Đề tài Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho khu dân cư Đại Nam có 16000 dân.Tính toán, thiết kế bể sinh học hiếu khí

a ráy sử dụng một lượng lớn xà phòng. Còn nước thải từ nhà vệ sinh lại phát sinh một lượng lớn các vi khuẩn gây bệnh, chất rắn lơ lửng tóm lại thành phần chủ yếu đặc trưng cho nước thải sinh hoạt vẫn là BOD5, COD, Nitơ, SS và Phốt pho, nhiều vi sinh vật gây bệnh (coliform) ngoài ra còn chứa nhiều dầu mỡ, chất tẩy rửa. Cũng như các khu dân khác nước thải sinh hoạt khu dân cư Đại nam Chứa thành phần chất hữu cơ nhiều: BOD5, COD, SS, tổng P, tổng N cao. Hiện nay trên địa bàn cả nước ta nói chung và tỉnh Bình Dương nói riêng hầu hết các hộ gia đình vẫn chưa ý thức được tầm quan trọng của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt từ trước đến nay các hầm chứa nước thải sinh hoạt của các hộ dân chủ yếu chỉ đơn giản là một chiếc hố được xây gạch bốn xung quanh, hiện đại hơn thì có bể tự hoại thậm chí có chỗ còn không có bể mà được thải trực tiếp vào kênh rạch. Lượng nước thải này nếu không được thu gom, xử lý sẽ làm cho nguồn tiếp nhận bị phú dưỡng hoá và bị nhiễm khuẩn, làm ảnh hưởng đến mỹ quan cũng như sức khoẻ người dân xung quanh nguồn tiếp nhân. Trước tình hình đó để bảo vệ hệ thống kênh rạch cũng như sức khoẻ người dân xung quanh nguồn tiếp nhận. Việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư Đại Nam là rất cần thiết Chương II. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Các phương pháp chính thường được sử dụng trong các công trình xử lý nước thải sinh hoạt là: phương pháp cơ học, phương pháp hóa học, và phương pháp sinh học. PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC Trong nước thải sinh hoạt thường chứa các chất tan và các tạp chất không tan. ở dạng hạt lơ lửng. Các tạp chất lơ lửng tồn tại ở dạng rắn và lỏng. Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải sinh hoạt người ta thường sử dụng phương pháp cơ học. Các công trình xử lý cơ học sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) sinh hoạt bao gồm các công trình như: thiết bị chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể điều hòa, bể lắng cát, bể lắng (lắng đợt 1, lắng đợt 2), bể tách dầu mỡ…Việc lựa chọn phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào kích thước các hạt, tính chất hoá lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải, mức độ làm sạch cần thiết. Thiết bị chắn rác Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác là công trình xử lý đầu tiên rất cần cho nước thải. Nó có tác dụng khử các tạp chất có thể gây sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào kích thước khe song chắn rác. Thiết bị nghiền rác Là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiện vụn rác thành các hạt, các mảnh lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm. Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khó khăn cho các công đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên làm tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng trong bể như (đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin. Bể lắng cát Nhiệm vụ của bể Lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, than vụn.vv... Nhằm mục đích bảo vệ các thiết bị cơ khí khỏi bị mài mòn , đồng thời giảm cặn nặng cho các công trình xử lý phía sau. Bể lắng cát gồm các loại sau: Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể. Bể có tiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu cát đặt ở đầu bể Bể lắng cát đứng: Đặc điểm của bể này là dòng nước chuyển động từ dưới lên trên theo thân bể Bể lắng cát radian: Là loại bể có tiết diện tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu vào máng thu tập trung rồi được dẫn ra ngoài Bể lắng cát sục khí: Bể lắng cát này có ưu điểm là loại bỏ được lượng chất hữu cơ lẫn trong cát, làm tăng hiệu quả xử lý. Bể lắng Bể lắng được sử dụng để tách các chất bẩn không hòa tan khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí thì có 2 loại Bể lắng 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học dùng để tách các chất rắn lửng không tan (cặn tươi) Bể lắng 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng cặn vi sinh, làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Dựa vào chiều của dòng chảy của nước trong bể, bể lắng chia thành các loại giống lắng cát như là: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng radian. Bể tách dầu mỡ Dầu mỡ là thành phần không thể thiếu trong nước thải sinh hoạt. Khi vào hệ thống xử lý nước chúng sẽ bít các lỗ hổng giữa các vật liệu lọc trong bể lọc sinh học hoặc phá huỷ bùn hoạt tính trong bể Aeroten gây khó khăn cho quá trình lên men cặn. Khi vào nguồn tiếp nhận chúng sẽ tạo thành một lớp màng mỏng phủ lên diện tích mặt nước gây khó khăn cho quá trình hấp thụ oxy gây cản trở quá trình tự làm sạch của nguồn nước. Mặt khác dầu mỡ có thể thu hồi, tái chế, sử dụng lại. Vì vậy dầu mỡ cần phải được tách trước khi đưa vào các công trình xử lý cục bộ. Loại dầu mỡ này được tách theo nguyên lý trọng lực giống như trong bể lắng, chỉ khác thông số đặc trưng ở đây là tốc độ nổi. Bể tách mỡ dùng để tách mỡ và thu các loại mỡ động vật và thực vật, các loại dầu có trong nước thải. Bể có thể được xây dựng bằng gạch, bê tông cốt thép, nhựa composite….Bể tách mỡ gồm các bộ phận: giếng thu cặn và giếng thu mỡ. Nguyên lý hoạt động của bể tách mỡ cũng giống như bể thu dầu. Bể chỉ được tiếp nhận các loại nước thải cần tách dầu mỡ hoặc có thể tách dầu mỡ được. Bể tách dầu mỡ có thể được bố trí kết hợp với hố lắng cát đặt trước bể tự hoại hoặc kết hợp với lắng đợt 1 Bể thu dầu được xây bằng gạch, bê tông cốt thép hoặc bằng nhựa, cấu tại gồm 2 phần giếng thu cặn, và giếng thu chất nổi. trong phần thu cặn, các tạp chất rắn chủ yếu là chất vô cơ) lắng xuống đáy bể. Tốc độ nổi của hạt dầu có độ lớn thủy lực từ 0,4 – 0,6 mm/s. Dầu và các sản phẩm nổi lên được vớt thường xuyên bằng gầu múc hoặc bơm hút dầu. Diện tích mặt thoáng tối thiểu 0,2m2 cho lưu lượng nước thải 1l/s. thời gian lưu nước lại trong ngăn thu dầu tối thiểu là 3phút. Thời gian hút dầu phụ thuộc vào lượng dầu có trong nước thải. Hiệu quả thu dầu có thể đạt từ 50 – 90% PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học là phương pháp dùng hóa chất để chuyển đổi các hợp chất hoặc các chất hòa tan trong nước thải thành các chất có tính trơ về mặt hóa học hoặc thành các hợp chất kết tủa để loại chúng ra khỏi nước thải. Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào, do đó ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm là chi phí vận hành cao, không thích hợp cho các hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) sinh hoạt. Các phương pháp hoá học làm sạch nước thải bao gồm trung hòa, oxy hóa, khử. Trong (HTXLNT) sinh hoạt phương pháp hóa học thường được sử dụng gồm có: khử khuẩn… Khử trùng Là phương pháp dùng hóa chất có tính độc đối với vi sinh, tảo, động vật nguyên sinh, giun sán… để làm sạch nước đảm bảo điều kiện vệ sinh để đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng. Ngoài khử khuẩn có thể sử dụng chất hóa học hoặc tác nhân vật lý như ozon, tia tử ngoại Hiện nay các biện pháp khử trùng thường được sử dụng để xử lý nước thải bao gồm: Khử trùng bằng Cl và các hợp chất của Cl Cl là chất oxy hóa mạnh ở bất kỳ dạng nào. Khi Cl tác dụng với nó sẽ tạo thành HOCl có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Cl vào nước, chất diệt trùng sẽ phát tán qua lớp vỏ tế bào sinh vật gây phản ứng với men tế bào, làm phá hoại các quá trình trao đổi chất của tế bào vi sinh vật Khử trùng bằng Clo lỏng Khi dùng Cl lỏng để khử trùng, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bi chuyên dùng để đưa Cl vào nước gọi là Clorato. Đây là thiết bị có chức năng pha chế và định lượng Cl hơi vào nước Khử trùng bằng clorua vôi và canxihyphocloit Clorua vôi được sản xuất bằng cách cho Cl + vôi tôi → Clorua vôi. Trong Clorua vôi Cl chiếm 20 – 25%. Canxihyphocloit Ca(OCl)2 là sản phẩm của quá trình bão hòa dung dịch vôi sữa bằng Clo. Hàm lượng Clo hoạt tính chiếm 30 – 45%. Thiết bị dùng để khử trùng nước thải bằng Clorua vôi thường có 1 hay 2 thùng hòa trộn, hai thùng dung dịch và một thùng định lượng. Thùng hòa trộn nhiệm vụ hòa trộn Clorua vôi với nước công tác để nhận được dung dịch Clorua vôi dạng sữa có nồng độ 10 – 15%. Sau đó dung dich Clorua vôi dẫn tới thùng dung dịch. Ở đây pha trộn thêm nước cấp để có dung dịch nồng độ 2,5%, và sau khi qua phần định lượng, dung dịch Clorua vôi dẫn đến máng xáo trộn trước khi qua bể tiếp xúc. Khử trùng bằng Natri hypoclorit (nước zaven). NaClo là sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch muối ăn. Nước zaven có nồng độ Cl hoạt tính từ 6 – 8g/l Khử trùng bằng ozon Ozon là một chất khí có màu tím, ít hòa tan trong nước và rất độc đối với con người. Ở trong nước, Ozon phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử. Ozon có tinh oxy hóa mạnh hơn Clo, nên diệt trùng mạnh hơn. Ozon được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không khí qua thiết bị phóng lửa điện. Để cung cấp đủ lượng Ozon cho trạm xử lý nước ta sử dụng máy phát tia lửa điện và cho không khí chạy qua. Tuy nhiên trong xử lý nước thải người ta thường sử dụng chủ yếu Cl hoặc hợp chất của Cl để khử khuẩn PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là lợi dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu cơ dễ phân huỷ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt như sulfit, muối amon, nitrat... Có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau, song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại như sau: Phương pháp hiếu khí là phương pháp xử lý sử dụng nhóm vi khuẩn hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cáp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ khoảng 20 – 40oC. Phương pháp yếm khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật yếm khí. Các công trình xử lý hiếu khí Công trình xử lý hiếu khí trong điều kiện tự nhiên: Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước. Các công trình đặc trưng: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh hoc… Cánh đồng lọc: Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là việc tưới nước thải lên bề mặt của một cánh đồng với lưu lượng tính toán để đạt được một mức độ xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của hệ đất - nước - thực vật của hệ thống. Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt được ba mục tiêu: Xử lý nước thải Tái sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để sản xuất Nạp lại nước cho các túi nước ngầm So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần ít năng lượng hơn. Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần năng lượng để vận chuyển và tưới nước thải lên đất, trong khi xử lý nước thải bằng các biện pháp nhân tạo cần năng lượng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lưu nước thải và bùn... Do ít sử dụng các thiết bị cơ khí, việc vận hành và bảo quản hệ thống xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế như cần một diện tích đất lớn, phụ thuộc vào cấu trúc đất và điều kiện khí hậu. Ao, hồ sinh học (ao hồ hiếu khí tự nhiên): Đây là phương pháp xử lý đơn giản đã được áp dụng từ xa xưa. Phương pháp này lợi dụng quá trình tự làm sạch của hồ, lấy oxy nhờ sự khuếch tán không khí vào lớp nước mặt và ánh sáng mặt trời chiếu rọi làm cho tảo phát triển thải ra oxy. Để đảm bảo ánh sáng qua nước, chiều sâu của hồ thường nhỏ. Các công trình hiếu khí trong điều kiện nhân tạo Là các công trình được cung cấp oxy nhờ thiết bị hoặc nhờ cấu tạo của nó. Các công trình đặc trưng bao gồm aeroten, aeroten theo mẻ (SBR), mương oxy hoá, tháp lọc sinh học, đĩa sinh học…. 