›

Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có công suất 30.000 m3/ngày.đêm

docx 51 trang yendo 7241
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có công suất 30.000 m3/ngày.đêm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docxdo_an_tinh_toan_thiet_ke_he_thong_xu_ly_nuoc_thai_sinh_hoat.docx

Nội dung text: Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có công suất 30.000 m3/ngày.đêm

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NAM MÔI TRƯỜNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN II Họ và tên sinh viên : Nguyễn Tùng Anh Lớp : Kỹ thuật môi trường K57 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường 1. Ngày giao đồ án: 14/09/2015 2. Ngày hoàn thành đồ án: 17/ 12 /2015 3. Đầu đề đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có công suất 30.000 m3/ngày.đêm 4. Yêu cầu số liệu ban đầu: - Đầu vào: - Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý đạt cột A của quy chuẩn hiện hành. 5. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Lập bảng thuyết minh tính toán bao gồm: Tổng quan về nước thải sinh hoạt và đặc trưng của nước thải. Đề xuất 02 phương án công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt có các thông số đã cho, từ đó phân tích lựa chọn công nghệ thích hợp. Tính toán 2 công trình đơn vị chính của phương án đã chọn: bể Aerotank và bể lắng II. Tính toán cơ khí và lựa chọn thiết bị (bơm nước thải , máy thổi khí ) cho các công trình đơn vị tính toán trên. 6. Các bản vẽ kỹ thuật - Vẽ sơ đồ công nghệ của phương án chọn: 01 bản vẽ khổ A4. - Vẽ chi tiết bể Aerotank : 01 bản vẽ khổ A3. - Vẽ chi tiết bể lắng II : 01 bản vẽ khổ A3 - Vẽ sơ đồ mặt bằng nhà máy xử lý: 01 bản vẽ khổ A3 Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2015 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS.Nguyễn Phạm Hồng Liên 1
  2. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 2 PHẦN I: Giới thiệu chung 8 I. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 8 1. Định nghĩa 8 2. Các thành phần chính 8 II. Thực trạng ô nhiễm tại Việt Nam. 11 III. Phương pháp xử lý 12 1. Tổng quát về hệ thống quản lý nước thải đô thị 12 2. Sơ đồ xử lý nước thải điển hình: 12 3. Một số công trình, thiết bị trong nước và nước ngoài: 12 PHẦN II: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ 22 I. Các công đoạn xử lý 22 1. Tiền xử lý: 22 2. Xử lý sơ bộ: 22 3. Xử lí sinh học: 24 II. Đề xuất công nghệ. 25 1. Phương án 1: 26 2. Phương án 2: 28 III. CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC: 31 1. Các quá trình sinh học hiếu khí: 31 2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý hiếu khí: 33 3. Cơ chế hoạt động của bùn hoạt tính 34 PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 35 I. TÍNH TOÁN BỂ AEROTAN 35 1. Cấu tạo bể aerotank 35 2. Tính toán bể aerotank 35 II. TÍNH TOÁN BỂ LẮNG II: 45 2
  3. 1. Diện tích mặt bằng bể: 45 2. Chiều cao bể: 46 3. Thời gian lưu thủy lực của bể lắng: 47 4. Tính toán cơ khí: 47 III. Ước tính các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ: 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 3
  4. MỞ ĐẦU Với sự gia tăng dân số của Việt Nam nói chung và các khu dân cư nói riêng, xử lý nước thải đang là một đề tài nóng hiện nay. Nước thải từ khu dân cư, khu nhà ở mang đặc tính chung của nước thải sinh hoạt: bị ô nhiễm bởi bã cặn hữu cơ (SS), chất hữu cơ hòa tan (BOD), các chất dầu mỡ trong sinh hoạt (thường là dầu thực vật) và các vi trùng gây bệnh. Từ hiện trạng nêu trên, yêu cầu cấp thiết đặt ra là xử lý triệt để các chất ô nhiễm để thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn xả thải, không ảnh hưởng đến môi trường sống của người dân. Do đó, đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt” được đề ra nhằm đáp ứng nhu cầu trên. Qua đề tài, em được hiểu và nắm được sơ bộ cách tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt với yêu cầu là đưa ra phương án xử lý nước thải một cách hợp lý, tính toán các công trình, trình bày quá trình vận hành, các sự cố và biện pháp khắc phục. 4
  5. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD : Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa, mg/l COD : Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học, mg/l DO : Dissolved Oxygen – Oxy hòa tan, mg/l F/M : Food/Micro – Organism – Tỷ lệ lượng thức ăn và lượng vi sinh vật N : Nitơ P : Photpho QCVN : Quy chuẩn Việt Nam Aerotank : Bể xử lý sinh học hiếu khí SS : Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng, mg/l TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam SBR : Sequencing Batch Reactor – Bể sinh học phản ứng theo mẻ UASB : Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor – Bể sinh học kỵ khí TDS : Total Dissolves Solid – Tổng chất rắn hòa tan, mg/l TSS : Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng, mg/l XLNT : Xử lý nước thải 5
  6. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá nước thải sinh hoạt Bảng 1.3: Các thông số nước thải sinh hoạt cần xử lý Bảng 1.4: QCVN 14:2008/BTNMT Bảng 2.1: Các thông số nước thải sinh hoạt cần xử lý Bảng 2.2: So sánh thông số kỹ thuật giữa bể SBR và Aerotank Bảng 3.1: Các thông số tính toán bể aerotank. Bảng 3.2 Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aerotank Bảng 3.3: Các thông số vào bể lắng II: Bảng 3.4: Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng II. 6
  7. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống quản lý nước thải đô thị ở Việt Nam Hình 1.2: Sơ đồ xử lý nước thải điển hình Hình 1.3: Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy Yên Sở Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ AAO Hình 1.5. Hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ USAB Hình 1.6. Bể JOHKASOU Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Bio – sac Hình 2.1. Sơ đồ đứng thể hiện 4 vùng trong bể lắng Hình 2.2. Sơ đồ phương án xử lý 1 (sử dụng bể AO) Hình 2.3. Sơ đồ phương án xử lý 2 (sử dụng bể aerotank) Hình 2.1: Các giai đoạn phát triển của VSV Hình 2.2: Quá trình khử nito Hình 3.1: Cấu tạo bể aerotank Hình 3.2: Các thông số bể aerotank Hình 3.3: Cấu tạo ống phân phối khí Hình 3.4: Phân bố đĩa thổi khí trong bể Hình 3.5: Cấu tạo bể lắng II Hình 3.6: Các thông số trong lắng II Hình 3.7: Sơ đồ cấu tạo ngăn tiếp nhận 7
