệ vi sinh vật để phân hủy các chất có trong nƣớc thải để tạo nên các sản phẩm không gây hại cho môi trƣờng. Các sản phẩm của quá trình phân hủy nƣớc thải do vi sinh vật có thể đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống sản xuất nhƣ tạo ra Biogas, tạo protein trong sinh khối của vi sinh vật để làm thức ăn gia súc Hệ vi sinh vật tham gia trong xử lý nƣớc xử lý nƣớc thải có nhiều loại nhƣ nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, vi khuẩn. Tùy theo hệ vi sinh vật sử dụng mà có phƣơng pháp xử lý thích hợp theo hƣớng xử lý yếm khí, xử lý hiếu khí hay xử lý tùy tiện. Tỷ số COD/BOD ≤ 2 mới có thể đƣa vào xử lí sinh học hiếu khí. Khi COD/BOD 1000 mg/l). Quá trình làm sạch nƣớc thải tiến hành trong bể kín đảm bảo điều kiện yếm khí. Sau khi nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể, vi sinh vật kỵ khí sẽ tiến hành phân hủy các chất hữu cơ trong nƣớc theo 3 giai đoạn: Pha phân hủy các chất hữu cơ rắn thành các hợp chất dễ tan trong nƣớc. Giai đoạn lên men axit: Những hidratcacbon dễ bị phân hủy sinh hóa thành các axit béo, rƣợu với khối lƣợng phân tử thấp. Trong giai đoạn này pH môi trƣờng sẽ giảm xuống đến 5 hoặc thấp hơn và có mùi hôi. 17 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  24. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Giai đoạn Metan hóa: Ở giai đoạn này các vi sinh vật kỵ khí chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn trƣớc thành CH4, CO2. Các phản ứng làm chuyển pH môi trƣờng từ axit sang kiềm. Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành: Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng lơ lửng. Qúa trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng dính bám. a. Giới thiệu bể tự hoại.[4] Bể tự hoại là công trình xử lý nƣớc thải cục bộ rất phổ biến hiện nay. Bể tự hoại có thể phục vụ cho một khu vệ sinh, một hộ gia đình hay nhóm hộ gia đình, nhà hàng, khách sạn, khu du lịch, trƣờng học, bệnh viện, văn phòng làm việc Bể tự hoại đƣợc sử dụng phổ biến ở nhiều nơi bởi có nhiều ƣu điểm nhƣ hiệu suất xử lý ổn định, kể cả khi dòng nƣớc thải đầu vào có dao động lớn, chiếm ít diện tích, giá thành rẻ và việc xây dựng, quản lý đơn giản, nên dễ đƣợc chấp nhận. Trong bể tự hoại diễn ra quá trình lắng cặn và lên men, phân huỷ sinh học kỵ khí cặn lắng. Các chất hữu cơ trong nƣớc thải và bùn cặn đã lắng, chủ yếu là các hydrocacbon, đạm, béo đƣợc phân hủy bởi các vi khuẩn kỵ khí và các loại nấm men. Nhờ vậy, cặn lên men, bớt mùi hôi, giảm thể tích. Chất không tan chuyển thành chất tan và chất khí (chủ yếu là CH4, CO2, H2S, NH3 ). Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý nƣớc thải và tốc độ phân huỷ bùn cặn trong bể tự hoại: nhiệt độ và các yếu tố môi trƣờng khác; lƣu lƣợng dòng thải và thời gian lƣu nƣớc tƣơng ứng; tải trọng chất bẩn; hệ số không điều hoà và lƣu lƣợng tối đa; các thông số thiết kế và cấu tạo bể: số ngăn bể, chiều cao, phƣơng pháp bố trí đƣờng ống dẫn nƣớc vào và ra khỏi bể, qua các vách ngăn, Bể tự hoại đƣợc thiết kế và xây dựng đúng cho phép đạt hiệu suất lắng cặn 50 – 70% theo cặn lơ lửng (TSS) và 25 – 45% theo chất hữu cơ (BOD và COD) (Nguyễn Việt Anh và nnk, 2006, Bounds, 1997, Polprasert, 1982). Các mầm bệnh có trong phân cũng đƣợc loại bỏ một phần trong bể tự hoại, chủ yếu nhờ cơ chế hấp phụ lên cặn và lắng xuống, hoặc chết đi do thời gian lƣu bùn và nƣớc trong bể lớn, do môi trƣờng sống không thích hợp. Cũng chính vì vậy, 18 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  25. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng trong phân bùn bể tự hoại chứa một lƣợng rất lớn các mầm bệnh có nguồn gốc từ phân. Bể tự hoại ở hầu hết các nƣớc đều tiếp nhận và xử lý cả hai loại nƣớc thải trong hộ gia đình - nƣớc đen và nƣớc xám. Nƣớc thải sau bể tự hoại đƣợc dẫn tới các công trình xử lý tại chỗ (bãi lọc ngầm, bể sinh học hiếu khí ) hay tập trung, theo cụm, Bể tự hoại đƣợc du nhập vào Việt Nam thời kỳ Pháp thuộc. Thời đó, chỉ có một số công trình xây dựng mới có trang bị bể tự hoại (có hoặc không có ngăn lọc), xử lý cả nƣớc đen và nƣớc xám. Dần dần, do sự phát triển của đô thị, các công trình đƣợc cơi nới, xây dựng thêm, các khu nhƣ mới mọc lên, nhƣng việc xây dựng các tuyến cống thu gom nƣớc thải và tách riêng nƣớc thải ra khỏi nƣớc mƣa không theo kịp với sự phát triển, ngƣời ta đấu thẳng đƣờng ống dẫn nƣớc xám ra ngoài hệ thống cống chung, chỉ còn có nƣớc đen chảy vào bể tự hoại. Cho đến nay có rất ít bể tự hoại xử lý cả hai loại nƣớc đen và nƣớc xám, mà hầu hết chỉ xử lý nƣớc đen từ nhà vệ sinh dội nƣớc. Bể tự hoại thƣờng có hình vuông, hình chữ nhật hay hình tròn; trên mặt bằng đƣợc xây bằng gạch, bê tông cốt thép (đúc sẵn hay đổ tại chỗ), hay bằng các loại vật liệu khác nhƣ thép, gỗ, hoặc chế tạo sẵn bằng các vật liệu nhƣ composit, nhựa PE, PVC Bể tự hoại phải đƣợc xây dựng kín, khít, đảm bảo độ an toàn về mặt kết cấu công trình, ngay cả trong điều kiện chứa đầy nƣớc hay không chứa nƣớc, chịu tác động của các công trình bên trên và lân cận, các phƣơng tiện giao thông, đất và nƣớc ngầm  Sự phân tầng trong bể tự hoại Tổng dung tích của bể tự hoại V (m3) đƣợc tính bằng tổng dung tích ƣớt (dung tích hữu ích) của bể tự hoại VƢ, cộng với dung tích phần lƣu không tính từ mặt nƣớc lên tấm đan nắp bể Vk. V = VƢ + Vk Dung tích ƣớt của bể tự hoại bao gồm 4 vùng phân biệt, tính từ dƣới lên trên: - Vùng tích luỹ bùn cặn đã phân huỷ Vt; 19 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  26. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng - Vùng chứa cặn tƣơi, đang tham gia quá trình phân huỷ Vb; - Vùng tách cặn (vùng lắng) Vn; - Vùng tích luỹ váng - chất nổi Vv. Hình 1.1: Bể tự hoại với 4 vùng phân bố theo chiều sâu ngập nước Vậy dung tích của bể tự hoại là: V=Vk + Vn + Vb + Vt + Vv Nhiều kết quả tính toán cho ta thấy rằng dung tích bể không tăng đáng kể khi dẫn cả nƣớc xám vào bể tự hoại, nhất là khi số ngƣời sử dụng tăng. Điều này càng cho thấy sự cần thiết và cái lợi của việc xử lý cả nƣớc đen và nƣớc xám trong bể tự hoại, thay vì cho xử lý chỉ nƣớc đen từ nhà vệ sinh nhƣ hiện nay. Để tránh lớp váng nổi trên mặt nƣớc, phải bố trí tấm chắn hƣớng dòng hay T dẫn nƣớc vào, ra ngập dƣới mặt nƣớc không ít hơn 0,4 m (đảm bảo cách mặt dƣới lớp váng cặn không dƣới 0,15 m). Đồng thời, để tránh sục cặn, bùn từ đáy bể, miệng T dẫn nƣớc vào và ra phải cách lớp bùn cao nhất không dƣới 0,3 m. Đầu trên của T cao hơn mặt nƣớc không ít hơn 0,15 m. Không dẫn nƣớc vào bể qua ống đứng thoát nƣớc để tránh xáo trộn và sục bùn, cặn trong bể. Cốt đáy ống vào cao hơn đáy ống ra ít nhất 0,05 m. Để đảm bảo chế độ tự chảy và tránh ngập cục bộ, đáy ống ra phải cao hơn mực nƣớc cao nhất trong cống tiếp nhận nƣớc thải sau bể tự hoại và mực nƣớc ngầm cao nhất. Các ống dẫn nƣớc vào, ra và giữa các ngăn phải đƣợc đặt so le nhau để quãng đƣờng nƣớc chảy trong bể dài nhất, tránh hiện tƣợng chảy tắt. Trên các vách ngăn trong bể có cửa thông nƣớc hoặc cút dẫn nƣớc. 20 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  27. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Khoảng cách mép trên cửa thông nƣớc đến mặt nƣớc không dƣới 0,3 m để tránh váng cặn tràn sang ngăn sau. Phổ biến ở Việt Nam là bể tự hoại với cấu tạo gồm 2 ngăn hoặc 3 ngăn. Bể thƣờng có dạng chữ nhật hoặc tròn. Bể tự hoại 2 ngăn gồm: ngăn chứa có kích thƣớc lớn nhất, chiếm tối thiểu 2/3 dung tích bể; ngăn lắng, chiếm 1/3 dung tích bể. Bể tự hoại 3 ngăn gồm: ngăn chứa, dung tích tối thiểu 1/2 dung tích bể; 2 ngăn lắng, mỗi ngăn chiếm 1/4 dung tích bể. Trong trƣờng hợp bể chỉ có 1 ngăn, có thể thay vách ngăn giữa 2 bể bằng các tấm chắn sau ống dẫn nƣớc vào bể và trƣớc ống thu nƣớc ra khỏi bể, để tránh hiện tƣợng chảy tắt, ổn định dòng chảy và ngăn váng cặn trôi ra khỏi bể. Đáy ngăn chứa phải có độ dốc 25% về phía ống dẫn nƣớc vào (phía dƣới cửa hút) để dễ hút bùn cặn. Bể tự hoại phải có ống thông hơi, đƣờng kính không dƣới 60mm, dẫn lên cao trên mái nhà ít nhất 0,7 m để tránh mùi, khí độc hại. 21 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  28. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Bảng 1.2: Nồng độ các chất ra khỏi bể tự hoại Chỉ tiêu Nồng độ Hiệu suất xử lý, % Không đổi (do 2 pha lên pH 7,0 – 8,0 men xảy ra đồng thời) Có thể tăng (nếu phân hủy Kiềm, mg/l 300 - 400 kị khí hoàn toàn) Oxy hòa tan, mg/l 0 0 Cặn lơ lửng (SS), mg/l 40 - 90 50 -70 Cặn lơ lửng bay hơi (VSS), mg/l 36 - 60 50 – 70 BOD5, mg/l 90 -160 25 – 45 COD, mg/l 323 47 Nitơ hữu cơ, mg/l 5,4 -10 20 – 25 NO2-N, mg/l 0,003 – 16,2 - NO3-N 0,1 – 0,2 - Có thể tăng (do quá trình NH -N, mg/l 14 – 27 3 thủy phân đạm, axit amin) 40%, có thể tăng do thủy TP, mg/l 18 – 20 phân đạm, axit amin K, mg/l 10 – 15 - Na, mg/l 10 Có thể tăng do thủy phân 2- SO4 , mg/l 50 - Cl-, mg/l 43 – 95 Có thể tăng do thủy phân Coliform, con/100 ml 1.106- 2.108 - Coli chịu nhiệt, con/100ml 1.104-2.106 - (Nguồn: Polprasert C. 1996 và 1982, có bổ sung) 22 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  29. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng b. Bể lọc kỵ khí.