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 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 lại thấy tốc độ tiêu thụ oxy tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hoá muối amon. Bể SBR (Aeroten theo mẻ ) Bể SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu làm đầy và xả cặn, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn (do quá trình làm thoáng và lắng được thực hiện trong cùng 1 bể).các bước xử lý trong chu trình hoạt động của hệ thống như sau: 1- làm đầy, 2 – sục khí (khử BOD), 3 – lắng trong, 4 – xả nước ra và xả cặn dư, 5 – chờ tiếp nhận nước thải mới. Tiếp tục thực hiện xử lý theo chu kỳ mẻ nước thải khác. Pha làm đầy có thể ở trạng thái: tĩnh, khuấy trộn hoặc thông khí tùy thuộc vào đối tượng cần xử lý. Trạng thái tĩnh có thể được là do năng lượng đầu vào thấp và có nồng độ các chất nền cao ở cuối giai đoạn. Trạng thái khuấy trộn là do có sự khử nitrat (khi có sự hiện diện của nitrat) các chất lơ lửng sẽ làm giảm nhu cầu oxy và năng lượng đầu vào, và phải có điều kiện thiếu hoặc kỵ khí cho quá trình loại bỏ P. Trạng thái thông khí là do xảy ra các phản ứng hiếu khí ban đầu, làm giảm thời gian tuần hoàn và giữ lại nồng độ chất nền ở mức thấp, điều này là quan trọng nếu tồn tại các thành phần, các chất hữu cơ dễ bị phân hủy với nồng độ hoạt tính cao. Mương oxy hóa Đây là một dạng Aeroten cải tiến khuấy trộn hoàn chỉnh trong điều kiện hiếu khí kéo dài, và nước chuyển động tuần hoàn trong mương. Mương oxy hóa có thể phân thành 2 nhóm chính: liên tục và gián đoạn. Mương oxy hóa gián đoạn có hình vành khăn sâu từ 0,9 – 1,5 m, hoạt động luân phiên: thổi khí và lắng. Nạp và tháo nước chỉ tiến hành trong giai đoạn lắng vì vậy quá trình xử lý có dạng bậc và nước thải sau xử lý có chất lượng tốt Mương oxy hóa hoạt động liên tục loại 1: cũng đơn giản như mương oxy hóa gián đoạn nhưng nước vào và ra liên tục đồng thời quá trình lắng diễn ra ở hai mương bên hông, luân phiên nhau. Mương oxy hóa liên tục loại 2: Rất gọn tuy nhiên trên thực tế rất khó bố trí trùng khớp với chu kỳ lắng trong các mương bên hông. Lắng và tháo nước sạch diễn ra trong vòng 30 – 40 phút. Trong thời gian này, lượng nước thải trong mương tăng tương ứng với độ sâu ngập nước máy thổi khí cũng tăng Bể lọc sinh học Là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên vật liệu lọc khi dòng nước thải trùm lên lớp màng này chất hữu cơ được vi sinh vật chiết ra, sản phẩm của quá trình trao đổi sẽ được thải ra ngoài qua màng chất lỏng, oxy được bổ sung nhờ hấp thụ từ không khí. Đĩa sinh học Là một hệ thống gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng nhỏ, khi trục quay một phần đĩa ngập trong máng nước thải, một phần tiếp xúc với không khí, nhờ vậy mà chất hữu cơ được phân huỷ nhanh. Các công trình xử lý yếm khí Công trình xử lý kị khí trong điều kiện tự nhiên: Ao hồ kỵ khí Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn bằng quá trình sinh hóa tự nhiên, dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong nước thải, giải phóng khí CH4 và CO2. Lượng chất hữu cơ có trong hồ có liên quan mật thiết đến lượng oxy xâm nhập vào hồ, nhằm duy trì điều kiện kỵ khí trên bề mặt hồ. Hồ kỵ khí không có mặt của tảo, mặc dù đôi khi chúng vẫn có thể hiện diện, chủ yếu là loài Chlamydomonas trên bề mặt. Hồ kỵ khí hoạt động rất hiệu quả trong điều kiện khí hậu ấm. Hồ kỵ khí làm giảm lượng N,K,P và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo bùn và giải phóng NH3 vào không khí Nguyên lý hoạt động: Nước thải dẫn vào hồ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều trong hồ. Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nươc bề mặt và có tấm ngăn bùn không cho ra cùng với nước Công trình xử lý kỵ khí trong điều kiện nhân tạo Bể lọc kỵ khí: Trong bể này lắp đặt các giá thể sinh vật kị khí dính bám, là các vật liệu hình dạng, kích thước khác nhau, đóng vai trò như vật liệu lọc. Các dòng nước thải có thể đi từ dưới lên hoặc trên xuống. Các chất hữu cơ được vi khuẩn hấp thụ và chuyển hóa thành CH4 và các chất khí khác. Các loại khí sinh học được thu gom tại phần trên của bể Bể tự hoại: Là loại công trình xử lý bậc một đồng thời thực hiện hai chức năng: lắng nước thải lên men cặn lắng, bể tư hoại có hình chữ nhật hoặc hình tròn trên bề mặt, xây dựng bằng gạch, bê tông cốt thép hoặc bằng vật liệu composite. Bể được chia làm hai hoặc ba ngăn các ngăn bể tự hoại được chia làm 2 phần: phần lắng nước thải và phần lên men cặn lắng. Hiệu quả lắng của bể tự hoại phụ thuộc vào nhiệt độ và chế độ quản lý vận hành bể Bể lắng 2 vỏ Bể lắng hai vỏ được Imhoff đề xuất năm 1906. Đó là bể chứa hình tròn hoặc hình chữ nhật trên mặt bằng. Phần trên của bể là máng lắng, phần dưới là ngăn lên men bùn cặn trong ngăn lên men bùn được giữ lại từ 2 - 6 tháng, phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ nước thải và nhiệt độ môi trường. Nước chuyên động qua máng theo nguyên tắc giống bể lắng ngang Bể UASB Bể UASB được thiết kế bởi Lettinga và các cộng sự viên vào 1983 ở Netherlands. Loại hầm ủ này thích hợp cho việc xử lý các chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao và thành phần vật chất rắn thấp. Hầm ủ gồm 3 phần chính: Phần bùn đặc ở dưới đáy hầm ủ Một lớp thảm bùn ở giửa hầm Dung dịch lỏng ở phía trên. Nước thải được nạp vào hầm ủ từ đáy hầm, nó đi xuyên qua lớp thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài. Các chất rắn trong nước thải được tách ra bởi thiết bị tách chất khí và chất rắn trong hầm. Các chất rắn sẽ lắng xuống lớp thảm bùn do đó nó có thời gian lưu trữ trong hầm cao và hàm lượng chất rắn trong hầm tăng. Lúc hầm ủ mới bắt đầu hoạt động khả năng lắng của các chất rắn rất thấp nhưng khi nó đã được tích trữ nhiều và tạo thành các hạt bùn thì khả năng lắng tăng lên và sẽ góp phần giữ lại các VSV hoạt động. Khoảng 80 - 90% quá trình phân hủy diễn ra ở thảm bùn này. Thảm bùn này chiếm 30% thể tích của hầm ủ UASB. Bể mêtan: Là công trình được xây dựng để lên men các lọai bùn cặn trong nước thải. Bể được xây dưng bằng bê tông cốt thép, có dạng hình tròn trên bề mặt sản phẩm của quá trình lên men chủ yếu là CH4 (chiếm 60 % lượng khí tạo thành. Đối với việc xử lý nước thải sinh hoạt có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe đối với chỉ tiêu N và P, quá trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quá trình xử lý sinh học thường được ứng dụng nhất. Các công trình xử lý sử dụng phương pháp thiếu khí (anoxic) Sau khi xử lý sinh học, nước thải có thể giảm được 90-98% BOD nhưng tổng N chỉ giảm được 30 - 40% và khoảng 30 % lượng P, hàm lượng N,P vượt ngưỡng cho phép thì phải xử lý bổ xung bằng phương pháp thiếu khí Đây là quá trình chuyển hóa nitrat thành nitơ trong điều kiện không cấp thêm oxy từ ngoài vào. Quá trình khử nitrat bao gồm việc oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải, nitrat hoặc nitrit được sử dụng như là chất nhận điện tử thay cho oxy Để khử nitrat trong nước thải người ta tạo điều kiện cho quá trình khử nitrát diễn ra trong công trình bằng cách tạo ra vùng thiếu khí anoxic Các hệ thống kết hợp khử nitrat phổ biến Hệ thống bardenpho (khử nitrat – nitrat hóa 4 bậc) Đầu tiên, nước thải đi vào ngăn thiếu khí đầu tiên cùng với nước thải đã được nitrat hóa tuần hoàn lại. Tại đây, xảy ra sự khử nitrat nhờ nguồn cacbon có sẵn trong nước thải đầu vào, lượng hữu cơ cao nên sự khử nitrat xảy ra nhanh chóng tuy nhiên NH3 chưa được xử lý tại đây mà nó đi vào bể hiếu khí và tham gia phản ứng nitrat hóa. Nước thải sau khi nitrat hóa được đưa sang bể thiếu khí thứ 2. Tại đây, diễn ra quá trình khử nitrat bổ sung, nhờ nguồn cacbon từ sự tự phân của vi sinh Bể hiếu khí thứ 2 thì nhỏ có nhiệm vụ chủ yếu là đuổi N2 khỏi nước thải trước khi đưa sang bể lắng Mương oxy hóa tuần hoàn Ở mương oxy hóa ta cũng có thể tạo một vùng hiếu khí ngay sau thiết bị cấp khí và một vùng thiếu khí ở phía trước thiết bị cấp khí. Nước thải sẽ đi vào tại đoạn đầu của vùng thiếu khí và đi ra tại đoạn cuối của vùng hiếu khí. Nguồn cacbon cho quá trình khử nitrat chính là cacbon trong nước thải. Một phần bùn của bể lắng 2 được tuần hoàn vào đoạn đầu của vùng thiếu khí. Do chỉ có 1 vùng hiếu khí và 1 vùng thiếu khí nêu hiệu quả khử N của mương oxy hóa kém hơn so với hệ thống bardenpho Các công trình hoạt động theo nguyên tắc thổi khí kéo dài như mương oxy hóa có thể giảm được 85 – 95% BOD và cặn lơ lủng trong nước thải. Một phần chất hữu cơ dễ gây thối rữa trong bùn được khử nhờ quá trình hô hấp nội bào. Để khử nitơ trong nước thải, các công trình thổi khí kéo dài thường chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn nitrat hóa và giai đoạn khử nitrat. Xử lý nước thải bằng phương pháp thổi khí kéo dài có hiệu quả làm sạch cao, lượng bùn dư ít nhưng diện tích chiếm đất lớn. Vì vậy phương pháp này thường được ứng dụng để xử lý nước thải quy mô vừa và nhỏ. Ngoài ra còn có một số công trình khác như Tháp lọc sinh học … Các công trình xử lý P: Có thể đơn cử một vài công trình như hệ thống A/O, SBR Đối với hệ thống A/O nước thải sẽ đi vào ngăn kỵ khí cùng với bùn tuần hoàn. Trong điều kiện kỵ khí các vi sinh vật giải phóng Photphat hòa tan đồng thời khử BOD. Khi nước thải sang ngăn hiếu khí P được vi sinh vật hấp thụ (như vậy P đi vào bùn và ta có thể loại P ra khỏi nước thải Ao hồ hiếu kị khí (hồ tùy tiện): Đây là ao hồ phổ biến trong thực tế. Nó kết hợp song song hai quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan ở trong nước và phân hủy kị khí (sản phẩm chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy. Hồ hoạt động phân ra thành 2 tầng. Ở tầng trên xảy ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ tảo quang hợp dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. ở tầng dưới các chất hữu cơ bị phân hủy kị khí sinh ra các khí CH4, H2S, H2 Hồ tùy tiện có hai loại: Hồ tùy tiện sơ cấp và hồ tùy tiện thứ cấp. Hồ tùy tiện sơ cấp, tiếp nhận nguồn nước thải nguyên thủy chưa qua xử lý, có chức năng kết hợp 2 loại hồ kỵ khí và tùy tiện thứ cấp. Loại hồ này được thiết kế chung cho việc sử lý nước thải loãng và cho vị trí nhạy cảm đối với mùi, thường phát sinh từ hồ kỵ khí. Hồ tùy tiện thứ cấp tiếp nhận nguồn nước thải đã qua xử lý (thường là dòng thải từ hồ kỵ khí). Chương III. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN MỘT CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ NƯỚC THẢI Xác định lưu lượng nước thải Theo kết quả điều tra Thị xã Thủ Dầu Một hiện đang là đô thị loại III. Tuy nhiên so với quy định đạt đô thị loại II thì Thị xã Thủ Dầu đã đạt 80,06/70 điểm (Nghị định số 42/2009/NĐ-CP ngày 7-5-2009 của Chính phủ về việc phân loại đô thị). Theo định hướng phát triển của thị xã đến năm 2015 Thủ Dầu Một sẽ trở thành đô thị loại II, đến năm 2020 sẽ trở thành đô thị loại I. Ông Nguyễn Thành Tài “Chủ tịch UBND TX.TDM” cho biết sắp tới thị xã sẽ tham mưu lập quy hoạch và ban hành quy chế quản lý kiến trúc đô thị và thực hiện đạt 100% các tiêu chí của đô thị loại II. Như vậy đến năm 2020 Thị xã Thủ Dầu Một có khả năng sẽ lên đô thị loại I thì khu dân cư Đại Nam sẽ là vùng ven của đô thị loại 1. Để đảm bảm cho hệ thống hoạt động tốt trong vòng 10 năm tới, ta chọn tiêu chuẩn cấp nước cho đô thị loại 2 vùng ngoại ô để thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư Đại nam Lưu lượng nước cấp trên đầu người: (Theo TCXDVN 33:2006) qtb = 100 l/người.ngày Lưu lượng nước thải trên đầu người: 100*0,8 =80 (l/người.ngày) (Theo trịnh xuân lai Lưu lượng nước thải 0,8 lưu lượng nước cấp) Lưu lượng tb nước thải sinh hoạt trên ngày đêm: Qtb.ngđsh=qtb*N1000=80*160001000=1280(m3/ngđ) Lưu lượng nước thải sinh hoạt lớn nhất trên ngày đêm: Qngày.max=Kngày.max*Qtb.ngày=1,4*1280=1792(m3/ngđ) Với: K: hệ số không điều hoà lấy = 1,4 (theoTCXD 33:2006) Xác định nồng độ bẩn của nước thải Bảng 3-1. Lượng chất bẩn tính cho một người dân Các đại lượng Khối lượng (g/người. ngày) Chất rắn lơ lửng 60 -65 BOD5 của nước thải đã lắng 30 -35 BOD5 của nước thải chưa lắng 65 Nitơ của các muối amoni(N –NH4) 8 Phosphat ( P2O5 ) 3,3 Clorua (Cl-) 10 Chất hoạt động bề mặt 2- 2,5 Nguồn: theo (bảng 7-4 TCXDVN 51-2008) Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải Csh=nll*1000qtb=65*100080=812,5 (mg/l) Trong đó: nll: Tải lượng chất thải rắn trong nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm lấy theo bảng 3-1 qtb: Lưu lượng nước thải tb trên đầu người (l/người.ngày) Hàm lượng BOD5 trong nước thải Ssh=nBOD*1000qtb=65*100080=812,5 (mg/l) nBOD: Tải lượng BOD trong nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm lấy theo bảng 3-1 Hàm lượng BOD20 trong nước thải BOD5=0,68 BOD20 (theo Nguyễn Minh Triết – xử lý nước thải đô thị và công nghiêp-trang 143) ⇒BOD20=BOD50,68=812,50,68=1194,85 (mgl) Hàm lượng N trong nước thải Hàm lượng N trong nước thải =nNH4*1000qtb=8*100080=100 (mg/l) Hàm lượng phosphat trong nước thải Hàm lượng phosphat =nP2O5*1000qtb=3,3*100080=41,25 (mg/l) Như vậy nước thải đầu vào của hệ thống xử lý nước có chất lượng như sau: Bảng 3.2. Chất lượng thải đầu vào của hệ thống xử lý stt Các chỉ tiêu phân tích Đơn vị Trị số nước đầu vào hệ thống 1 pH 2 TSS Mg/l 812,5 3 BOD5 Mg/l 812,5 4 Phospho Mg/l 41,25 5 N (NH4) Mg/l 100 Bảng 3.3. Chất lượng nước thải đầu ra STT Các chỉ tiêu phân tích Đơn vị Trị số nước đầu vào hệ thống 1 pH 5-9 2 TSS Mg/l 100 3 BOD5 Mg/l 50 4 Phospho Mg/l 10 5 N(amoni) Mg/l 10 6 N(NO3-) Mg/l 50 (Nguồn: QCVN 14:2008/BTNMT) XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ XỬ LÝ CẦN THIẾT Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt Cmax=C*K K: hệ số tính tới quy mô. Khu dân cư có quy mô lớn hơn 50 hộ chọn hệ số k = 1 Cmax=C Mức độ xử lý cần thiết của nước thải theo chất rắn lơ lửng D=Ctc-mCtc*100%=812,5-100812,5*100%=87,7% Với: TSS = 100 (mg/l) “Theo QCVN 14:2008/BTNMT hiệu quả xử lý đạt tiêu chuẩn loại B” Mức độ sử lý cần thiết của nước thải theo BOD5 D=So-SSo*100%=812,5-50812,5*100%=93,8% Với Lt: Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau xử lý cho phép vào nguồn nước, Lt = 50 mg/l Qua kết quả tính toán về mức độ xử lý cần thiết cho thấy cần thiết phải xử lý sinh học hoàn toàn Mức độ xử lý cần thiết của nước thải theo N: D=No- NNo*100%=100 - 10100*100%=90% Mức độ xử lý cần thiết của nước thải theo P: D=Po- PPo*100%=41,25 - 1041,25*100%=75,75% ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và các số liệu cơ sở đã tham khảo, căn cứ và thành phần tính chất của nước thải, mức độ xử lý cần thiết của nước thải tác có ba phương án sau: Phương án I Sơ đồ công nghệ Bùn tuần hoàn Nước thải Rác thải Bùn thải Cát Khí Clo Ghi chú Trạm thổi khí Bể Mêtan Đốt Sân phơi cát Nước thải đầu vào Lắng I Bể aerotank Lắng II Khử trùng Lắng cát Nguồn tiếp nhận Song chăn rác Tái sinh bùn Bể điều hoà Ngăn tiếp nhận Trạm Clo Bãi chôn lấp Sân phơi bùn Bón cây Thuyết minh công nghệ Nước thải sinh hoạt sau khi được thu gom về trạm xử lý, sẽ được đưa vào hầm bơm tiếp nhận có song chắn rác. Tại đây các loại rác thải thô xẽ được tách khỏi nước thải và được đem đi xử lý, còn nước thải được dẫn sang bể lắng cát có hệ thống tách dầu mỡ. Tại đây cát và các chất rắn vô cơ khác có trọng lượng lớn được tách khỏi nước thải với dầu mỡ. Lượng dầu mỡ và chất thải vô cơ này sẽ được đem đi xử lý định kỳ. Sau khi ra khỏi lắng cát nước thải được đưa sang bể điều hoà. Với hệ thống sục khí kết hợp với tuần hoàn bùn hoạt tính, nước thải sẽ được đông tụ sinh học. Từ đây nước thải sẽ được đưa sang bể lắng đợt 1 để loại bỏ cặn hữu cơ nhờ hệ thống bơm. Sau đó nước thải sẽ tự động chảy tràn sang bể Aeroten (Aeroten dòng chảy đều kết hợp 4 giai đoạn) Tại bể Aeroten nước thải được khử BOD, NH4, NO3-, nhờ các vùng thiếu khí và hiếu khí xen kẻ nhau và hệ thống tuần hoàn bùn hoạt tính kết hợp với hệ thống cấp và phân phối khí. Nước thải sau khi ra khỏi bể Aeroten sẽ được dẫn sang bể lắng 2 để lắng cặn sinh học. Lượng cặn sinh ra trong bể sẽ được tuần hoàn 1 phần vào bể Aeroten, một phần vào bể điều hòa, phần còn lại được đem đi xử lý cùng với cặn tươi trong bể lắng 1. Nước thải sau khi được tách cặn sinh học được đem đi khử trùng bằng Cl trong bể khử trùng. Nước sau khi khử trùng là nước đã được xử lý song đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 14:2008/BTNMT Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Nước Thải Sinh Hoạt. nước thải sau khi ra khỏi bể khử trùng sẽ được lưu trong bể chứa rồi chảy chàn ra nguồn tiếp nhận. lượng nước này có thể sử dụng để tưới cây, chữa cháy hoặc rửa đường ... Phương án II Sơ đồ công nghệ Bãi CL Ghi chú Hóa chất Cát Khí Dinh dưỡng Nước tuần hoàn Nước thải Rác thải Bùn thải Bùn tuần hoàn Hóa chất dinh dưỡng khíí Bể điều hoà Sân PB Bể tiếp nhận Phơi Cát Lắng cát Lắng I Bể tiếp xúc Nguồn tiếp nhận Lọc sinh học Lắng II Nước thải đầu vào Song chắn rác Thuyết minh công nghệ Nước thải sinh hoạt sau khi được thu gom về trạm xử lý, sẽ được đưa vào hầm bơm tiếp nhận có song chắn rác tại đây các loại rác thải thô sẽ được tách khỏi nước thải và được đem đi xử lý tại bãi chôn lấp, còn nước thải được dẫn sang bể lắng cát có hệ thống tách dầu mỡ. Tại đây cát và các chất rắn vô cơ khác có trọng lượng lớn được tách khỏi nước thải cùng với dầu mỡ. Lượng dầu mỡ và chất thải vô cơ này sẽ được đem đi xử lý định kỳ. Sau khi ra khỏi lắng cát nước thải được đưa sang bể điều hoà. Với hệ thống sục khí kết hợp với tuần hoàn bùn hoạt tính, nước thải sẽ được đông tụ sinh học. Rồi Từ đây nước thải được hai máy bơm thay thế nhay đưa sang bể lắng đợt 1 để loại bỏ cặn hữu cơ Nước thải sau khi được loại bỏ cặn hữu cơ sẽ được phân phối đều trên bề mặt tháp lọc sinh học nhờ hệ thống bơm và phân phối nước. Tại đây nước thải được khử BOD, P, kết hợp nitrat hóa. Nước thải ra khỏi tháp lọc sinh học một phần được dẫn sang bể lắng 2 để lắng cặn sinh học. Một phần được tuần hoàn lại tháp lọc cùng với 1 phần lượng nước ra khỏi bể lắng 2. Phần nước thải còn lại được khử trùng nhờ lượng Cl được châm vào nước trên đường ống đẫn tới bể tiếp xúc. Nước sau khi khử trùng đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 14:2008/BTNMT Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Nước Thải Sinh Hoạt, có thể sử dụng để tưới cây, chữa cháy hoặc rửa đường ...hoặc đưa vào nguồn tiếp nhận Lượng cặn sinh ra trong bể lắng được đem đi xử lý cùng với cặn tươi trong bể lắng 1. Phương án III Nước thải đầu vào Song chắn rác Bể tiếp nhận Bãi chôn lấp Sân phơi Cát Lắng cát Khử trùng Nguồn tiếp nhận Trạm clo mêtan Đốt Lắng 1 + đông tụ SBR Bể Mêtan Sân phơi bùn Trạm thổi Khí Trung gian Bùn tuần hoàn Nước thải Rác thải Bùn thải Cát Khí Clo Ghi chú Sơ đồ công nghệ Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải sinh hoạt sau khi được thu gom về trạm xử lý, sẽ được đưa vào hầm bơm tiếp nhận có song chắn rác tại đây các loại rác thải thô sẽ được tách khỏi nước thải, còn nước thải được dẫn sang bể lắng cát có hệ thống tách dầu mỡ. Tại đây cát và các chất rắn vô cơ khác có trọng lượng lớn được tách khỏi nước thải với dầu mỡ. Lượng dầu mỡ và chất thải vô cơ này sẽ được đem đi xử lý định kỳ. Sau khi ra khỏi lắng cát nước thải được đưa sang bể điều hoà. Tại đây nước thải được làm thoáng sơ bộ nhờ hệ thống cánh khuấy. Từ bể điều hòa nước thải