  8. PHẦN I: Giới thiệu chung I. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 1. Định nghĩa Nước thải sinh hoạt là nước thải được sinh ra sau khi sử dụng cho các mục đích của cộng đồng như: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân thường được thải từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình khác. Lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn và hệ thống cấp thoát nước. Nước thải sinh hoạt tại các đô thị thường có tiêu chuẩn cao hơn vùng ngoại thành và nông thôn do lượng nước thải tính trên đầu người có sự khác biệt. Nước thải sinh hoạt ở đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra kênh rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên thường được thải trực tiếp vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm. 2. Các thành phần chính Các chất chứa trong nước thải bao gồm: các chất hữu cơ, vô cơ và các vi sinh vật. Các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 50-60% tổng các chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau quả, giấy và các chất hữu cơ động vật: chất thải bài tiết từ người, động vật, xác động vật. Nồng độ các chất thường được xác định qua các chỉ tiêu BOD, COD, SS, TS Bảng 1.1. Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư [2] Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình Tổng chất rắn ( TS), mg/l 350-1.200 720 -Chất rắn hoà tan (TDS) , mg/l 250-850 500 -Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 100-350 220 - BOD5, mg/l 110-400 220 -Tổng Nitơ, mg/l 20-85 40 -Nitơ hữu cơ, mg/l 8-35 15 -Nitơ Amoni, mg/l 12-50 25 -Nitơ Nitrit, mg/l 0-0,1 0,05 -Nitơ Nitrat, mg/l 0,1-0,4 0,2 8
  9. -Clorua, mg/l 30-100 50 -Độ kiềm , mgCaCO3/l 50-200 100 -Tổng chất béo, mg/l 50-150 100 -Tổng Phốt pho, mg/l 8 Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá nước thải sinh hoạt [1] Mức độ ô nhiễm Các chỉ tiêu Nhẹ Trung bình Cao Tổng chất rắn (mg/l) 200 500 1000 - Chất rắn hòa tan(mg/l) 120 350 700 - Chất rắn không tan(mg/l) 8 150 300 Tổng chất rắn lơ lửng(mg/l) 120 350 600 BOD5(mg/l) 100 200 400 COD(mg/l) 250 500 800 Tổng Nitơ(mg/l) 25 50 85 Nitơ hữu cơ 10 20 35 Dầu mỡ (mg/l) 50 100 150 Coliform No/100, (mg/l) 106-107 107-108 108-109 Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40-42% gồm chủ yếu cát, đất sét, axit, bazo vô cơ, dầu khoáng . Trong nước thải có mặt nhiều loại vi sinh vật: vi khuẩn, virus, rong tảo, trứng giun sán . Trong số các loại vi sinh vật đó có các vi sinh vật gây bệnh như coliform, lỵ, thương hàn có khả năng bùng phát thành dịch. Với các tiêu chí trên, cùng kiến thức đã tích lũy được, các thông số đầu vào của nước thải được lựa chọn để làm cơ sở thiết kế như sau: Bảng 1.3: Các thông số nước thải sinh hoạt cần xử lý TT Các thông số Đơn vị Nồng độ nước thải đầu vào 1 Lưu lượng nước thải m3/ngày 30000 2 pH 7 - 8.5 3 BOD mg/1 150 9
  10. 4 COD mg/1 250 5 Chất rắn lơ lửng mg/1 200 6 Nito tổng mg/1 30 Nitơ hữu cơ mg/1 10 Nitơ Amoni mg/1 20 7 Dầu mỡ mg/1 40 3- 8 Phosphat (PO4 ) mg/1 6 9 Tổng Coliform MPN/100ml 106 Bảng 1.4: QCVN 14:2008/BTNMT Giá trị cho phép TT Thông số Đơn vị (QCVN14:2008 ) 1 pH 5 – 9 0 2 BOD5 (20 C) mg/l 30 3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 4 Tổng chất rắn hòa tan mg/l 500 5 Sunfua (tính theo H2S) mg/l 1.0 6 Amoni (tính theo N) mg/l 5 - 7 Nitrat (NO3 )(tính theo N) mg/l 30 8 Dầu mỡ động, thực vật mg/l 10 9 Tổng các chất hoạt động bề mg/l 5 mặt 3- 10 Phosphat (PO4 )(tính theo mg/l 6 P)1 MPN/100 11 Tổng Coliforms 3.000 ml 10
  11. II. Thực trạng ô nhiễm tại Việt Nam. [10] Quá trình đô thị hoá tại VN diễn ra rất nhanh. Những đô thị lớn tại VN như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng bị ô nhiễm nước rất nặng nề. Đô thị ngày càng phình ra tại VN, nhưng cơ sở hạ tầng lại phát triển không cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại VN vô cùng thô sơ. Có thể nói rằng, người Việt Nam đang làm ô nhiễm nguồn nước uống chính bằng nước sinh hoạt thải ra hàng ngày. Số liệu thống kê mới đây cho thấy, trung bình một ngày Hà Nội thải 658.000 m 3 nước thải, trong đó 41% là nước thải sinh hoạt, 57% nước thải công nghiệp, 2% nước thải bệnh viện. Hiện chỉ có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải; 36/400 cơ sở sản xuất có hệ thống xử lý nước thải. Phần lớn nước thải không được xử lý đổ vào các sông Tô Lịch và Kim Ngưu gây ô nhiễm nghiêm trọng 2 con sông này và các khu vực dân cư dọc theo sông. Theo kết quả của dự án “Phát triển hệ thống sử dụng nước đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu” do Trường Đại học Tokyo (Nhật Bản) phối hợp với Trường Đại học Xây dựng Hà Nội vừa công bố thì có 10% nước thải đô thị chưa qua công đoạn xử lý, 36% nước thải chưa qua xử lý cũng đổ ra các hồ. Tuy lượng thải ra lớn như vậy, nhưng cho đến nay, Hà Nội mới có khoảng 6 trạm xử lý nước thải với tổng công suất khoảng hơn 260.000m3/ngày - đêm đang hoạt động và dự kiến 5 trạm xử lý nữa đang dự kiến được đầu tư xây dựng với tổng công suất gần 400.000m3/ngày - đêm. Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố hồi đầu năm 2014 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém. Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước. Người dân ở cả nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước đang ngày một ô nhiễm trầm trọng. 11
  12. III. Phương pháp xử lý 1. Tổng quát về hệ thống quản lý nước thải đô thị Nguồn nước thải Xử lý cục bộ ngay Thu gom nước thải tại nguồn Sử dụng lại nước Hệ thống xử lý nước Vận chuyển và bơm thải hoặc thải bỏ vào thải nước thải nguồn tiếp nhận Hình 1.1: Hệ thống quản lý nước thải đô thị ở Việt Nam 2. Sơ đồ xử lý nước thải điển hình: Nước thải Song chắn Bể lắng cát Bể điều hòa Bể lắng cấp I rác Thải Bể khử trùng Bể lắng cấp II Bể xử lý sinh học Hình 1.2: Sơ đồ xử lý nước thải điển hình 3. Một số công trình, thiết bị trong nước và nước ngoài: 3.1. Nhà máy xử lý nước thải Yên Sở: Với công suất xử lý 200.000m 3/ ngaydem. Cửa thu nước và vớt rác trên sông Kim Ngưu và Sét, bốn hệ thống tách rác trong đó 3 hệ thống được bố trí tại 3 đập tràn hồ Yên Sở và một hệ thống tại đập Thanh Liệt. Nhà bơm chính gồm 2 trạm bơm sông kim Ngưu và sông Sét. Hệ thống xử lý sơ bộ gồm bể lắng, bể tách đầu, bể phản ứng kế tiếp, hệ thống xử lý bùn, nước thải sau khi được xử lý qua các bể được khử trùng bằng tia cực tím. 12
  13. Hình 1.3: Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy Yên Sở Sử dụng công nghệ xử lý sinh học SBR: là bể xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục. Mỗi bể SBR một chu kỳ tuần hoàn bao gồm "Filling", "Reaction", "Settle", "Decantation", và "Idle". o Làm đầy (Filling): đưa nước thải đủ lượng đã qui định trước vào bể SBR. Tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí, tạo môi trường thiếu khí và hiếu khí trong bể. 13
  14. o Sục khí (Reaction): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Trong pha này diễn ra quá trình nitrat hóa, nitrit hóa và oxy hóa các chất hữu cơ: NH4+ +3/2O2 → NO2- + H2O + 2H+ (Nitrosomonas) NO2- + 1/2 O2→ NO3- (Nitrobacter) o Lắng (Settling): Sau khi oxy hoá sinh học xảy ra, bùn được lắng và nước nổi trên bề mặt tạo lớp màng phân các bùn nước đặt trưng. o Chắt (Decant): Rút nước sau khi đã được lắng mà không còn cặn. o Nghỉ (Idle): Thời gian chờ để nạp mẻ mới. 3.2. Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp AAO Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ AAO Nước thải Song chắn Bể lắng cát Bể điều Bể lắng sơ Hệ thống rác hòa cấp AAO Bể lắng Khử trùng thứ cấp clo Trạm bơm Nước sau xử lý Bể metan Bể nén bùn trọng lực Môi trường Bể chứa Máy ép bùn Xe tải chở bùn 14