[3] Bể lọc kỵ khí là một tháp đầy các loại vật liệu rắn khác nhau, dùng để khử các chất hữu cơ cacbon có trong nƣớc thải. Ngoài ra bể lọc còn khử đƣợc hợp chất nitơrat. Nƣớc thải đƣợc dẫn vào tháp từ dƣới lên phân phối đều theo diện tích đáy bể, đƣợc tiếp xúc với lớp vật liệu lọc. Trên mặt các loại vật liệu lọc có vi sinh kị khí và tùy nghi phát triển dính bám thành màng mỏng. Lớp màng này không bị rửa trôi, thời gian lƣu lại có thể tới 100 ngày. Vật liệu lọc có thể là chất dẻo ở dạng tấm sắp xếp hay bằng vật liệu dạng rời hoặc hạt nhƣ hạt polispiren, biolite, chiều dày lớp vật liệu khoảng 2m. Bể kị khí thích hợp cho việc xử lý nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm thấp, ở nhiệt độ không khí ngoài trời. Trong bể lọc kị khí chất hữu cơ tiếp xúc với màng vi sinh vật dính bám trên mặt vật liệu lọc sẽ đƣợc hấp thụ và phân hủy. Bùn cặn đƣợc giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc, sau 2 – 3 tháng làm việc xả bùn một lần, thau rửa lọc. Nƣớc qua lớp lọc đƣợc tách khí rồi chảy vào máng thu đi xử lý tiếp nếu cần. 1.3.3.2. Phƣơng pháp hiếu khí Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hiếu khí dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nƣớc thải hoạt động và phát triển. Quá trình này của vi sinh vật gọi chung là hoạt động sống, gồm ba giai đoạn: Oxy hóa các chất hữu cơ. Tổng hợp tế bào mới. Phân hủy nội bào. Cả ba quá trình trên đều cần đến oxy. Các quá trình xử lý sinh học bằng phƣơng pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Xử lý trong điều kiện nhân tạo, ngƣời ta tạo điều kiện tối ƣu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành: 23 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  30. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng lơ lửng, đƣợc sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon nhƣ quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất. Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng dính bám nhƣ quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định. Phƣơng pháp xử lý trong điều kiện tự nhiên, O2 cung cấp cho vi sinh vật từ hòa tan O2 trong không khí và quang hợp của thực vật thủy sinh nên thời gian xử lý lâu hơn. Cánh đồng tƣới và bãi lọc: Thƣờng sử dụng cho xử lý nƣớc thải sinh hoạt do chứa N: P: K = 5: 1: 2 phù hợp cho phát triển thực vật. Ao hồ sinh học hiếu khí: Là loại ao nông từ 0,3 – 0,5 m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật hiếu khí. 1.3.3.3. Bãi lọc ngầm trồng cây.[1,9] Bãi lọc ngầm trồng cây đƣợc biết đến nhƣ một giải pháp công nghệ mới, xử lí nƣớc thải trong điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, thân thiện với môi trƣờng, phù hợp trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam. Bãi lọc trồng cây đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loại nƣớc thải. Bãi lọc trồng cây là một thành phần trong hệ thống các công trình xử lý nƣớc thải sau bể tự hoại hay sau xử lý bậc hai.  Khái niệm Bãi lọc trồng cây là một bãi chứa các vật liệu lọc (đá, sỏi, gạch vỡ, cát, đất), phía dƣới và xung quanh thành đƣợc xây chát hoặc lót chống thấm nƣớc ra bên ngoài và từ ngoài vào trong bãi. Bên trên trồng các loại cây thân xốp, rễ dài xuyên vào trong khối vật liệu lọc. Khi nƣớc thải chảy qua bãi sẽ đƣợc làm sạch bởi quá trình sinh học (cây hút thu các chất dinh dƣỡng nitơ, photpho và một lƣợng nhỏ các kim loại nặng phục vụ cho quá trình sinh trƣởng và phát triển). Các vi sinh vật bám dính vào bề mặt của vật liệu lọc và thân, rễ cây tạo thành màng vi sinh, khi 24 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  31. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng nƣớc thải tiếp xúc với màng vi sinh các chất hữu cơ dễ phân hủy, nitơ, phốt pho sẽ bị phân hủy và hấp thụ. SS trong nƣớc thải bị loại bỏ tốt khi nƣớc thải chảy qua lớp lọc, SS sẽ bị giữ lại bởi các lỗ rỗng trong lớp vật liệu lọc. Phân loại bãi lọc trồng cây Bãi lọc ngầm trồng cây với hệ thống chảy bề mặt (FWS) Hệ thống này gồm lƣu vực chứa nƣớc hoặc kênh dẫn nƣớc, với lớp lót bên dƣới để ngăn sự rò rỉ nƣớc, đất hoặc các lớp lọc thích hợp hỗ trợ cho thực vật phát triển. Lớp nƣớc nông, tốc độ dòng chảy chậm và sự có mặt của thân cây quyết định dòng chảy đặc biệt là các mƣơng dài và hẹp, bảo đảm dòng chảy nhỏ (Reed và cộng sự, 1998). Nƣớc thải chảy vào chứa các chất lơ lửng và chất ô nhiễm phân bố trải khắp một vùng rộng của vùng nƣớc nông. Các chất rắn lơ lửng có xu hƣớng ổn định và đƣợc lắng xuống do tốc độ dòng chảy chậm. BOD hòa tan đƣợc loại bỏ bởi các vi sinh vật lơ lửng hoặc dính bám vào thân cây. Nguồn oxy chính cho các phản ứng này là oxy do cây quang hợp và oxi trong không khí hòa tan vào nƣớc. Các hệ thống FWS loại bỏ một cách có hiệu quả các chất rắn lơ lửng. Hầu hết các chất rắn đƣợc lọc và lắng lại trong vài mét nƣớc đầu tiên của dòng vào. Trong các hệ thống FWS, nitơ đƣợc loại bỏ có hiệu quả và có thể loại bỏ photphat nhƣng tƣơng đối chậm. Bãi lọc ngầm trồng cây với hệ thống dòng chảy đứng (VSF) Trong các hệ thống dòng thẳng đứng, lớp lọc đƣợc xử dụng phổ biến là sỏi, đá, gạch vỡ, trên cùng là cát hoặc đất. Nƣớc thải đƣợc đƣa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt và sẽ chảy xuống dƣới theo chiều thẳng đứng. Ở gần dƣới đáy có ống thu nƣớc đã xử lý để đƣa ra ngoài. Các hệ thống VSF thƣờng xuyên đƣợc sử dụng để xử lý lần 2 cho nƣớc thải đã xử lý qua lần 1. Thực nghiệm đã chỉ ra là nó phụ thuộc vào xử lý lần 1 nhƣ: hố lắng đọng, bể tự hoại Tất cả các hệ thống đất ngập nƣớc VSF đều loại bỏ tốt các chất ô nhiễm, bao gồm COD, BOD, SS. Khả năng loại trừ các hợp chất nitơ cũng nhƣ loại trừ photpho có thấp hơn so với hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm khác, nhƣng do nồng 25 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  32. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng độ của nitơ, photpho trong nƣớc thải sinh hoạt ở mức độ ô nhiễm thấp nên nƣớc thải sau hệ thống vẫn đạt tiêu chuẩn. Bãi lọc ngầm trồng cây với hệ thống dòng chảy ngang (HSF) Hệ thống này đƣợc gọi là dòng chảy ngang vì nƣớc thải đƣợc đƣa vào và chảy chậm qua tầng lọc xốp dƣới bề mặt của nền trên một đƣờng ngang cho tới khi nó tới đƣợc nơi dòng chảy ra, vật liệu lọc trong bãi là đá, sỏi, gạch vỡ, cát Trong suốt thời gian nƣớc thải chảy trong hệ thống sẽ tiếp xúc với một mạng lƣới hoạt động của các đới hiếu khí, tùy nghi và kỵ khí. Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi mà O2 tạo ra do quá trình quang hợp của cây trồng trên bãi lọc đƣợc vận chuyển qua thân, rễ vào trong lớp vật liệu lọc. Ở nơi xa rễ là các đới kị khí và tùy nghi. Cũng giống nhƣ VSF, HSF loại bỏ tốt các chất ô nhiễm nhƣ COD, BOD, SS. Khả năng loại trừ nitơ và photpho có thấp hơn, nhƣng do nồng độ của nitơ, photpho trong nƣớc thải sinh hoạt ở mức độ ô nhiễm thấp nên nƣớc thải sau hệ thống vẫn đạt tiêu chuẩn. 26 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  33. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu. Đối tƣợng nghiên cứu đƣợc chọn là nƣớc thải sinh hoạt của một khu chung cƣ có 2000 ngƣời. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu. Thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải sinh hoạt của khu chung cƣ đạt QCVN 14-2008/BTNMT. Hệ thống đƣợc thiết kế phần lớn là ở dƣới ngầm trong đất để tiết kiệm mặt bằng, nƣớc đã xử lý đƣợc tái sử dụng cho một số mục đích ở trong khu nhà, tạo cảnh quan môi trƣờng sinh thái thân thiện. 2.3 . Các phƣơng pháp nghiên cứu.[8,10] 2.3.1. Phƣơng pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết Phƣơng pháp phân loại lý thuyết: là phƣơng 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 có cùng dấu hiệu bản chất, có cùng hƣớng phát triển để dễ nhận biết, dễ sử dụng theo mục đích nghiên cứu, giúp phát hiện các quy luật phát triển của đối tƣợng, sự phát triển của kiến thức khoa học để từ đó dự đoán đƣợc các xu hƣớng phát triển mới của khoa học và thực tiễn. Phƣơng pháp hệ thống hóa lý thuyết: là phƣơng pháp sắp xếp những thông tin đa dạng thu thập đƣợc 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 mô hình lý thuyết trong nghiên cứu khoa học) để từ đó mà xây dựng một lý thuyết mới hoàn chỉnh giúp hiểu biết đối tƣợng đƣợc đầy đủ và sâu sắc hơn. Phân loại và hệ thống hóa là hai phƣơng pháp đi liền với nhau. Trong phân loại đã có yếu tố hệ thống hóa. Hệ thống hóa phải dựa trên cơ sở phân loại và hệ thống hóa làm cho phân loại đƣợc hợp lý và chính xác hơn. 2.1. Phƣơng pháp phân tích, tổng hợp tài liệu Phân tích tài liệu là phƣơng pháp nghiên cứu văn bản, tài liệu bằng cách phân tích chúng thành từng mặt, từng bộ phận để hiểu vấn đề một cách đầu đủ và toàn diện, từ đó chọn lọc những thông tin quan trọng cho đề tài nghiên cứu. 27 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  34. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Phƣơng pháp tổng hợp là phƣơng pháp liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin, từ cái lý thuyết đã thu đƣợc 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 thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn. 2.2. Phƣơng pháp so sánh Phƣơng pháp so sánh là phƣơng pháp xem xét các thông số cần phân tích bằng cách dựa trên việc so sánh số liệu đo đƣợc với một quy chuẩn nhất định để từ đó xác định đƣợc các thông số cần xem xét có nằm trong giới hạn cho phép hay không. - So sánh kết quả tính toán của công trình với TCVN 7957:2008 (Thoát nƣớc- Mạng lƣới và công trình bên ngoài-Tiêu chuẩn thiết kế), từ đó đánh giá đƣợc các thông số thiết kế có phù hợp không. - So sánh các chỉ tiêu thiết kế nƣớc thải đầu ra với QCVN 14:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải sinh hoạt), từ đó có thể xác định chất lƣợng nƣớc thải đầu ra của công trình thiết kế. 2.3. Phƣơng pháp hệ thống Một hệ thống là một tập hợp các thành tố có mối quan hệ tƣơng tác với nhau. Sự thay đổi một thành tố sẽ dẫn đến sự thay đổi một thành tố khác, từ đó dẫn đến một thay đổi thành tố thứ ba Bất cứ một tƣơng tác nào trong hệ thống cũng có tính nguyên nhân, vừa có tính điều khiển. Rất nhiều tƣơng tác có thể liên kết với nhau thành một chuỗi tƣơng tác nguyên nhân-kết quả. Hệ thống luôn có sự học hỏi và rút kinh nghiệm liên tục trong quá trình phát triển. 28 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  35. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. 