được hai bơm chìm thay phiên nhau đưa nước thải sang bể lắng 1. Sau khi được tách cặn tươi nước thải qua bể SBR Nước thải sau khi được xử lý bằng SBR được tháo sang bể khử trùng rồi ra nguồn tiếp nhận. Chất lượng Nước này đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 14:2008/BTNMT Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Nước Thải Sinh Hoạt, có thể sử dụng để tưới cây, chữa cháy hoặc rửa đường …. Lượng cặn dư sinh ra trong SBR một phần được tuần hoàn lại bể điều hòa, một phần được đưa đi xử lý trong bể mêtan cùng với lượng rác được nghiền ra từ song chắn rác SO SÁNH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Cơ sở lựa chọn công nghệ: Ưu điểm Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Công xuất cao Hiệu quá xử lý chất dinh dưỡng cao Đơn giản Tải trọng chất ô nhiễm thay đổi ở giới hạn rộng trong ngày Thiết bị cơ khí đơn giản Ít tiêu thu năng lượng Có thể xử lý hiệu quả nước cần có quá trình khử nitrat hoặc phản ứng nitrat hóa Cấu tạo đơn giản: Do SBR không cần xây dựng lắng 2, nên có thể giảm chi phí cũng như diện tích so với 2 phương án trước. Chế độ hoạt động có thể thay đổi theo nước đầu vào nên rất linh động. Hoạt động dễ dàng và giảm đòi hỏi sức người. Dễ vận hành Ít tốn năng lượng Có thể lắp đặt từng phần và dễ dàng mở rộng thêm. Hiệu quả xử lý cao: Các quá trình trộn nước thải với bùn lắng cặn trong SBR diễn ra gần giống với điều kiện lý tưởng nên khả năng khử BOD cao. Ngoài ra hệ thống còn có khả năng khử chất dinh dưỡng cao. Khử được các chất dinh dưỡng hiệu quả Nhờ Aeroten hoạt động gián đoạn nên có thể chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy Dễ vận hành Sự giao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Cạnh tranh giá cài đặt và vận hành. Sự giao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Nhược điểm Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Cấu tạo phức tạp, nhiều ngăn Tiêu tốn năng lượng Không khí ra khỏi lọc thường có mùi hôi thối xung quanh lọc có nhiều ruồi muỗi Ở những vùng có khí hậu nóng ẩm về mùa hè nhiều loại ấu trùng có thể xâm nhập phá hoại bể Hiệu suất quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ không khí Tốn vật liệu lọc do đó giá thành vận hành và quản lý cao Công xuất xử lý nước thải nhỏ do SBR xử lý theo mẻ Kiểm soát quá trình khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh, hiện đại. Bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị khó khăn do SBR sử dụng phương tiện điều khiển hiên đại. Để bể hoạt đông có hiệu quả người vận hành phải có trình độ cao và theo dõi các bước xử lý nước thải Do bùn trong SBR không rút hết nên hệ thống thổi khí có khả ngăng bị nghẹt Căn cứ vào yêu cầu đối với nước thải đầu ra, xét thấy cả ba phương án trên đều cho hiệu quả xử lý tốt (đạt tiêu chẩn nước thải loại B theo QCVN: 14/2008 BTNMT) Tuy nhiên phương án 3 là ưu điểm hơn cả TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ (SBR) Các thông số đầu vào Lưu lượng nước thải trung bình: Qtb = 1280m3/ng.đ Hàm lượng BOD5 trong nước thải dẫn vào SBR: So=Ssh*0,95*(0,6-0,25)=812,5*0,95*(0,6 - 0,25)=270,156 (mgl) Trong đó 0,25: Phần trăm khử BOD tăng lên khi nước thải qua bể lắng 1 do sử dụng đông tụ sinh học có tuần hoàn bùn hoạt tính (theo TCXDVN51:2008 điều 7.103) 0,95: Phần trăm BOD còn lại trong nước thải khi qua bể lắng cát (theo Trần Đức Hạ-xử lý nước thải đô thị) 0,6: Phần trăm BOD còn lại trong nước thải khi qua bể lắng 1 (theo Trần Đức Hạ-xử lý nước thải đô thị) Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào SBR TSSvào = TSSsh * 0,9 =812,5 * 0,9 * 0,35 = 255,94(mgl) Trong đó 0,9: Phần trăm SS còn lại trong nước thải khi qua lắng cát (Theo Trần Đức Hạ-xử lý nước thải đô thị) 0,35: Phần trăm SS còn lại trong nước thải khi qua lắng 1 (Theo Trần Đức Hạ-xử lý nước thải đô thị) Hàm lượng VSS đầu vào MLVSSMLSS = 0,8 ⇒VSSvào= 0,8 * 255,94 = 204,752 mgl Chọn hàm lượng VSSph = 0,67 VSS → Hàm lượng VSS không phân hủy sinh học VSSkph=1-0,67* 204,752 = 67,568 mgl Các thông số đầu ra đạt loại B Bảng 3.4: Thông số đầu ra đạt loại B (Theo tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT) STT Thông số Đơn vị Giá trị Cmax 1 BOD5 Mg/l 50 2 TSS Mg/l 100 3 P Mg/L 10 4 Tổng N Mg/l 60 Các thông số thiết kế: Thời gian lưu bùn (tuổi thọ của bùn) θc = 10 – 30 ngày, chọn θc = 10 ngày Tỉ số F/M = 0,05 – 0,3 ngày -1 Nồng độ chất răn lơ lửng MLSS = 2500 – 4000 mg/l. (theo Lâm Minh Triết) Nồng độ cặn lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính (nồng độ VSS trong bể) đối với nước thải sinh hoạt chọn XVSS = 3500 mg/l Tỉ số MLVSS/MLSS = 0,8 Độ tro của bùn hoạt tính: Z = 0,2 mg/mg hay cặn bay hơi = 0,8 Chỉ số thể tích bùn: SVI = 150 ml/g BOD5 = 0,65 COD Nồng độ cặn lắng trung bình dưới đáy bể XS = 10000 mg/l Hệ số sản lượng bùn Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5. Chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5. Chất lơ lửng trong nước thải đầu ra chứa 20mg/l cặn sinh học và 65% chất có khả năng phân hủy sinh học Nước thải khi vào SBR có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (nồng độ sinh vật ban đầu) Xo = 0 Nồng độ BOD5 hòa tan trong nước ở đầu ra SBR BOD5(ra)= BOD5hòa tan trong nước thải đầu ra + BOD5của chất lơ lửng đầu ra BOD5 của chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra Theo QCVN 14:2008/BTNMT nước thải sau xử lý đạt loại B có nồng độ chất rắn lơ lửng TSS < 100 mg/l ⇒ Chọn TSS đầu ra cho công nghệ = 25 mg/l Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra 25 * 0,6 = 15(mgl) BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra 15 * 1,42=21,3(mg/l) Với: 1,42 = khối lượng oxy cần để oxy hóa 1mg tế bào BOD5 của chất rắn lơ lửng đầu ra 21,3 * 0,68=14,48 (mgl) BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra 50mgl=BOD5ht + 14,82 mgl ⇒BOD5ht = 50mgl - 14,48mgl=35,52 (mgl) Thời gian hoạt động Kiểm tra khả năng khử nitơ của hệ thống Tỉ lệ dinh dưỡng BODNP=10051 Hàm lượng N trong nước thải đủ để xử lý hiếu khí N = 270,156*5100 =13,625 (mg/l) Hàm lượng P trong nước thải đủ để xử lý hiếu khí P=270,156*1100= 2,70156 (mg/l) Hàm lượng N còn lại trong nước thải Ncòn lại =100 - 13,625=86,375 (mg/l) Hàm lượng P còn lại