  15. Thuyết minh sơ đồ công nghệ: AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học liên tục ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải. Dưới tác dụng phân hủy chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà nước thải được xử lý trước khi xả thải ra môi trường. o Quá trình xử lý Anaerobic (xử lý sinh học kỵ khí): Trong các bể kỵ khí xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nước thải với sự tham gia của hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí. Bọt khí sinh ra bám vào các hạt bùn cặn. Các hạt bùn cặn này nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Chất hữu cơ + VK kỵ khí → CO2 + H2S + CH4 + các chất khác + năng lượng Chất hữu cơ + VK kỵ khí + năng lượng → C5H7O2N (Tế bào vi khuẩn mới) o Quá trình Anoxic (xử lý sinh học thiếu khí): Trong nước thải, có chứ hợp chất nitơ và photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải. Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat hóa và Photphoril. Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau: Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat (NO3-) vàNitrit(NO2-) theo chuỗi chuyển hóa: NO3- → NO2- → N2O → N2↑ Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Quá trình Photphorit hóa: Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí. 15
  16. o Quá trình Oxic ( xử lý sinh học hiếu khí): Đây là bể xử lý sử dụng chủng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất thải. Trong bể này, các vi sinh vật (còn gọi là bùn hoạt tính) tồn tại ở dạng lơ lửng sẽ hấp thụ oxy và chất hữu cơ (chất ô nhiễm) và sử dụng chất dinh dưỡng là Nitơ & Photpho để tổng hợp tế bào mới, CO 2, H2O và giải phóng năng lượng. Ngoài quá trình tổng hợp tế bào mới, tồn tại phản ứng phân hủy nội sinh (các tế bào vi sinh vật già sẽ tự phân hủy) làm giảm số lượng bùn hoạt tính. Tuy nhiên quá trình tổng hợp tế bào mới vẫn chiếm ưu thế do trong bể duy trì các điều kiện tối ưu vì vậy số lượng tế bào mới tạo thành nhiều hơn tế bào bị phân hủy và tạo thành bùn dư cần phải được thải bỏ định kỳ. Các phản ứng chính xảy ra trong bể Aerotank (bể xử lý sinh học hiếu khí) như: Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ: Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + năng lượng Quá trình tổng hợp tế bào mới: Chất hữu cơ + O2 + NH3 → Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + năng lượng Quá trình phân hủy nội sinh: C5H7O2N + O2 → CO2 + H2O + NH3 + năng lượng Ưu điểm - Chi phí vận hành thấp. - Có thể di dời hệ thống xử lý khi nhà máy chuyển địa điểm. - Khi mở rộng quy mô, tăng công suất, có thể nối lắp thêm các module hợp khối mà không phải dỡ bỏ để thay thế. Nhược điểm - Yêu cầu diện tích xây dựng. - Sử dụng kết hợp nhiều hệ vi sinh, hệ thống vi sinh nhạy cảm, dễ ảnh hưởng lẫn nhau đòi hỏi khả năng vận hành của công nhân vận hành. 16
  17. 3.3. Công nghệ xử lý nước thải UASB Hình 1.5. Hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ UASB Thuyết minh quy ưình công nghệ xử lý : UASB là viết tắt của cụm từ Upflow Anaerobic Sludge Blanket, tạm dịch là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức thấp nhất là 100mg/l; nếu SS>3000mg/l thì không thích hợp để xử lý bằng UASB. UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (v<1m/h). Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha. Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này. Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, tại đây thì các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo. 17
  18. Ưu điểm : - Không tốn nhiều năng lượng; - Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp; - Tạo ra lượng bùn có hoạt tính cao nhưng lượng bùn sản sinh không nhiều, giảm chi phí xử lý; - Loại bỏ chất hữu cơ với lượng lớn, hiệu quả. Xử lý BOD trong khoảng 600 ÷ 15000 mg/l đạt từ 80-95%; - Có thể xử lý một số chất khó phân hủy; - Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống Nhược điểm : - Cần diện tích và không gian lớn để xử lý chất thải; - Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm soát. Phạm vi áp dụng: Ứng dụng cho hầu hết tất cả các loại nước thải có nồng độ COD từ mức trung bình đến cao: thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột, (Nguồn: 3.4. Hệ thống xử lý nước thải JOHKASOU (Nhật Bản): Hình 1.6. Bể JOHKASOU Johkasou ( giô-ca-su): là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn. Hệ thống Johkasou có thể áp dụng từng bước thay thế các hệ thống bể phốt hiện nay ở nước ta, trước hết là tại các chung cư cao tầng, các khách sạn, khu du lịch sinh thái, các biệt thự và nhà nghỉ nhằm mang lại cho mọi người được hưởng một bầu không khí trong 18
  19. lành, góp phần bảo vệ tính bền vững cho môi trường thiên nhiên trong khu vực và của cả cộng đồng. Cấu tạo gồm 5 ngăn (bể) chính: o Ngăn thứ nhất (bể lọc kỵ khí): Tiếp nhận nguồn nước thải, sàng lọc các vật liệu rắn, kích thước lớn (giấy vệ sinh, tóc, ), đất, cát có trong nước thải; o Ngăn thứ hai (bể lọc kỵ khí): loại trừ các chất rắn lơ lửng bằng quá trình vật lý và sinh học. o Ngăn thứ ba (bể lọc màng sinh học): loại trừ BOD, loại trừ Nitơ, Phốtpho bằng phương pháp màng sinh học. o Ngăn thứ tư: Bể trữ nước đã xử lý o Ngăn thứ năm (bể khử trùng): diệt một số vi khuẩn bằng Clo khô, thải nước xử lý ra ngoài. Ưu điểm: o Thiết bị hiện đại, hiệu quả xử lý cao o Thiết bị không chỉ loại bỏ SS mà còn loại bỏ được các hợp chất khó phân huỷ như chất tẩy rửa bằng cách tăng thời gian lưu của bùn. Hơn nữa xử lý triệt để N và P có trong nước thải, nước thải có thể được tái sử dụng. o Không cần thiết phải tuần hoàn bùn để duy trì nồng độ vi sinh vật. Chỉ cần kiểm soát áp lực xuyên qua màng và chất lượng nước đầu vào. Mà kiểm soát 2 yếu tố này hoàn toàn có thể dễ dàng tìm hiểu. o Dễ dàng tự động hoá và điều khiển từ xa để kiểm soát toàn bộ quá trình xử lý. o Hệ thống lọc sinh học được thiết kế với nguyên tắc tiết kiệm năng lượng. Hệ thống cấp khí đóng vai trò tiết kiệm năng lương, vừa cung cấp ôxi cho quá trình xử lý, vừa có tác dụng làm sạch bề mặt màng lọc, không gây tắc nhờ tạo ra dòng chảy xoáy. o Lượng bùn hoạt tính sinh ra ít, cho nên chi phí của việc xử lý bùn là rất nhỏ. Nhược điểm: o Chi phí đầu tư lớn o Yêu cầu chất lượng nước đầu vào chặt chẽ. Hiện ở Việt Nam đã có công trình ứng dụng hệ thống Johkasou là nhà N-06 khu đô thị mới Dịch Vọng do Công ty Cổ phần phát triển đô thị Từ Liêm (LIDECO) làm chủ đầu tư. 19
  20. Với thể tích 3,6 mét khối, công suất xử lý 2m3/ngày đêm phù hợp cho 10-15 người sinh hoạt được đặt tại tầng 1. Kết quả kiểm nghiệm của các cơ quan quản lý môi trường Bộ TN&MT, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) sau gần 2 năm khu đô thị sử dung hệ thống này, cho thấy: Nước thải sau xử lý của bộ Johkasou đạt chất lượng tốt hơn tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam: TCVN 6772:2000. 3.5. Công nghệ xử lý nước thải Bio-Sac (Hàn Quốc) Thuyết minh công nghệ Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Bio – sac Nước thải ==> Kị khí ==> Thiếu khí ==> Hiếu khí (Bùn hoạt tính cùng với các hạt vật liệu dính bám Bio-SAC Media) ==> Lắng 2 ==> Khử trùng. Tại bể Kị khí, các hợp chất hữu cơ sẽ được hấp thu bởi các vi khuẩn yếm khí và đồng thời Photphat được giải phóng, là nguồn năng lượng cho sự phát triển của các vi sinh vật. Tại bể thiếu khí, NO3-N có trong nước tái hồi từ bể giảm DO sẽ được làm giảm bởi các vì khuẩn loại khử Nitơ và chuyển thành khí N2. Tại bể phản ứng Bio-SAC: các vi khuẩn oxy hóa các hợp chất trở thành NO2-N và NO3-N. Lượng Photphat thừa sẽ được hấp thu bởi các vật liệu trung gian bám dính và được lưu giữ tại đấy. Tại đây các dòng khí từ đáy kết hợp với các vách thiết kế đặc biệt sẽ tạo dòng xoáy khuấy trộng bùn đáy. Bể giảm DO: Nước thải đổ vào bể này vẫn còn lượng oxy hòa tan khá cao, lượng oxy này sẽ làm giảm đi và nước được làm giảm oxy hòa tan này sẽ quay vòng lại bể thiếu khí giúp cho các phản ứng khử Nitơ diễn ra thuận lợi hơn. 20