3.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải sinh hoạt của khu chung cƣ. Nƣớc thải (nƣớc đen, Bể tự hoại cải Bể lọc kị khí nƣớc xám) tiến 3 ngăn Mục đích khác và nguồn Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang tiếp nhận Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu chung cư. Thuyết minh sơ đồ Nƣớc thải sinh hoạt của khu dân cƣ gồm cả nƣớc đen và nƣớc xám đƣợc thu lại nhờ hệ thống ống thoát nƣớc của công trình và đƣợc đƣa vào bể tự hoại để xử lý. Trong bể tự hoại diễn ra quá trình lắng cặn và lên men, phân hủy sinh học kị khí cặn lắng. Các chất hữu cơ trong nƣớc thải và bùn cặn đã lắng, chủ yếu là các hydrocacbon, đạm, béo, đƣợc phân hủy bởi các vi khuẩn kị khí và các loại nấm men. Nhờ vậy, chất không tan chuyển thành chất tan và chất khí (chủ yếu là CH4, CO2, H2S, NH3 ). Sau quá trình tiền xử lý nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể lọc kị khí. Trong bể lọc kị khí nƣớc thải đƣợc đƣa từ dƣới lên trên. Khi nƣớc thải tiếp xúc với lớp vật liệu lọc có vi khuẩn yếm khí dính bám, các chất hữu cơ trong nƣớc thải đƣợc hấp thụ và phân hủy. Nƣớc thải sau khi ra khỏi bể lọc kị khí thì đƣợc đƣa sang bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Nhờ quá trình sinh trƣởng của hệ thực vật, vi sinh vật và các quá trình vật lý nhƣ: lắng, lọc, bốc hơi mà các chất ô nhiễm trong nƣớc thải đƣợc xử lý với hiệu quả cao. Hệ thống này còn có khả năng lƣu giữ tốt một số kim loại nặng trong giới hạn không gây độc cho hệ thực vật, vi sinh vật. Bãi lọc trồng cây có khả năng khử vi trùng thông qua các quá trình tiêu hủy tự nhiên, bức xạ tử ngoại, cạnh tranh với các vi sinh vật khác trong hệ thống. Nƣớc thải đầu ra đƣợc tái sử dụng vào một số mục đích khác, phần còn lại xả ra nguồn tiếp nhận. 29 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  36. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng 3.2. Bể tự hoại Hình 3.2: Mô hình bể tự hoại dòng hướng lên. Mục đích: Phân hủy các hydrocacbon, đạm, chất béo, nhờ vào quá trình lắng cặn và lên men, phân hủy sinh học kị khí. Nguyên lý hoạt động: Nƣớc thải sinh hoạt của các hộ dân đƣợc thu gom và đƣa vào bể. Tại ngăn số 1 diễn ra quá trình lắng cặn và lên men kị khí, đồng thời điều hòa lƣu lƣợng và nồng độ các chất bẩn có trong nƣớc thải. Nƣớc chảy sang các ngăn khác theo quy tắc chuyển động theo chiều từ dƣới lên trên, giúp nƣớc tiếp xúc với các vi sinh vật kỵ khí trong lớp bùn hoạt tính hình thành ở đáy bể trong điều kiện động. Nhƣ vậy, các chất bẩn hữu cơ đƣợc vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa. Qua hết các ngăn, nƣớc thải đƣợc đƣa sang bể lọc kị khí và tiến hành các bƣớc xử lý tiếp theo. Thiết kế bể tự hoại -Tổng dung tích của bể tự hoại V (m3) đƣợc tính bằng tổng dung tích ƣớt (dung tích hữu ích) của bể tự hoại Vƣ và dung tích phần lƣu không tính từ mặt nƣớc lên tấm đan nắp bể Vk. V = Vƣ + Vk -Dung tích ƣớt của bể tự hoại bao gồm 4 vùng phân biệt, tính từ dƣới lên trên: Vùng tích luỹ bùn cặn đã phân huỷ Vt; 30 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  37. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Vùng chứa cặn tƣơi, đang tham gia quá trình phân huỷ Vb; Vùng tách cặn (vùng lắng) Vn; Vùng tích luỹ váng - chất nổi Vv Hình 3.3: Các vùng lắng trong bể tự hoại Vƣ = Vn + Vb + Vt + Vv -Dung tích vùng lắng - tách cặn Vn: đƣợc xác định theo loại nƣớc thải, thời gian lƣu nƣớc tn và lƣợng nƣớc thải chảy vào bể Q, có tính đến giá trị lƣu lƣợng tức thời của dòng nƣớc thải. Thời gian lƣu nƣớc tối thiểu tn đƣợc xác định theo 3 -Dung tích cần thiết vùng tách cặn của bể tự hoại Vn (m ) bằng: Trong đó: N - số ngƣời sử dụng bể (ngƣời) qo - tiêu chuẩn thải nƣớc (qo=150 l/ngƣời.ngày) tn-thời gian lƣu nƣớc (ngày) - Dung tích vùng phân huỷ cặn tƣơi Vb (m3): o tb-thời gian cần thiết để phân hủy cặn ở nhiệt độ 25 C (tb=40 ngày) Cặn tƣơi tách ra từ vùng lắng rơi xuống vùng phân hủy cặn. Lƣợng và tính chất của cặn tƣơi rất khác nhau, tùy theo chế độ dinh dƣỡng và sử dụng nƣớc. 31 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  38. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng 3 -Vùng lƣu giữ bùn đã phân hủy Vt (m ): Sau khi cặn phân huỷ, phần còn lại lắng xuống dƣới đáy bể và tích tụ ở đó làm thành lớp bùn. Dung tích bùn này phụ thuộc tải lƣợng đầu vào của nƣớc thải, theo số ngƣời sử dụng, thành phần và tính chất của nƣớc thải, nhiệt độ và thời gian lƣu, đƣợc tính nhƣ sau: Với: r - lƣợng cặn đã phân huỷ tích luỹ của 1 ngƣời trong 1 năm: r = 40(l/ngƣời.năm) T: Khoảng thời gian giữa 2 lần hút cặn (năm) - Dung tích phần váng nổi Vv thƣờng đƣợc lấy bằng (0,4 - 0,5)Vt. -Dung tích ƣớt của bể là: - Dung tích phần lƣu không trên mặt nƣớc của bể tự hoại Vk đƣợc lấy bằng 20% dung tích ƣớt. -Vậy tổng dung tích của bể là: Kích thƣớc bể tự hoại đƣợc tính với tiêu chuẩn thải nƣớc sinh hoạt 150 lít/ngƣời.ngày, nhiệt độ trung bình của nƣớc thải là 25oC, chu kỳ hút cặn 1 năm/lần. Để đảm bảo an toàn và vận hành lien tục khi xảy ra sự cố hay vệ sinh bể, bể đƣợc xây dựng thành 2 modul hoạt động song song nhau.  