trong nước thải Pcòn lại = 41,25-2,70156 =38,55 (mg/l) Như vậy cần bổ sung thêm điều kiện thiếu khí để khử N Thời gian cần thiết cho quá trình thiếu khí Tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn trong điều kiện vận hành bể: μN=μN maxNKN+NDOKo2+DOe0,098T-151-0,8337,2-pH μN=0,451000,738+10021,3+2e0,09828,4-151-0,8337,2-7=0,847 ngày-1 Kn =100,051t-1,158 =100,051*28,4-1,58 = 0,738 DO: Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten lấy DO = 2 (theo TCXD:51/2008 – BXD) Giả xử DO = 2 mg/l Tốc độ sử dụng NH4+ của vi khuẩn ρN=KNKN+N=5,29*100.73+10=4,94 mgNH4mg bùn.ngày Trong đó K=μNYN=0,8470,16=5,29 ngày-1 Thành phần hoạt tính của vi khuẩn nitrat hóa trong bùn hoạt tính XN=fN*X=0,098*3500=343 Trong đó fN=NH4 sẽ khử0,6 BODsẽ khử+0,16NH4 sẽ khử=0,16*100-100,6*270,156-50+0,16*100-10=0,098 mg/l Thời gian cần thiết để nitrát hóa θN=VQ=NO-NρNXN=100-104,94*343=0,05 ngày = 1,4 h Phương trình tổng hợp quá trình nitrat hóa CH4++1,731O2 +1,692 HCO3- → 0,038C5H7O2N+0,962NO3- + 0,077H2O + 1,769H2CO3 Nồng độ NO3- sinh ra Như vậy cứ 16 đơn vị khối lượng NH4+sẽ sinh ra 59,644g NO3- Lượng NO3- sinh ra khi phân hủy 90mg NH4+ 90*59,64416=335,4975 mg Hàm lượng NO3- sinh ra là 335,4975mg/l Tốc độ sử dụng NO3- của vi khuẩn tính bằng mg cho 1 mg bùn hoạt tính trong 1 đơn vị thời gian ở 28,4oC ρN228,4oC=0,1*1,0928,4-20 * (1 – 0,3)=1,443 mgNO3mg bùn.ngày Thời gian cần thiết để khử nitrat θNO3=VQ=NNO3v-NNO3rρNXN=335,4975 - 501,443 * 3500= 0,056 ngày = 1,35 h Để đáp ứng yêu cầu đặt ra ta tiến hành xây dựng 2 bể SBR trong thời gian bể một thực hiện lấp đầy thì bể 2 thực hiện quá trình quấy trộn sục khí, lắng, rút nước do đó: TF=TA + TS + TD Trong đó: tF: Tthời gian lấp đầy nước vào bể tS: Thời gian lắng , chọn tS = 0,5h tA: Thời gian sục khí khuấy chộn, chọn tA = 2h tD: Thời gian rút nước ra khỏi bể, chọn tD = 0,5h tI: Thời gian không làm việc, tI = 0 TF = TA + TS + TD = 2 + 0,5 + 0,5= 3 h Thời gian một chu kỳ làm việc TC=tF + tA+tS+tD =3 + 2 + 0,5 + 0,5 = 6 h Số chu kì hoạt động của một bể trên một ngày n=24hngày 6hchu kỳ=4 chu kỳbể.ngày Tổng số chu kỳ trên 1 ngày N=2*n=4*2=8 chu kỳngày Như vậy ta có bảng biểu chu kỳ hoạt động của SBR như sau: Kích thước bể Lưu lượng nước thải được xử lý trong 1 chu kỳ VF =12808=160 m3chu kỳ Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong thể tích bùn lắng Xs=103(mgg)*103(mll)SVI=103(mgg)*103(mll)150(mlg)=6666,67(mgl) Trong đó SVI: Chỉ số thể tích bùn. Chọn SVI = 150 ml/g Ta có Tổng lượng SS chưa lắng = Tổng lượng SS sau lắng VTX=VsXs ⟹VsVT=XXs=35006666,67=0,525 Trong đó VT: Tổng thể tích 1 bể VS: Thể tích bùn lắng sau khi rút nước X: Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính. Chọn X= 3500mg/l Để đảm bảo cho SS không ra khỏi bể khi ra khỏi bể ta tính thêm 20% VsVT=0,525*1,2=0,63 Ta có VT=VF+VS →VFVT+VSVT=1 →VFVT=1-VSVT=1-0,63=0,37 chọn VFVT=0,3 Thể tích bể 1 bể SBR VT=VF0.3=1600,3=533,3 m3 chọn VT=535 m3 Diện tích mặt bằng của 1 bể SBR F=VTH=5355,4=99m2 Trong đó: Chọn chiều cao bể H = 5,4 m Chiều cao xây dựng của bể Hxd = H + Hbv= 5,4 + 0,6 = 6 m Trong đó: Chọn chiều cao bảo vệ của bể Hbv = 0,6m Kích thước bể SBR L*B*H=11*9*5,4 Chiều sâu rút nước HF=50%H=2,7 m Chiều cao phần chứa bùn Hb=42%H = 0,42*5,4 = 2,268 m → chọn Hb=2,3 m Chiều cao an toàn của lớp bùn Hb. an toàn=0,08*H=0,08*5,4=0,432 m → chọn Hb. an toàn = 0,5 m Thể tích phần chứa bùn Vb=0,42*VT=0,42*535=242,7 m3 Thời gian lưu nước tổng cộng của 2 bể trong suốt quá trình θ =2VTQ=2 * 5351280= 0,835 ngày ≈ 20h Tải trọng thể tích của bể L=So*QVT=270,156*10-3*1280535= 0,646 kgBOD5m3.ngày Kiểm tra tỉ số F/M FM=Q*S0VT*X=1280*270,156535*3500=0,184 (ngày-1) F/M nằm trong khoảng (0,05 – 0,3) Hiệu quả xử lý E=S0-SS0*100 =270,156-35,52270,156*100 = 86,85% Trong đó So: nồng độ BOD đầu vào S : nồng độ BOD đầu ra Tính toán lượng bùn sinh ra mỗi ngày Tốc độ tăng trưởng của bùn (hệ số sản lượng quan sát) Yobs=Y1 + Kd * θc=0,61 + 0,06 * 10=0,375 m3 Trong đó Y: Hệ số sản lượng bùn.Y giao động từ 0,4 – 0,8 mg VSS/mgBOD, chọn Y = 0,6 theo “Lâm Minh Triết" Kd: Hệ số phân hủy nội bào chon Kd = 0,06 ngày-1 Lượng bùn hoạt tính sinh ra mỗi ngày do khử BOD5 tính theo MLVSS PX=Yobs * Q * S0 - S103=0,375 * 1280 * 270,156 - 35,52103= 112,625kgngày Lượng bùn sinh ra theo SS PSS=PX1-Z=112,6250,8= 140,78(Kgngày) Lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày Lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày = Lượng bùnsinh ra -Lượng bùn lơ lửng trong dòng ra 140,78 –25*10-3*1280=108,78 (Kgngày) Thể tích cặn dư chiếm chỗ sau 1 ngày Vb=khối lượng bùn dư thải bỏ 1,02*XS=108,78 1,02*6666,67*10-3= 15,997 m310 ngày Trong đó: Thể tích bùn khi cô đặc đến 8000mg/l và tỉ trọng của bùn là 1,02 mg/l Chiều cao cặn dư thải bỏ trong bể hb=Vb2 * F=15,997 2*99=0,080 m Đường ống dẫn bùn Lưu lượng bù xả của mỗi bể sau mỗi ngày Qb xả= Vbt = 15,9972*30*60= 0,0044m3s Trong đó Vb: Thể tích bùn xả sau 1 ngày Vb = 15,997 t: Thời gian xả bùn, Chọn t = 30’ Chọn vận tốc bùn chảy trong ống v = 1m/s ⇒ Đường kính ống xả cặn D=4*Qb xảπ*v=4*0,0044π*0,5=0,10 m → Chọn ống có đường kính 114mm Kiểm tra lại vận tốc trong ống v=4*Qbxảπ*D2=4*0,00443,14*0,1142=0,431 ms Vận tốc nằm trong khoảng 0,3 – 0,5m/s Công xuất máy bơm N=Qb xả*Hb*ρ*g1000*η= 0,0044 * 8 * 1020* 9,81 1000*0,8=0,44 (kw) Trong đó Qb xả: Lưu lượng bùn cần xả: Qb xả = 0,0044 m3/s Hb: Cột áp của bơm, hb = 8m ρ: Khối lượng riêng của bùn, chọn ρ = 1020 kg/m3. η: Hiệu xuất bơm, chọn hiệu xuất bơm η = 0,8 Gia tốc tự do g = 9,81 Lượng không khí cần thiết trong điều kiện thực tế Lượng oxy cần thiết theo lý thuyết OC0= Q * S0 – S1000 - 1,42 * PX+4,57Q*(No-N)1000 (kgO2ngày) = 1280 * 270,156-35,521000 - 1,42 * 112,6252+ 4,57*1280*100-101000 = 746,834 (kgO2/ngày) Trong đó: OCo : Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở điều kiện 20OC Q : Lưu lượng nước thải cần xử lý m3/ngày So : Nồng độ BOD đầu vào S : Nồng độ BOD đầu ra 1,42 : Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD No : Tổng hàm lượng nitơ đầu vào (g/m3) N : Tổng hàm lượng nito đầu ra 4,57 : Hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa NH4 thành NO3- Px : Hàm lượng VSS có khả năng phân hủy sinh học Lượng oxy