  21. Ưu điểm: - Được thiết kế với các tấm chắn đặc biệt để ngăn trở dòng chảy tạo ra lực xoáy đảo trộn. - Có lượng chất rắn huyền phù của chất lỏng hỗn hợp (bùn hoạt tính) cao (do các quá trình tái hồi bùn nội bộ) dẫn đến giảm đến tối thiểu thời gian lưu nước trong các bể phản ứng. - Có độ bền và khả năng xử lý cao đối với các nguồn thải ô nhiễm cao và chịu được sự biến động thất thường. - Hệ thống được thiết kế theo nguyên tắc modul có kích thước gọn nhẹ, dễ dàng nâng cấp mở rộng. - Dễ dàng tự động hóa, vận hành đơn giản. - Hệ thống có thể xây gầm dưới đất, tiết kiệm được quỹ đất không ảnh hưởng tới kiến trúc của các công trình xung quanh. - Giá thành hợp lý. Nhược điểm: - Yêu cầu năng lực vận hành cao. 21
  22. PHẦN II: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ I. Các công đoạn xử lý 1. Tiền xử lý: có nhiệm vụ loại bỏ khỏi nước thải tất cả các vât có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm, làm giảm hiệu quả xử lí của giai đoạn sau. Thường sử dụng song chắn rác hoặc lưới lọc: Song chắn rác, lưới chắn dùng để chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như: giấy, rau, rác được gọi chung là rác. Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân huỷ cặn. Song chắn rác hoặc lưới chắn rác đặt trước trạm bơm trên đường tập trung nước thải chảy vào trạm bơm. Song chắn rác nên đặt nghiêng về phía sau so với dòng chảy một góc 45-60°, song chắn gồm các thanh kim loại (thép không rỉ) tiết diện 5x20mm đặt cách nhau 20-50mm trong một khung thép hàn hình chữ nhật, dễ dàng trượt lên xuống dọc theo hai khe ở thành mương dẫn, vận tốc nước qua song chắn rác thô w = 0,6-1,0m/s. Lưới chắn rác mịn thường có khe rộng từ 10-20mm, vận tốc nước qua:w=0,3-0,6 m/s. Làm sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công hay bằng các thiết bị cơ khí tự động hoặc bán tự động. Ở trên hoặc bên cạnh mương đặt song, lưới chắn rác phải bô trí sàn thao tác đủ chỗ để thùng rác và đường vận chuyển. 2. Xử lý sơ bộ: có nhiệm vụ lắng cát và tách dầu mỡ ra khỏi nước thải, đồng thời điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải. Các thiết bị chính: 2.1. Bể lắng cát Tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn (như xỉ than, cát ). Chúng không có lợi đôi với các quá trình làm trong, xử lý sinh hoá nước thải và xử lý cặn bã cũng như không có lợi đôi với các công trình thiết bị công nghệ trên trạm xử lý. Cát từ bể lắng cát đưa đi phơi khô ở trên sân phơi và sau đó thường được sử dụng lại cho những mục đích xây dựng. Có 3 loại bể lắng cát: bể lắng cát ngang (cả hình vuông và hình chữ nhật), bể lắng cát thổi khí và bể lắng cát dòng xoáy. 22
  23. • Bể lắng cát ngang: dòng chảy đi qua bể theo chiều ngang và vận tốc của dòng chảy được kiểm soát bởi kích thước của bể, ông phân phôi nước đầu vào và ông thu nước đầu ra. Bể lắng cat ngang chỉ ứng dụng cho trạm xử lý công suất nhỏ nhưng hiệu quả xử lý không cao. • Bể lắng cát thổi khí: bao gồm một bể thổi khí dòng chảy xoắn ốc có vận tôc xoắn được thực hiện và kiểm soát bởi kích thước bể và lượng khí cấp vào. Be lắng cát thối khí ứng dụng được cho các trạm xử lý công suất lớn, hiệu quả cao không phụ thuộc vào lun lượng. • Bể lắng cát dòng xoáy: bao gồm một bể hình trụ dòng chảy đi vào tiếp xúc với thành bể tạo nên mô hình dòng chảy xoáy, lực ly tâm và trọng lực làm cho cát được tách ra. Thiết kê bể lắng cát thường dựa trên việc loại bỏ những phân tử bằng phương pháp lắng trọng lực, do đó quan trọng nhất trong thiết kế bể là thời gian lưu và thể tích bể với: V= 3 Q . tlưu (m ) và tlưu thường chọn 30~90s. 2.2. Bể điều hòa: Đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng sơ cấp. Dùng để điều hòa lưu lượng cũng như nồng độ nước thải. Trong bể có hệ thống khuấy trộn để bảo đảm hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong thể tích toàn bể, không cho cặn lắng trong bể. 2.3. Bể lắng cấp I: Là bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng của nước thải. Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng nhẹ sẽ nổi lên bề mặt. Cặn lắng và bọt nổi nhờ các thiết bị cơ học thu gom và vận chuyển lên công trình xử lý cặnCác bể lắng có thể bố trí nối tiếp nhau. Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90 - 95% lượng cặn có trong nước thải. Vì vậy, đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, thường bố trí xử lý ban đầu hay sau khi xử lý sinh học. Để có thể tăng cường quá trình lắng ta có thể thêm vào chất đông tụ sinh học. Thông thường trong bể lắng, người ta thường phân ra làm 4 vùng: - Vùng phân phôi nước vào - Vùng lắng các hạt cặn - Vùng chứa và cô đặc cặn 23
  24. - Vùng thu nước ra - Bể lắng được chia làm 3 loại: - Bể lắng ngang (có hoặc không có vách nghiêng): mặt bằng có dạng hình chữ nhật. - Bể lắng đứng: Mặt bằng là hình tròn hoặc hình vuông (nhưng trên thực tế thường sử dụng bể lắng đứng hình tròn), trong bể lắng hình tròn nước chuyển động theo phương bán kính (radian). - Bể lắng li tâm: Mặt bằng là hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể rồi thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài. 3. Xử lí sinh học: Mục đích quá trình xử lí sinh học là lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để khử các hợp chất hữu cơ chứa Cacbon, Nito và Photpho trong nước thải. Đây là bước xử lý quan trọng cho nước thải sinh hoạt, quyết định chất lượng nước đầu ra.Có rất nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng cho bước xử lí sinh học nước thải như dung bể thổi khí lien tục (aeroten) bể sinh học hoạt động theo mẻ (SBR), công nghệ kết hợp quá trình yếm khí - thiếu khí - hiếu khí AAO, công nghệ thiếu khí, hiếu khí, kênh oxy hóa hoàn toàn Mỗi công nghệ đều có ưu và nhược điểm khác nhau, việc lựa chọn thường dựa vào nồng độ các trạng thái các chất hữu cơ dễ bị oxi hóa trong nước thải, điều kiện môi trường khí hậu 4. Xử lí cặn trong nước thải: Trong nước thải có các chất không hòa tan như : cát, cặn lắng, rác được phơi khô, hoặc giảm ép thể tích và vận chuyển về bãi chôn lấp. 24