Một bể có thể tích là: Mỗi bể tự hoại đƣợc thiết kế là hình chữ nhật, chiều cao h = 2,5 m, tỷ lệ dài (L): rộng (B)= 3: 1, số ngăn mỗi bể là 3. Ta có công thức:  B = 5 m 32 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  39. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng L = 15 m h = 2,5 m Ngăn đầu tiên (ngăn chứa) có dung tích tối thiểu ½ dung tích bể nên chiều dài ngăn 1 là L1=15/2=7,5 m, 2 ngăn tiếp theo (ngăn lắng) có dung tích chiếm ¼ dung tích bể nên chiều dài 2 ngăn bằng nhau L2=L3=15/4=3,75 m Vậy thông số liên quan bể tự hoại nhƣ sau: Số bể: 2 bể Số ngƣời sử dụng: 1000 ngƣời Dung tích bể: V’ = 186 m3 Chiều cao: h = 2,5 m Chiều rộng: B = 5 m Chiều dài ngăn 1: L1 = 7,5 m Chiều dài ngăn 2: L2 = 3,7 m Chiều dài ngăn 3: L3 = 3,7 m Vận tốc dòng lên tại ngăn 2 và ngăn 3 là: để tránh cuốn trôi bùn cặn từ đáy bể theo dòng nƣớc. Đáy ngăn chứa phải có độ dốc 25% về phía ống dẫn nƣớc vào (phía dƣới cửa hút) để dễ hút bùn cặn. Đáy ống vào cao hơn đáy ống ra 0,05 m. Để đảm bảo chế độ tự chảy và tránh ngập cục bộ, đáy ống ra phải cao hơn mực nƣớc cao nhất trong cống tiếp nhận nƣớc thải sau bể tự hoại và mực nƣớc ngầm cao nhất. Các ống dẫn nƣớc vào, ra và giữa các ngăn phải đƣợc đặt so le nhau để quãng đƣờng nƣớc chảy trong bể dài nhất, tránh hiện tƣợng chảy tắt. Trên các vách ngăn trong bể có cửa thông nƣớc hoặc cút dẫn nƣớc. Khoảng cách mép trên cửa thông nƣớc đến mặt nƣớc 0,3 m để tránh váng cặn tràn sang ngăn sau Bên trên bể có lắp đậy kín có đƣờng kính 80 cm. Bể tự hoại phải có ống thông hơi, đƣờng kính 60 mm, dẫn lên cao trên mái nhà 0,7 m để tránh mùi, khí độc hại. 33 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  40. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Tính đƣờng ống trong bể tự hoại Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc thải đi vào và đi ra của bể tự hoại. Lƣu lƣợng nƣớc thải đi vào bể: Vận tốc nƣớc thải chảy trong ống: chọn vận tốc nƣớc trong ống v = 0,75 m/s. Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 60 mm. Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc thải đi trong bể tự hoại. Từ ngăn chứa nƣớc thải chia thành 2 nhánh đi sang ngăn lắng. Lƣu lƣợng nƣớc thải đi trong ống : Vận tốc nƣớc thải trong ống v = 0,75 m/s. Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 42 mm. 3.3 Bể lọc kị khí Hình 3.4: Mô hình bể lọc kị khí Mục đích: 34 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  41. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nƣớc thành chất vô cơ bền bằng vi sinh vật kị khí, tùy nghi bám trên vật liệu lọc. Nguyên lý hoạt động: Nƣớc thải sau khi đƣợc xử lý tại bể tự hoại tiếp tục chảy sang bể lọc kị khí theo chiều từ dƣới lên, đi qua lớp vật liệu lọc có vi sinh vật. Vật liệu lọc chọn là sỏi có đƣờng kính 25 mm, vật liệu lọc đƣợc đổ lên trên tấm đan bê công cốt thép đục lỗ 20 mm, đặt cách đáy bể 20 cm, độ cao lớp vật liệu lọc là 1 m. Chất hữu cơ khi tiếp xúc với màng vi sinh vật sẽ bị hấp thụ và phân hủy. Bùn cặn đƣợc giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc. Sau 2-3 tháng làm việc thì xả bùn và thau rửa lọc một lần. Nƣớc thải đƣợc đƣa nối tiếp qua 3 ngăn lọc kị khí trƣớc khi đƣợc đƣa sang bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang để xử lý tiếp. Thiết kế bể lọc kị khí: Bể lọc kị khí xây hình chữ nhật, chia thành 3 ngăn bằng nhau. Trong mỗi ngăn có lớp vật liệu lọc là hạt sỏi chiều cao lớp vật liệu lọc là 1 m; lớp vật liệu lọc cách đáy 0,2 m, cách trên 0,1 m. Ta có: Do chia thành 2 modul hoạt động song song nên mỗi modul có: Ta có: 3 2 U0: tải trọng thủy lực, U0 trong khoảng 0,5 – 1,5 m /m .ngày. Chọn U0=1.5 m3/m2.ngày Q’: lƣu lƣợng nƣớc thải, m3/ngày. F: diện tích bể, m2. Vậy: 35 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  42. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Ta có chiều cao của bể lọc kị khí: h1: chiều cao từ bề mặt vật liệu lọc đến mặt nƣớc thu, m. h2: chiều cao lớp vật liệu lọc, m. h3: chiều cao từ lớp vật liệu lọc xuống đáy, m. vậy: Thể tích bể: Vậy lƣợng sỏi cần dùng: Kiểm tra: Thể tích bể theo đầu ngƣời: Diện tích bể theo đầu ngƣời: Thời gian lƣu trong mỗi ngăn: Bể đƣợc xây dựng ngoài nhà, âm xuống đất có nắp bể để kiểm tra, bảo dƣỡng ngăn lọc. Đối với khu chung cƣ thƣờng lợi dụng phía trên làm đƣờng giao thông, sân chơi Chọn chiều rộng của bể B = 3m. Ta có: Bể đƣợc chia 3 ngăn bằng nhau, chiều dài mỗi ngăn là: Vậy thông số liên quan bể lọc kị khí: 36 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  43. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Số bể: 2 bể Số ngƣời sử dụng: 1000 ngƣời Dung tích bể: V = 130 m3 Chiều cao: h = 1,3 m Chiều rộng: B = 3 m Chiều dài ngăn 1: L1 = 11,1 m Chiều dài ngăn 2: L2 = 11,1 m Chiều dài ngăn 3: L3 = 11,1 Tính bơm nƣớc vào bãi lọc ngầm. Lƣu lƣợng: Cột áp của bơm: H = 5m Do chia thành 2 modul hoạt động song song nên mỗi modul có lƣu lƣợng: Công suất mỗi bơm: Trong đó: : Hiệu suất của bơm, chọn = 0,8. : Khối lƣợng riêng của nƣớc, = 1000 kg/m3. Chọn công suất bơm 100 W với lƣu lƣợng 1,74.10-3 m3/s, chiều cao cột áp là 5 m, hai bơm hoạt động song song. Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc thải đi trong bể kị khí. Đƣờng ống cấp nƣớc vào và ra có Φ = 60 mm. Từ ống cấp chia làm 2 nhánh trong bể để tránh dòng tắt và chảy đều trong bể. Lƣu lƣợng: Vận tốc nƣớc thải trong ống v = 0,75 m/s. 37 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  44. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 42 mm. 3.4 Bãi lọc ngầm Mục đích: Khi nƣớc thải đƣợc xử lý qua bể tự hoại và bể lọc kị khí thì hàm lƣợng TN, TP trong nƣớc đầu ra hầu nhƣ không thay đổi, chỉ thấp hơn một chút so với đầu vào. TP đƣợc loại bỏ một phần nhờ cơ chế lắng và hấp phụ. TN đƣợc loại bỏ một phần nhờ quá trình bay hơi NH3 và quá trình oxy hóa sinh hóa trong điều kiện kị khí. Do vậy để xử lý triệt để TN, TP cho nƣớc thải tiếp tục qua bãi lọc ngầm dòng chảy ngang. Nhờ vào quá trình trao đổi chất của cây, phân hủy của vi sinh vật, điều kiện tự nhiên, ánh sáng mặt trời để loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học, chất rắn, nitơ và photpho, vi khuẩn và virus. Nguyên lý hoạt động: Sau hai quá trình xử lý, nƣớc thải chứa lƣợng nhỏ các chất hữu cơ dễ phân hủy, nitơ, photpho và các vi khuẩn, virus đƣợc đƣa sang bãi lọc ngầm nhằm xử lý triệt để các chất ô nhiễm. Nƣớc thải khi đi vào bãi lọc theo chiều ngang. Trong suốt quá trình chảy trong bãi lọc ngầm, nƣớc thải tiếp xúc với lớp màng vi sinh vật trên vật liệu lọc, trên rễ, các chất hữu cơ đƣợc xử lý, các hợp chất nitơ, phôt pho đƣợc xử lý chủ yếu do cây trồng trên bãi lọc hấp thụ. Ống dẫn nƣớc thải Cây Sỏi Ống thải nƣớc ra Dốc 1% Đất và sỏi Mạng thân rễ Màng chống thấm Hình 3.5: Mô hình bãi lọc ngầm 38 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  45. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Thiết kế bãi lọc ngầm: Các loại cây trồng trên bãi lọc là những cây lƣu niên, thân thảo xốp, rễ chùm phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam. Cây đƣợc chọn là cây sậy và cây rong giềng. Cây sậy sống trong dải nhiệt rộng nên khi mùa đông ở miền Bắc không ảnh hƣởng nhiều đến sự phát triển của nó nên hiệu quả của hệ thống đƣợc đảm bảo. Rễ cây sậy rỗng, dài suyên xuống lớp vật liệu lọc, nên có vai trò dẫn O2 từ lá do quá trình quang hợp qua thân xuống rễ và cung cấp O2 vào bãi lọc để giúp các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các hợp chất hữu cơ đồng thời có vai trò tránh dòng chảy tắt trong hệ thống. Cây rong giềng có hoa rất bền, nhiều màu sắc, trồng trong bãi tạo cảnh quan đẹp. Lựa chọn bãi lọc dòng chảy ngang vì bãi nằm trong khuôn viên khu chung cƣ nên bãi lọc trồng cây vừa có vai trò xử lý nƣớc thải, không tạo mùi, nƣớc thải xử lý ở phía dƣới, trên mặt bãi khô ráo, tạo cảnh quan môi trƣờng sinh thái, thu hút các loài sinh vật đến sống nhƣ chim, bƣớm Do các khu chung cƣ ít diện tích nên bãi lọc ngầm không đƣợc phép rộng nhƣ chỉ tiêu thiết kế từ 1- 4 (m2/ngƣời sử dụng) nên khi thiết kế tác giả đã sử dụng bể lọc sinh học kị khí nhằm giảm tối đa chất ô nhiễm và từ đó sẽ giảm diện tích bãi lọc ngầm. Chỉ tiêu thiết kế chọn 0,4 m2/ngƣời.ngày Diện tích bãi lọc ngầm: Chia thành hai bãi hoạt động song song, hai bãi có thể cạnh nhau, có thể xa nhau tùy thiết kế của khu nhà. Diện tích mỗi bãi: Chọn độ cao là: h = 0,7 m Tỉ số chiều dài (L): chiều rộng (B) = 3:1 39 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  46. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Nên ta có: L.B = 3B.B = 400 m2 B = 11,54 m L = 34,66 m Vậy thể tích bãi lọc là: Thời gian lƣu của bãi lọc: Bãi đƣợc xây bằng bê tong cốt thép chát chống thấm đáy và thành, độ dốc 1% về phía thu nƣớc. Vật liệu trong bãi có cấu tạo nhƣ sau: Đá trung bình, chọn loại đá có đƣờng kính 15 – 20 mm dùng nƣớc rửa sạch đá rồi sau đó dải đá xuống đáy bể dàn đều sao cho chiều dày lớp đá khoảng 20 cm. Sỏi nhỏ, chọn loại sỏi có đƣờng kính 5 – 10 mm. Dùng nƣớc rủa sạch sỏi rồi dải lớp sỏi này trên lớp đá trung bình, chiều dày lớp sỏi khoảng 20 cm. Cát vàng, chọn loại cát vàng sạch, ít tạp chất, dùng xang để loại bỏ tạp chất và sỏi to lẫn trong cát. Sau đó rủa sạch rồi dải lớp cát trên lớp sỏi nhỏ, chiều dày lớp cát 20 cm. Trên cùng là một lớp đất pha cát, chiều dày 10 cm. Sau khi tiến hành đổ lớp vật liệu lọc vào bể, thì tiến hành trồng sậy và rong giềng, mật độ 10 khóm/m2, đối với sậy mỗi khóm 1 – 2 cây, rong giềng mỗi khóm 1 cây, trồng theo hàng, cứ 2 hàng sậy thì đến 2 hàng rong giềng. Cây đƣợc cắt tỉa thƣờng xuyên. Khi cây phát triển bình thƣờng thì tiến hành dải một lớp đá cảnh trên bề mặt để trang trí, hoặc trồng những cây hoa chịu bóng nhƣ hoa mƣời giờ 40 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  47. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Nƣớc sau khi đƣợc xử lý qua bãi lọc ngầm sẽ đƣợc tái sử dụng cho các mục khác nhƣ cung cấp cho khu hòn non bộ, cung cấp cho vòi phun nƣớc trung tâm khu chung cƣ, cung cấp vào ao hồ nuôi cá cảnh phần còn lại xả ra nguồn tiếp nhận. Nếu tiếp tục xử lý qua tháp chứa cát và than hoạt tính có thể cung cấp thành nƣớc sinh hoạt cho các hộ trong khu chung cƣ. 3.5. Giá thành xử lý - Tổng giá thành hút cặn của bể tự hoại: G1: giá thành hút cặn, triệu/năm Giá một m3 cặn là 450.000 đ 3 Vt: vùng lƣu trữ bùn đã phân hủy, m - Nhân công, gồm 2 ngƣời với nhiệm vụ vận hành dây chuyền, rửa vật liệu lọc, rửa bể lọc, tỉa cây. Lƣơng mỗi ngƣời là 5 triệu/tháng. Tổng lƣơng nhân công là: - Tổng giá điện chạy máy bơm: Vây giá của 1m3 nƣớc thải là 41 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  48. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Kết luận và kiến nghị Kết luận Trong suốt quá trình làm khóa luận, em đã tìm hiểu thêm đƣợc về cách tính toán, thiết kế bể tự hoại kết hợp với bể lọc kị khí và bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang để xử lý nƣớc thải sinh hoạt của khu dân cƣ. Bể tự hoại gồm 3 ngăn, 1 ngăn chứa và 2 ngăn lắng. Ngăn chứa có chiều cao 2,5 m, chiều dài 7,5 m, chiều rộng 5 m, đƣợc xây dựng bằng bê tông cốt thép. Đáy ngăn chứa có độ dốc 25% về phía ống dẫn nƣớc vào để rễ hút bùn cặn. 2 ngăn lắng, mỗi ngăn có kích thƣớc, chiều cao 2,5 m, chiều rộng 5 m, chiều dài là 3,7 m. Bên trong dùng ống kích thƣớc Φ 60 với dòng chảy hƣớng lên. Đáy ống vào cao hơn ống ra 0,05 m. Bể lọc kị khí dòng hƣớng nên gồm 3 ngăn bằng nhau. Bể đƣợc xây dựng hình chữ nhật, trong mỗi ngăn của bể có chứa các lớp vật liệu lọc là các hạt sỏi chiều cao lớp vật liệu lọc là 1 m, lớp vật liệu lọc đƣợc đặt cách đáy 20 cm, cách mực nƣớc thu 10 cm. Thể tích bể là 130 m3, chiều cao là 1,3 m, chiều rộng 3 m, chiều dài mỗi ngăn 11,1 m. Thời gian lƣu mỗi ngăn là 6,9 h. Bãi lọc ngầm, bên trên bãi đƣợc trồng sậy và rong giềng. Bãi đƣợc xây bằng bê tông cốt thép, chát chống thấm đáy và thành, độ dốc 1% về phía thu nƣớc. Cấu tạo của lớp vật liệu lọc, đá trung bình có đƣờng kính 15-20 mm, chiều dày lớp đá 20 cm. Sỏi nhỏ có đƣờng kính 5 – 10 mm, chiều dày lớp sỏi 20 cm. Cát vàng với chiều dày 20 cm. Trên cùng là lớp đất pha cát với độ dày 10 cm. Mật độ cây trồng trong bãi lọc là 10 khóm/m2, đối với cây sậy mỗi khóm trồng 1 – 2 cây, rong giềng mỗi khóm 1 cây, trồng theo hàng cứ 2 hàng sậy thì đến 2 hàng rong giềng, cây đƣợc cắt tỉa thƣờng xuyên. Diện tích bãi 400 m2, chiều dài L= 34,66 m, chiều rộng B = 11,54 m, thời gian lƣu t = 1,86 ngày, thể tích V = 280 m3 Kiến nghị 42 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  49. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Tại Việt Nam, phƣơng pháp xử lý nƣớc thải bằng bể tự hoại kết hợp bể lọc kị khí và bãi lọc ngầm trồng cây còn khá mới mẻ, bƣớc đầu đang đƣợc một số trung tâm công nghệ môi trƣờng và trƣờng đại học áp dụng thử nghiệm, nhƣng cho kết quả rất khả quan, không cần trình độ kĩ thuật cao, vận hành đơn giản, chi phí vận hành thấp, không tốn hóa chất cũng nhƣ năng lƣợng nhƣ các công nghệ xử lý khác. Do vậy nên ứng dụng rộng rãi mô hình này vào thực tế. Cần nghiên cứu sâu hơn nữa để tìm ra những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý. Mô hình bể tự hoại, bể lọc kị khí và bãi lọc ngầm xử lý rất tốt các loại nƣớc sinh hoạt ô nhiễm ở mức cao. Vì vậy nên nghiên cứu mô hình này để áp dụng với các loại nƣớc thải của công nghiệp chế biến thực phẩm, thủy sản và nƣớc thải từ các làng nghề sản xuất rƣợu, các khu chăn nuôi Có thể trồng xen một số loại cây nhƣ cỏ vertive, thủy trúc để tạo cảnh quan và đa dạng sinh thái. 43 Sinh viên: Ngô Văn Vinh
  50. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trƣờng Tài liệu tham khảo 1. Hoàng Đàn. Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây – Công nghệ mới đem lại nhiều lợi ích cho môi trường. http:// www.ner.gov.vn. 2. Hoàng Huệ. Xử lý nước thải. Nxb Xây dựng. Hà Nội, 1996. 3. Lƣơng Đức Phẩm. Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học.Nxb Giáo Dục. Hà Nội, 2002. 4. Nguyễn Việt Anh. Bể tự hoại và bể tự hoại cải tiến. Nxb Xây Dựng. Hà Nội, 2007. 5. Nguyễn Đình Bảng. Giáo trình các phương pháp xử lý nước thải. ĐHKHTN Hà Nội, 2004. 6. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải. Nxb Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 1999. 7. Trịnh Xuân Lai. Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải. Nxb Xây dựng Hà Nội. 8. 9. 10. 44 Sinh viên: Ngô Văn Vinh