thực tế cần OCt=OCo*CsaβCSh-Co*11,024Ttb-20*1α OCt=746,834 *7,521*9,08-2*11,02428,4 - 20*10.9= 722,181(kgO2/ngày) Trong đó: β : Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy β = 1 CSh : Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ toC và độ cao so với mặt biển tại nhà máy xử lý.CSh = 9,08 (mg/l) Csa: Hàm lượng oxy bão hòa trong điều kiện áp xuất 1 atm và nhiệt độ đã định (mg/l). Giá trị Csa xác định theo bảng p2 “phụ lục” . Với nhiệt độ cao nhất trong tháng hè 28,40C → Csa = 7,52 mg/l Co: Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten lấy Co = 2 (theo TCXD:51/2008 – BXD) α : Hệ số điều chỉnh oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, thiết bị làm thoáng, hình gián kích thước bể có giá trị 0,6 – 0,94. Chọn α = 0,9 Ttb: nhiệt độ trung bình của nước thải trong tháng mùa hè. Ttb = 28,40C Lượng không khí cần thiết để xử lý 1m3 nước thải (theo xử lý nước thải đô thị trang 266 - Trần Đức Hạ) D=ZS0 – Sk1k2n1n2Cp-Co=1,1 * 270,156-35,520,75 8 * 3,072 * 1,0168 * 0,8511,957 - 2 = 12,879 m3khí m3nước thải Trong đó Z: Lượng oxy cần thiết để xử lý 1mg BOD trong nước thải (mg). Vì xử lý sinh học hoàn toàn nên Z lấy = 1,1mgO2/mgBOD5 (theo TCXD:51/2008 – BXD) S0 và S: BOD của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/l) n2 hệ số tính đến tốc độ vận chuyển oxy vào trong hỗn hợp bùn và nước thải. n2: Hệ số phụ thuộc vào loại nước thải. Đối với nước thải sinh hoạt n2 lấy bằng 0,85 (theoTCXD:51/2008 – BXD) n1: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của nước thải Ttb và được xác định theo công thức sau: n1=1+0,002Ttb - 20o=1+0,00228,4o-20o=1,0168 Ttb: Nhiệt độ trung bình của nước thải trong tháng mùa hè. Ttb = 28,40C Co: Nồng độ trung bình của oxy trong aeroten lấy Co = 2 (theo TCXD:51/2008 – BXD) Cp: Độ hòa tan oxy không khí trong nước (mg/l) phụ thuộc vào nồng độ oxy bão hòa Cs và độ ngập Hs của thiết bị phân phối khí Cp=Cs10,3+0,5Hs10,3= 9,4810,3+ 0,5 * 5,410,3=11,957 mgl Cs: Mức độ bão hòa oxy trong nước thải Cs=Csa1+Hs210,33=7,52 *1+0,5*5,410,33= 9,48 mgl Tronng đó Csa: Hàm lượng oxy bão hòa trong điều kiện áp xuất 1 atm và nhiệt độ đã định (mg/l). Giá trị Csa xác định theo bảng p2.2 phụ lục 2. Với nhiệt độ cao nhất trong tháng hè 28,40C → Csa = 7,52 mg/l k1: Hệ số phân tán bọt khí vào nước, phụ thuộc vào thiết bị và hệ thống phân phối khí. Do trộn khí với nước thải bằng ejecter nên lấy k1 = 0,75 (theo xử lý nước thải đô thị - trang 266 - Trần Đức Hạ) k2: Hệ số phụ thuộc vào độ ngập Hs của thiết bị phân phối khí trong nước thải và xác định theo bảng: Bảng 3.4. Giá trị hệ số k2 Độ ngập Hs, (m) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 3 4 5 6 K2 0,4 0,46 0,6 0,8 0,9 1 2,08 2,52 2,92 3,3 Jmaxm3/m2-h 43 42 38 82 28 24 4 3,5 3 2,5 Nguồn: (TCXD:51/2008 – BXD) Nội xuy → k2 = 3,072 Lượng không khí cần cấp trong một ngày G=Q*D=1280*12,879 = 16486,327 m3ngày Lượng không khí cần cấp trong 1h = 686,93 m3/h → Theo bảng phụ lục P1.1 chọn 10 máy thổi khí (T)JA-50 công xuất động cơ N = 3,75kW, công xuất cấp khí 70 m3 không khí/h Thiết bị rút nước Sử dụng thiết bị thu nước bề mặt có khả năng di chuyển theo mực nước nhờ 1 phao giữ cho thiết bị luôn nổi trên bề mặt bể và hệ thống van điện tử có thể điều chỉnh tùy ý Đường ống dẫn nước vào bể Lưu lượng nước thải vào 1 bể/1 mẻ Qvào mỗi bể =12808*3*3600= 0,0148 m3s Chọn ống ϕ = 114mm Tiết diện ống Fống =π*0,11424= 0,0102 (m2) Kiểm tra vận tốc ống v =0,0148 0,0102= 1,449 (ms) Nằm trong khoảng (0,7 – 1,5 m/s) → đạt tiêu chuẩn Máy bơm nước vào bể N =Q * Hb * ρ * g 1000 * η= 0,0044 * 8 * 1020* 9,81 1000*0,8=0,44 (kw) Trong đó Q nước vào mỗi bể: Lưu lượng bùn cần xả: Qnước vào mỗi bể = 0,0148 m3/s Hb: Cột áp của bơm, Hb = 8m ρ: Khối lượng riêng của nước, chọn ρ = 1020 kg/m3. η: Hiệu suất bơm, chọn hiệu suất bơm η = 0,8 g: Gia tốc tự do g = 9,81 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ Phương án ba có thể cho chúng ta hiệu quả xử lý cao song SBR sử dụng phương tiện điều khiển hiện đại. Đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh, hiện đại. Do đó, để bể hoạt đông có hiệu quả người vận hành phải có trình độ cao và theo dõi các bước xử lý nước thải Thường xuyên theo dõi bảo trì các thiết bị định kỳ để đảm bảo hiệu quả xử lý cũng như tốn chi phí do thiết bị hỏng PHỤ LỤC Bảng P1.Đặc tính của một số loại máy thổi khí dạng jet Hãng sx Mã hiệu Công suất N, KW Lưu lượng Áp lực , m M3 không khí /h kgO2/h APEC PUMP (T) JA-05 0,375 5 0,12-0,23 1,5 (T) JA-05 0,75 10 0,3-0,5 2 (T) JA-05 1,5 22 0,9-1,1 2,5 (T) JA-05 2,2 40 1,9-2,2 3 (T) JA-05 3,75 70 2,8-3,3 3,5 (T) JA-05 5,63 100 4,2-4,8 4 Caprari (italy) OXY 101/10 3,39 7,2 3 OXY 101/11 3,85 86,4 3 OXY 101/12 4,8 115 3 OXY 101/13 6,5 120 3 FLYGT (Thụy Điển) FLYMATOR 314 9 10-13,5 2-5,5 FLYMATOR 314 13,5 13-22 2-6 FLYMATOR 314 22 18-35 2-6 FLYMATOR 314 30 28-48 2-6 FLYMATOR 314 40 30-65 2-6 Nguồn: Trần Đức Hạ - Xử lý nước thải quy mô vừa và nhỏ, nhà xuất bản “Khoa học và Kỹ thuật”, Hà Nội – 2006 Bảng P2: Nồng độ cân bằng oxy ở áp suất P = 760 mmHg Nhiệt độ. oC Nồng độ oxy hòa tan, mg/l 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 27 7,72 7,71 7,69 7,83 7,66 7,65 7,64 7,62 7,61 7,59 28 7,58 7,56 7,55 7,68 7,52 7,51 7,49 7,48 7,47 7,45 29 7,44 7,42 7,41 7,40 7,38 7,37 7,35 7,34 7,32 7,31 Nguồn: Trần Đức Hạ - Xử lý nước thải quy mô vừa và nhỏ, nhà xuất bản “Khoa học và Kỹ thuật”, Hà Nội – 2006 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Xuân Lai: Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải (nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội- 2008). Lâm Minh Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình (nhà xuất bản “Đại học quốc gia”, Tp. HCM – 2010) Trần Văn Nhân – Ngô Thị Hoa: Giáo trình công nghệ xử lý nước thải (nhà xuất bản “Khoa học và Kỹ thuật”, Hà Nội – 2008) Trần Đức Hạ: Xử lý nước thải quy mô vừa và nhỏ( nhà xuất bản “Khoa học và Kỹ thuật”, Hà Nội – 2006) Lương đức phẩm: Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học( nhà xuất bản “Giáo dục”) Hoàng Huệ: Xử lý nước thải( nhà xuất bản “Xây dựng” , Hà Nội – 2005) Trần Minh Hương: Bài giảng vi sinh môi trường Biện Văn Tranh: Bài giảng công nghệ môi trường