  25. 5. Giai đoạn khử trùng: Nhằm tiêu diệt vi sinh vật có hại, là giai đoạn bắt buộc với một số loại nước thải nhằm bảo đảm nước khi ra thải ra ngoài không gây hại đến môi trường xung quanh. 6. Xử lí mùi phát tán: Mùi sinh ra ở các bể thu gom nước thải ban đầu được thu gom và hấp phụ trước khi thải vào môi trường không khí. II. Đề xuất công nghệ. Các thông số đầu vào của nước thải được lựa chọn để làm cơ sở thiết kế như sau: Bảng 2.1: Các thông số nước thải sinh hoạt cần xử lý TT Các thông số Đơn vị Nồng độ nước thải đầu vào 1 Lưu lượng nước thải m3/ngày 30000 2 pH 7 - 8.5 3 BOD mg/1 150 4 COD mg/1 250 5 Chất rắn lơ lửng mg/1 200 6 Nito tổng mg/1 30 Nitơ hữu cơ mg/1 10 Nitơ Amoni mg/1 20 7 Dầu mỡ mg/1 40 3- 8 Phosphat (PO4 ) mg/1 6 9 Tổng Coliform MPN/100ml 106  Mục tiêu xử lý: - Xử lý BOD, COD bằng phương pháp sinh học do BOD/COD >0,5. - Xử lý hàm lượng chất rắn lơ lửng từ 200 -> 50 (mg/l) bằng phương pháp lắng. - Xử lý lượng dầu mỡ từ 50->10 (mg/l) bằng cách xử lý kết hợp trong bể lắng cát có sục khí. - Nito và Photpho đạt tiêu chuẩn không cần xử lý. - Xử lý vi khuẩn, tổng Coliforms bằng bể khử trùng. 25
  26. 1. Phương án 1: Ngăn tiếp nhận nước thải Rác thô Thùng chứa Song chắn rác rác Cát Bể lắng cát Sân phơi cát Thùng Bể vớt dầu dầu Máy thổi khí Bể điều hòa Nước Bùn tuần hoàn Bể lắng sơ cấp Cặn tươi Sân phơi Bể thiếu khí bùn Máy sục khí Bể hiếu khí Bùn thải Bể lắng thứ cấp Bùn hoạt tính dư Clo Khử trùng Nguồn tiếp nhận Hình 2.2. Sơ đồ phương án xử lý 1 (sử dụng bể AO) Thuyết minh sơ bộ công nghệ: Nước thải sinh hoạt thu gom bằng hệ thống thoát nước thải sinh hoạt riêng (có xây dựng các hố ga để thu bùn cặn và thu cát) được dẫn về trạm xử lý, vào bể tiếp nhận. Nước thải từ bể tiếp nhận chảy vào mương dẫn có song chắn rác thô cào rác thủ công trước khi tự chảy vào bể lắng cát. Trong bể lắng cát, nước thải được lắng và loại bỏ cát, cát sẽ được bơm ra sân phơi cát để tách nước, nước tách ra từ sân phơi cát được dẫn về bể điều hòa, còn cát sẽ được vận chuyển đi. Nước thải từ bể lắng cát ngang chảy xuống bể vớt dầu để loại bỏ dầu mỡ, dầu mỡ thu được chưa trong thùng dầu trước khi đi xử lý. Sau bể lắng cát nước thải được đưa sang bể điều hòa với hệ thống sục khí để chống lắng cặn. Nước thải từ bể điều hòa được điều hòa lưu lượng và nồng độ được bơm sang cụm bể lắng 2 vỏ để loại bỏ SS đạt yêu cầu về tiền xử lý trước khi vào hệ thống xử lý sinh học AO. Bùn lắng từ bể lắng 2 vỏ được đưa ra sân phơi bùn trước khi thải bùn thải. Sau bể lắng sơ cấp, nước thải tự chảy sang cụm bể AO. Trong điều kiện thiếu khí – hiếu khí liên tiếp, việc loại bỏ BOD, N trong nước thải được thực hiện với hiệu suất cao. Nước thải trong bể hiếu khí được cấp dư oxy để oxi hóa 26
  27. hoàn toàn các chất hữu cơ và nitrat hóa amoni có trong nước thải. Từ bể hiếu khí, nước thải được tuần hoàn một phần về bể thiếu khí để thực hiên khử nitrat, một phần đưa sang bể lắng 2 thực hiện qúa trình lắng sinh khối. Phần nước trong từ bể lắng 2 được đưa sang bể khử trùng với chất khử trùng là Clo với mục đích chính loại bỏ Coliform đạt tiêu chuẩn trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. Phần bùn hoạt tính từ bể lắng 2, một phần bùn hoạt tính được tuần hoàn về bể thiếu khí hòa trộn cùng nước thải vào bể thiếu khí, phần còn lại được bơm sang sân phơi bùn để loại bỏ nước cùng bùn thải từ bể lắng 2 vỏ trước khi thải bùn thải. Ưu điểm: - Thiết bị hiện đại với những đặc tính ưu việt về kết cấu, có khả năng chịu kiềm và axit tốt, không ăn mòn. - Xử lý được hàm lượng hữu cơ cao - Xử lý được Nito và Photpho - Đối với nước thải đầu vào đã cho xử lý được rất tốt Nhược điểm: - Tốn diện tích mặt bằng - Tốn chi phí đầu tư: phải xây 3 bể trong xử lý sinh học - Yêu cầu năng lực vận hành cao. 27
  28. 2. Phương án 2: Hình 2.3. Sơ đồ phương án xử lý 2 (sử dụng bể aerotank) Song chắn rác Bể lắng cát có sục khí Bể điều hòa Máy thổi khí Bể lắng I Bể Aroten Bể chứa bùn Bể lắng II Sân phơi bùn Bể khử trùng Bùn thải Thuyết minh dây chuyền: Nước thải sinh hoạt thu gom bằng hệ thống thoát nước thải sinh hoạt riêng (có xây dựng các hố ga để thu bùn cặn và thu cát) được dẫn về trạm xử lý, vào bể tiếp nhận. Nước thải từ bể tiếp nhận chảy vào mương dẫn có song chắn rác thô cào rác trước khi tự chảy vào bể lắng cát. Tại đây các hạt cặn lớn được tách rồi nước thải đi vào bể điều hoà lưu lượng. Ở đây sử dụng bể điều hòa lưu lượng ngoài dòng với van điều chỉnh cho nước thải có lưu lượng thích hợp đi vào, phần nước thải không đạt điều kiện sẽ được bơm vào bể điều hòa để tiến hành điều hòa lưu lượng. Sau đó, nước được bơm tới bể lắng li tâm để tiếp tục loại bỏ cặn nhằm tăng hiệu quả xử lý cho bể Aeroten. Bể Aeroten có chế độ hoạt động liên tục, xử 28
  29. lý chất bẩn hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí lơ lửng trong bể. Dưỡng khí oxy được cung cấp từ máy thổi khí để duy trì hoạt động của vi sinh vật, tiến hành quá trình trao đổi chất. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ tiêu thụ chất hữu cơ trong nước và biến chúng thành C02, H20 và tạo thành tế bào mới. Sau một thời gian hoạt động bùn dư sẽ được thải bỏ định kỳ sang ngăn chứa và phân huỷ bùn dư. Phần nước trong từ bể lắng 2 được đưa sang bể khử trùng với chất khử trùng là Clo với mục đích chính loại bỏ Coliform đạt tiêu chuẩn trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. Phần bùn hoạt tính từ bể lắng 2, một phần bùn hoạt tính được tuần hoàn về bể thiếu khí hòa trộn cùng nước thải vào bể thiếu khí, phần còn lại được bơm sang sân phơi bùn để loại bỏ nước cùng bùn thải từ bể lắng 2 vỏ trước khi thải bùn thải. Bảng 2.2: So sánh thông số kỹ thuật giữa bể SBR và Aerotank Thông số kỹ TT SBR Aerotank thuật 1 Hiệu suất xử lý 85 - 95% 85- 95% Quá trình hoạt Gián đoạn theo mẻ Liên tục 2 động Phương pháp cấp Bằng máy thối khí và hệ Bằng máy thổi khí và hệ 3 khí thống phân phối khí thống phân phối khí Khả năng xử lý Có khả năng xử lý được nitơ Chỉ có khả năng nitrat hóa nitơ và phốtpho và photpho không xử lý được triệt đế (Áp dụng tốt trong xử lý nitơ và photpho (Tuy nhiên 4 nước thải có hàm lượng nitơ trong nước thải cần xử lý và photpho cao). hàm lượng nitơ, photpho không cao). Quá trình điều khiến các chu Quá trình điêu khiên các chu trình vận hành phức tạp, đòi trình vận hành đơn giản, có Điều khiển quá 5 hỏi phải vận hành tới mức tự thế vận hành bằng tay một trình động hóa cao, đòi hỏi công cách dễ dàng khi hệ thống tự nhân vận hành có tay nghề động có sự cố, không đòi hỏi 29
  30. cao. Khi hệ thống có sự cố sẽ công nhân vận hành có tay gây khó khăn cho người vận nghề cao. Giảm chi phí nhân hành. công. Cao hơn: do sử dụng nhiều Thấp hơn: do áp dụng công thiết bị hơn nên chi phí điện nghệ sử dụng bơm khí nén Chi phí điện năng và chi phí bảo trì bảo đế vận chuyến bùn hồi lưu 6 năng và bảo trì dưỡng. và bùn thải nên giảm được bảo dưỡng chi phí điện năng và bảo trì bảo dưỡng. Ưu điểm: - Tiết kiệm được tiền đầu tư - Tiết kiệm được diện tích - Xử lý được nước thải theo yêu cầu đề ra Nhược điểm - Không xử lý được nito, photpho - Yêu cầu năng lực vận hành cao.  Dựa vào 2 phương án đã nêu trên kết hợp với nhiệm vụ đề ra, ta chọn phương án khả thi và ít tốn kém nhất là phương án số 2. 30
  31. III. CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC: 1. Các quá trình sinh học hiếu khí: Quá trình phân hủy chất bân hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá trình lên - 2- men bàng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO2, H20, NO3 và S04 . Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo sẽ bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đương đơn Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyên hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là C02 và H20. Cơ chế quá trình hiếu khí gồm 3 giai đoạn : Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào: CxHyOzN + (x+ y/4 + z/3 + y4) 02 — > xCO2 + [ (y-3)/2] H2O + NH3 Trong các bể xử lý sinh học các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí sử dụng đổi lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn các loại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh. Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi sinh. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như một hình thức cây thêm vi khuân cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển cảu các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:  Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thích nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào. 31
  32.  Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường. Hình 2.1: Các giai đoạn phát triển của VSV  Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuấn được giữ ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuấn đã chết đị.  Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuân chết đi nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn 2: quá trình chuyển hóa cơ chất: + Oxy hóa và tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa): CxHyOzN + NH3+ 02 men — > xC02 + C5H7N02 + Quá trình hô hấp nội bào (Quá trình dị hóa): C5H7NO2 + 502 men — > xCO2+H2O NH3+ 02 men — > O2 + HNO2 men — > HNO3 Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyến hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào. Giai đoạn 3: Quá trình khử nito 32
  33. Hình 2.2: Quá trình khử nito 2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý hiếu khí: - Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hướng nồng độ bùn hoạt tính, tức phụ thuộc vào chỉ số bù. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặc ngược lại. - Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này. Khi tiến hành quá trình phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II >= 2 (mg/1). - Khác với quá trình kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơn nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD toàn phần phải =< 1000 (mg/1), còn trong be lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải =<500 (mg/1). - Ngoài ra trong nước thải cũng cần có các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Fe, Ca, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, s, Cl thường có đủ tong nước thải. Tùy theo hàm lượng cơ chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết khác nhau. Thông thuờng cần duy trì các nguên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích hợp: BODtoànphần: N:P=100:5:l - Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng. Khi đó hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phồng khó lắng do sự phát triến mãnh liệt của vi khuẩn dạng 33
  34. sợi. Vì vậy nồng độ các chất độc và kim loại nặng trong nước thải phải nằm trong giới hạn cho phép. Yếu tố môi trường: - pH : là một yếu tố chính trong sự phát triển của những vi sinh vật. Phần lớn vi sinh vật không thể chịu được pH > 9 vì lúc này sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào làm cho vi sinh vật chết và pH < 4 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. Thông thường pH tối ưu cho vi sinh vật phát triển tốt nhất trong khoảng 6,5 - 7,5. - Nhiệt độ: cũng là yếu tố quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật. Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa sổ vi sinh vật tối ưu từ 25°C - 37°C hoặc từ 20 - 80°C. - Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loài vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ. 3. Cơ chế hoạt động của bùn hoạt tính. – Giai đoạn thứ nhất: Tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất nhanh. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng cao dần. – Giai đoạn thu hai: Vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. – Giai đoạn thứ ba: Sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng (hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxi hóa được 80-95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nếu không kịp thời tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm tới 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự phân. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rất cao (60-80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon, các chất khoáng khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.(Nguồn: thuat-moi-truong/be-phan-ung-sinh-hoc-hieu-khi-aerotank.html). 34
  35. PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ I. TÍNH TOÁN BỂ AEROTAN 1. Cấu tạo bể aerotank Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn. Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước. Trong đồ án này, chọn hình dáng bể là Bể lắng II hình chữ nhật, loại bể là bể aerotank có tuần Hình 3.1: Cấu tạo bể aerotank hoàn. 2. Tính toán bể aerotank Trước bể aerotank còn có hệ thống tiền xử lý ( song chắn rác ), xử lý sơ bộ bởi bể lắng cát, bể điều hòa, bể lắng I. Bởi vậy dòng thải đi vào bể aerotank đã được loại bỏ rác, cát, dầu mỡ, được điều hòa lưu lượng và thành phần chất thải, loại bỏ khoảng 65% hàm lượng SS. Do đó ta có: Các thông số nước thải đi vào bể aerotank: Bảng 3.1: Các thông số tính toán bể aerotank. Các thông số Ban đầu Vào bể aerotank Ra khỏi cụm thiết bị xử lý sinh học Lưu lượng nước thải Q = 30.000m3/ngày Q = 30.000m3/ngày Q = 30.000m3/ngày Hàm lượng chất rắn lơ SS=200mg/l SS = 70mg/l SS = 50mg/l lửng Hàm lượng BOD 150mg/l 150mg/l 30 mg/l Tổng nito vào(gồm nito 30mg/l 30mg/l 30mg/l amoni và nito hữu cơ) Dầu mỡ 40mg/l 10mg/l 10mg/l Nhiệt độ 20oC 20oC 20oC 35
  36. Các thông số cơ bản để thiết kế bể Aerotank: tham khảo tài liệu [3] bảng 6-1 tr.91 và [7] - Thời gian lưu bùn (θb) : 10-15 ngày - Tỉ số F/M : 0,2 – 0,6 kg/ kg - Hàm lượng bùn trong bể (X) : 1000-3000 mg/l - Tỉ lệ hồi lưu (R) : 25-75% - Tốc độ xử lý BOD (r BOD) : 12 – 30 gBOD/kgMLVSS.h - Chỉ số SVI : 80 – 150 ml/g - Thời gian lưu thủy lực : 4 – 8 h - Tải trọng hữu cơ (OLR) : 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày Từ đó chọn các thông số để tính toán như sau: - Thời gian lưu bùn : 10 ngày - Hàm lượng bùn trong bể (X) : 2000 mg/L - Tốc độ xử lý BOD (rBOD) : 15g BOD/kg MLVSS.h - Chỉ số SVI : 120 ml/g Xử lý trong bể aerotank phải đảm bảo các thông số đầu ra: - BOD ra : 30 mg/l - Tổng chất rắn lơ lửng : 50 mg/l a) Thời gian lưu thủy lực: Ta có: Thời gian lưu thủy lực: [2] ( 푣 ― ).1000 (150 ― 30).1000 휃 = = = 5 (ℎ) 푛 r.X 15.2000 Trong đó: θn : Thời gian lưu thủy lực (h) r : tốc độ xử lý BOD (= 12 gBOD/kg MLVSS.h) X : hàm lượng bùn trong bể hiếu khí ( mg/L) b) Lưu lượng bùn thải: Hàm lượng bùn tuần hoàn (bùn thải): 10^6 Có : X = (công thức 2.195 [6] ) b 푆 36
  37. Trong đó: SVI : chỉ số thể tích bùn, ml/g X : hàm lượng bùn trong bể aerotank, mg/l Xb : hàm lượng bùn thải, mg/l 10^6 X = = 8333,3 mg/l. b 120 Chọn Xb = 8000mg/l => chỉ số SVI = 125ml/g. Hệ số tuần hoàn (R): 2000 Có: R = = = 33,3% ― 8000 ― 2000 (thỏa mãn thông số thiết kế từ 25-75%). Hình 3.2: Các thông số bể aerotank Lưu lượng bùn tuần hoàn: [2] 푄푅 Có: R = 푄푣 Trong đó: R : tỉ lệ hồi lưu, R = 33,33% = 0,3333 3 QR : lưu lượng bùn tuần hoàn, m /ngày 3 Qv : lưu lượng dòng vào, m /ngày 3 3 Q R = R.Qv = 0,333 . 30000 = 10000 m /ngày = 417 m /h. Lưu lượng bùn thải: [2] . Có: θb = 푄 . + 푄 . Trong đó: V : thể tích bể hiếu khí, m3. X : hàm lượng bùn trong bể hiếu khí, mg/l. 3 Qr, Qb: lưu lượng bùn dòng ra và dòng thải, m /ngay Xb: hàm lượng bùn thải , mg/l. Xr : hàm lượng bùn trong dòng ra, Xr= SSr . 0,8 = 30.0,8 = 24mg/l θb : thời gian lưu bùn : được thiết kế nằm trong khoảng 10-15 ngày nhằm duy trì giai đoạn tăng trưởng của VSV ở trong bể giúp xử lý đạt hiệu quả tốt nhất. Chọn θb = 10 ngày. 37
  38. -Q b = (V.X / θb – Qr.Xr) / Xb = ( 9375.2000/10 – 30000 . 24) / 8000 = 225 (m3/ngay) = 9,4 m3/h c) Thể tích bể aerotank: Thể tích bể hiếu khí: [2] Vbể = (Q+QR). θn Trong đó: Q : lưu lượng dòng thải vào bể QR: lưu lượng dòng bùn tuần hoàn lại bể 3 V bể = (Q+QR) . θn = (1250 +417). 5 = 8335 m d) Hiệu quả xử lý của bể aerotank: ( 푣 ― ) (150 ― 30) = = = 0,8 = 80% 푣 150 e) Kiểm tra lại các điều kiện Tỉ số F/M: [3] 퐹 푣 150.24 = 0,36 (d-1) nằm trong khoảng 0,2-0,6 nên thời gian lưu và = θn. = 5 . 2000 hàm lượng bùn là phù hợp. Tải trọng hữu cơ OLR: 푄 . 푣 OLR = (Công thức 6-1 tài liệu [2]) . 1000 Trong đó: Q : lưu lượng nước thải, m3/ngày BODv : hàm lượng BOD đầu vào, mg/l. OLR : tải trọng hữu cơ, kg BOD/m3.ngày V : Thể tích bể hiếu khí , m3 푄. 푣 30000 . 150 => OLR = 0,54 kgBOD/m3.ngày .1000 = 9375 . 1000 = (Nằm trong khoảng 0,32-0,64 kgBOD/m3.ngày của tiêu chuẩn thiết kế.) Tải trọng trên bùn: là tỉ số giữa khối lượng chất nhiễm bẩn trên một đơn vị khối lượng bùn trong 1 đơn vị thời gian: 푄. 푣 C = (Công thức 5-19 tài liệu [4]) . 30000.150 C = = 0,27 (kgBOD/kgMLVSS.ngày) 9375.2000 38
  39. Nằm trong khoảng 0,2-0,6 (kg/kgbùn.ngày) theo tiêu chuẩn thiết kế [3] nên thời gian lưu và hàm lượng bùn là phù hợp. f) Lượng oxy cần thiết: Lượng oxy lý thuyết: 푄. ( 푣 ― ) OCo = 1000. ―1,42 푃 (Công thức 6-15 tài liệu [2]) Trong đó : OCo: lượng oxy lý thuyết Q: lưu lượng dòng vào, m3/h f : Hệ số quy đổi , f = BOD/COD = 150/250 = 0,6. Px : Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD -3 Px = Y.Q.(BODv – BODr) = 0,5 . 30000.(150-30).10 =1800kg/ngày (với Y là hệ số xử lý sinh khối, trong khoảng 0,4-0,7) 30000.(150 ― 30) OC = 1,42.P 3444 kg O /ngày o 1000.0,6 – x = 2 Lượng oxy thực tế cần thiết: 푠20 OCt = OCo.( ) 20 ― (Công thức 6-16 tài liệu [2]) o Trong đó: OCt : Lượng oxy thực tế ở 20 C o Cs20 : Nồng đô bão hòa của oxy trong nước ở 20 C, Cs20 = 9,08 mgO2/l Cd : Nồng độ oxy duy trì trong bể aerotank, 2mg/l. 3444 . 9,08 OC t = (9,08 ― 2) = 4400 kg O2/ngày g) Lượng không khí cần : Hệ thống phân phối khí: 39
  40. Hình 3.3: Cấu tạo ống phân phối khí Chọn hệ thống phân phối khí dạng đĩa sục khí, có màng cao su hoặc bằng các vật liệu đàn hồi với các lỗ nhỏ Chiều dài của bể tương ứng sẽ là L = 24m. Công suất hòa tan của thiết bị: với chiều sâu nước là 6m. 40
  41. 3 -3 3 - OU = Ou . 3,5 = 7 . 6 = 42 gO2 / m = 42 . 10 kgO2/m . Lưu lượng không khí cần cấp: 푡 4400 Q = 157100 m3/ngày = 6545 m3/h khí 푈. = 42 . 10^ ― 3.1,5 = (Công thức 6-17 tài liệu [2]) Trong đó: Qkhí : Lượng không khí cần cấp để đảm bảo lượng oxy cần thiết. OCt : lượng oxy thực tế cần thiết, kgO2/ngày OU : công suất hòa tan của thiết bị f : hệ số an toàn, thường từ 1,5-2. Ở đây chọn f=1,5. h) Công suất máy nén khí: - Tổn thất áp lực trên hệ thống ống dẫn: [3] Hd = hd + hc +H Trong đó: hd : Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài ống dẫn (m). Không vượt 0,4 m. hc : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). Giá trị này không vượt quá 0,5m H : Độ sâu ngập nước của bể (m) => Hd = 0,4 + 0,5 + 6 = 6,9 m - Áp lực không khí đầu ra: [3] (10,33 + ) p = = 1,68 atm. 2 10,33 - Công suất máy nén : 0,283 G . R . T 2 - N = . ― 1 [2] 29,7 . 0,283 . 푒 1 Trong đó: 3 G: Trọng lượng của dòng khí, kg/s (Qkhí = 6573m /h = 2,2 kg kk/s) R: Hằng số khí, R=8,314 kJ/kmol.oK T: Nhiệt độ của không khí đầu vào, T= 293oK p1, p2: lần lượt là áp lực của không khí đầu vào và đầu ra, atm. 41
  42. e: Hiệu suất của máy nén khí. Thường là 70 – 80%. 0,283 2,2 . 8,314 . 293 1,68 - N = . ― 1 = 126,3 kW. 29,7 . 0,283 . 0,8 1 Tham khảo [6], chọn máy nén khí có công suất 75kW, loại máy nén khí trục vít, số lượng 2 chiếc. i) Tính toán đường ống phân phối khí  Tính đường ống dẫn khí chính 3 3 Lưu lượng khí trong ống chính: 푄 = 6545 /ℎ = 1,6 /푠 Do chia làm 10 bể xử lý nên lưu lượng khí từ ống chính được chia đều cho 10 bể, khi đó mỗi ’ 3 bể có lưu lượng khí là: Qkk = Qkk / 10 = 0,16m /s Vận tốc khí đi trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 15 – 20 m/s. Chọn v khí = 15 m/s.[3] Đường kính ống dẫn khí chính vào mỗi bể: [3] 4 × 푄 4 × 0,16 = = = 0,116( ) × 푣 ℎí × 15 Chọn ống dẫn khí chính là ống thép mạ kẽm có D = 120 mm. Kiểm tra lại vận tốc: 4 × 푄 4 × 0,16 푣 ℎí = 2 = 2 = 14,15 ( /푠) × × 0,12 vkhí nằm trong khoảng cho phép [2]  Tính đường ống dẫn khí nhánh Với diện tích dáy bể là 24 x 6m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20cm. Số ống nhánh dẫn khí là Nnh = 23 ống. Số lượng đĩa trên 1 nhánh: 6000 ― 500 = = 11 đĩ 500 Vậy số lượng đĩa trên 1 nhánh là 11 đĩa. Mỗi ống cách nhau 1m. Mỗi đĩa cách nhau 0,5m. Hình 3.4: Phân bố đĩa thổi khí trong bể Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: 42
  43. 푄 0,16 푛 3 푞 = = = 0,007 /푠 푛ℎ 23 Chọn vận tốc khí trong ống nhánh là vkhí = 10 m/s Đường kính ống dẫn khí nhánh: [3] 푛 4 × 푞 4 × 0,007 푛 = = = 0,029( ) × 푣 ℎí × 10 Chọn ống dẫn khí nhánh là ống thép mạ kẽm có D = 30mm. Kiểm tra lại vận tốc: 푛 4 × 푞 4 × 0,006 푣 ℎí = 2 = 2 = 8,5( /푠) × 푛 × 0,03 vkhí nằm trong khoảng cho phép [3]  Tính toán đường ống dẫn nước thải [3] Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 1,5 m/s (v = 1 – 2 m/s) Lưu lượng nước thải: 푄 = 30.000 3/푛 đ = 0,347 3/푠 3 3 Lưu lượng bùn tuần hoàn: 푄푡 = 10.000 /푛 đ = 0,116 /푠 Chia làm 10 bể aerotank, do vậy: Lưu lượng nước thải ra khỏi bể Aerotank hay vào bể lắng: 3 3 푄푣 = (푄 + 푄푡)/10 = (30.000 + 10.000)/10 = 4000 /푛 đ = 0,046 /푠 Đường kính ống dẫn nước thải: [3] 4 × 푄푣 4 × 0,052 푣 = = = 0,197( ) × 푣 × 1,5 Chọn ống dẫn nước thải chính là ống PVC, có D = 200 mm. Sau đó chia thành 3 đường ống dẫn vào bể, mỗi ống có đường kính 75mm, theo [8].  Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn 3 3 Lưu lượng bùn tuần hoàn vào mỗi bể: 푄푅 = 1000 /푛 đ = 0,0116 /푠 Chọn vận tốc bùn trong ống: v = 1 m/s Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn: [3] 4 × 푄푡 4 × 0,0116 푡 = = = 0,121( ) × 푣 × 1 Chọn ống dẫn bùn tuần hoàn là ống PVC, có D = 130 mm, theo [8]. 43
  44. Bảng 3.2 Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aerotank STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1. Thời gian lưu nước n giờ 5 2. Chiều dài L mm 24000 Chiều rộng B mm 6000 Kích thước của bể Chiều cao hữu ích H mm 6000 Chiều cao xây dựng Hxd mm 6500 3. Thể tích xây dựng của 1 bể Wt m3 864 4. Số bể cần xây dựng Bể 10 5. Số đĩa phân phối trong bể N đĩa 286 6. Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 120 7. Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn mm 30 8. Đường kính ống dẫn nước thải Dv mm 75 9. Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn Dt mm 130 10. Công suất của máy nén khí Nkhí KW 75 44
  45. II. TÍNH TOÁN BỂ LẮNG II: Nước thải sau xử lí ở bể Aerotank được dẫn đến bể lắng đợt 2. Để giảm chi phí bơm, bể lắng 2 được xây dựng với cao trình phù hợp đảm bảo nước từ bể Aerotank có thể tự chảy sang bể lắng 2. Nhiệm vụ của bể lắng đợt 2 là lắng các màng sinh vật được hình thành trong quá trình xử lí sinh học hiếu khí ở bể Aerotank. Chọn bể lắng đứng dạng tròn. Hình 3.5: Cấu tạo bể lắng II Bảng 3.3: Các thông số vào bể lắng II: Các thông số Ban đầu Vào bể lắng 2 Lưu lượng nước thải Q = 30.000m3/ngày Q = 30.000m3/ngày Hàm lượng chất rắn lơ SS=200mg/l SS = 70mg/l lửng Hàm lượng BOD 150mg/l 30mg/l Tổng nito vào(gồm nito 30mg/l 30mg/l amoni và nito hữu cơ) Dầu mỡ 40mg/l 10mg/l Nhiệt độ 20oC 20oC 1. Diện tích mặt bằng bể: Q . (1 + R).X S = (công . 퐿 thức 9-8 tài liệu [2]) Trong đó: S: Diện tích mặt bằng bể lắng, m2 Q: Lưu lượng nước thải, m3/h R: Hệ số tuần hoàn Hình 3.6: Các thông số trong lắng II 45
  46. X, Xb: Hàm lượng bùn trong bể và trong dòng tuần hoàn, mg/l. VL: vận tốc lắng của bông bùn, m/h. –K.C.10^-6 VL = vmax.e (công thức 9-9 tài liệu [2]) . K = 600 với các loại cặn có chỉ số SVI từ 50-150 là loại cặn thường gặp trong nước thải sinh hoạt. .v max = 7m/h theo công thức thực nghiệm của Lee-1982 và Wilson-1996 .C L = XL = ½ . Xb = 4000 mg/l ―600.3000.10^―6 VL = 7.푒 = 0,635 (m/h) 1250. (1 + 0,3333).2000 S = 656,2 m2 8000.0,635 = Nếu tính cả diện tích buồng phân phối trung tâm: S = 1,1 . 656,2 = 721,9 (m2) Tham khảo tài liệu [3] và [5], đường kính bể (D) không lớn hơn quá 5 lần chiều cao bể. Do đó ta chia làm 4 bể lắng II. Bể có dạng tròn, đường kính mỗi bể là : D = 15,2m. - Chọn kích thước buồng phân phối trung tâm: d = 20%.D = 15,2.25%= 3,8 m. 2 2 Diện tích buồng phân phối trung tâm là: Stt = . /4 = 11,5m . 2 Diện tích vùng lắng của bể là : SL = 181,5 – 11, 5 = 170 m . - Tải trọng bề mặt :[2] 푄 1250 a = = = 1,7 m3/m2.h 푆퐿 722 Phù hợp với chỉ tiêu thiết kế bể lắng 2 (Theo bảng 9-1 [1]) - Tải trọng bùn: (Q + 푄푅) . X (1250 + 417). 2000.10―3 b = = = 4,62 kg/m2.h 푆퐿 722 Phù hợp với chỉ tiêu thiết kế bể lắng 2 (Theo bảng 9-1 [2]) 2. Chiều cao bể: - Chọn chiều cao bể: H = 4,5m, chiều cao dự trữ trên mặt thoáng là h1 = 0,5m. Chiều cao cột nước trong bể là: 4m. Gồm: o Chiều cao phần nước trong: h2 =1,5 m 46
  47. o Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 5% về tâm: h3 = 0,05 . D/2 = 0,05x7=0,35 m o Chiều cao chứa bùn phần hình trụ: h4 = H – h1 – h2 – h3=4,5-0,5-1,5-0,35 = 2,15m o Thể tích phần chứa bùn: 3 Vb = SL . h4 = 170 . 2,15 = 365,5 m o Nồng độ bùn trung bình trong bể: 3 Xtb = (XL + Xb)/2 = (4000+8000)/2 = 6000 mg/L = 6 kg/m o Lượng bùn trong bể lắng sẽ là: Gbùn = Vb . Xtb = 365,5 . 6= 3193 kg Mà lượng bùn cần thiết trong 1 bể aerotank là: -3 Gaerotank = V . X = 864 . 2000 .10 = 1728 kg Do đó nếu phải tháo khô để sửa chữa bể aerotank thì lượng bùn từ bể lắng đủ cấp cho bể aerotank hoạt động lại ngay mà không cần thời gian khởi động tích lũy cặn. 3. Thời gian lưu thủy lực của bể lắng: Có dung tích bể lắng: 3 V = H . Sbể = 4 . 722 = 2888 m Lưu lượng nước vào bể: 3 Qbể lắng = Qv + QR = 1250 + 417 = 1667 m /h Thời gian lưu hay thời gian lắng: 2888 tL = = = 1,73 h 푄 + 푄푅 1667 4. Tính toán cơ khí: Tính toán bơm bùn tuần hoàn [3]: 3 3 Lưu lượng dòng: 푄푅 = 10000 /푛 đ = 417 /ℎ Giả sử cột áp của bơm : H = 10m Công suất của bơm: 푄푅 × 휌 × × 417 × 1020 × 9,81 × 10 = = = 14,5퐾푊 1000 × 휂 1000 × 0,8 × 3600 Trong đó: η – Hiệu suất chung của bơm, η = 0,7 – 0,9. Chọn η = 0,8; ρ – Khối lượng riêng của bùn, ρ = 1020 kg/m3; 47
  48. Chọn 02 máy bơm bùn chìm có công suất 7,5 kW . [8] Tính toán moto quay thanh gạt bùn [9] + Chọn loại moto có tốc độ quay 20 vòng/phút, công suất 7,5kW Bảng 3.4: Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng II. STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1. Thời gian lắng tL giờ 1,73 2. Đường kính D mm 15200 Kích thước của bể Chiều cao H mm 4500 3. Kích thước buồng Đường kính Dtt mm 3800 phân phối trung tâm 4. Chiều cao phần nước trong h1 mm 1500 5. Chiều cao phần lắng h4 mm 2150 6. Chiều cao phần chóp đáy h2 mm 350 7. Độ dốc đáy 5% 48
  49. III. Ước tính các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ: Hầm bơm tiếp nhận: Trạm bơm thành phố sẽ bơm nước thải theo đường ống áp lực đến ngăn tiếp nhận của trạm xử lý nước thải được đặt ở vị trí cao giúp nước thải từ đó chảy qua từng công trình xử lý. - Đường kính ống áp lực từ trạm bơm đến mỗi ngăn tiếp nhận: 2 ống đường kính 300 mm. [2] - Kích thước của mỗi ngăn tiếp nhận: [2] A = 2000mm, B = 3000mm, H = 2000mm, H1 = 1600mm, h = 750mm, hI=750mm, b = 600mm. Hình 3.7: Sơ đồ cấu tạo ngăn tiếp nhận Bể điều hòa 1. Ống áp lực 2. Ngăn tiếp nhận 3. Mương Thể tích bể điều hòa: dẫn nước 3 3 Vb = Q*t = 1250 m /h * 1 h = 1250 m (t: thời gian lưu nước trong bể → chọn t = 1h) Chọn chiều cao bể: H = 10 m Vậy chiều rộng bể B = 10 m, chiều dài bể L = 12,5 m Bể lắng I Chọn loại bể lắng ly tâm: Q Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng: F = U0 3 2 3 2 U0: tải trọng bề mặt (m /m .ngày) → chọn U0 = 45 m /m .ngày 30.000 3/푛 2  F = 45 3/ 2.푛 = 666,7 m Tương tự bể lắng II: => ta chia 4 bể với cùng kích thước. Bể khử trùng: [3] - Thể tích bể tiếp xúc: 49
  50. 1250 푊 = 푄 × 푡 = × 30 = 625( 3) 60 Trong đó: Q – Lưu lượng nước thải đưa vào bể tiếp xúc (m3/h); T – Thời gian tiếp xúc, t = 30 phút; - Chọn chiều sâu lớp nước trong bể H =5m. Chiều cao xây dựng của bể: = + ℎ 푣 = 5 + 0,5 = 5,5( ) - Diện tích mặt thoáng của bể tiếp xúc sẽ là: 푊 625 퐹 = = = 125 ( 2) 5  Chia làm 4 bể khử trùng. Chiều dài, chiều rộng mỗi bể lần lượt là: 5m và 5m. 50
  51. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Metcalf & Eddy: Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse, Third edition (1991) [2]: Trịnh Xuân Lai, Tính toán – thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, (2011) [3]: Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình, NXB ĐHQG ( 2008) [4]: Hoàng Văn Huệ, Thoát nước – Tập 2: Xử lý nước thải,̣ (2002) [5]: Bộ xây dựng, TCXDVN 51-2008 - Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế (2008) [6]: Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga , Giáo trình công nghệ xử lý nước thải (2001) [7]: Lựa chọn máy nén: may-nen-khi-phu-hop.html (8-2015) [8]: Lựa chọn ống dẫn nước: phong-ctbv249.html (6-2014) [9]: Lựa chọn máy bơm: cnt.html [10]: [11]: BTNMT, QCVN 14:2008 - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt,(2008) 51