THIẾT kế hệ THỐNG xử lý nước THẢI SINH HOẠT CHO KHU dân cư 10000 dân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO KHU DÂN CƯ 10000 DÂN Sinh viên thực :Nguyễn Văn Vượng Lớp : Kỹ thuật Mơi trường Khóa : 53 Giáo viên hướng dẫn : Ths.Vũ Ngọc Thủy HÀ NỘI - 11/2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Họ tên: Nguyễn Văn Vượng Số hiệu sinh viên: 20083572 Lớp: Kỹ thuật mơi trường Khố: 53 Viện Khoa học Cơng nghệ Môi trường Ngành: Kỹ thuật môi trường 1.Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Các số liệu ban đầu: - Tự chọn Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Phân tích lựa chọn cơng nghệ xử lý - Tính tốn thiết bị Các vẽ đồ thị: - Bản vẽ sơ đồ công nghệ đầy đủ - Bản vẽ bố trí cao trình (A3) - Bản vẽ chi tiết thiết bị chính(A3) Cán hướng dẫn ThS Vũ Ngọc Thủy Ngày giao nhiệm vụ đồ án chuyên ngành:13/9/2012 Ngày hoàn thành đồ án chuyên ngành: Hà Nội, ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Phần 1.Thông số thiết kế lựa chọn sơ đồ công nghệ…………………………… Nước thải sinh hoạt……………………………………………………………….5 a Đặc trưng nước thải sinh hoạt……………………………………………… b Tác động nước thải tới môi trường………………………………………6 c Thông số lựa chọn……………………………………………………………7 Phân tích lựa chọn cơng nghệ xử lý ………………………………………… a Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Aeroten……………………… b Xử lý nước thải sinh hoat công nghệ AAO………………… ………11 Phần 2.Thiết kế bể AAO……………………………………………………… …14 Thông số vào bể………………………………………… …………… 14 Tính cụm bể AAO…………………………………………………… … 15 a Bể aerobic…………………………………… ……………………… 15 b Bể anoxic…………………………… ……………………………… 18 c Bể anaerobic……………………… ………………………………… 19 Tổng hợp số liệu bể tính tốn…………………… …………….21 Tính tốn cấp khí cho bể aerobic …………………………… …………22 Tính tốn khuấy trộn cho anoxic anaerobic………… ……………… 25 Lời cảm ơn Tài liệu tham khảo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân LỜI NÓI ĐẦU Nước nguồn tài nguyên vô quý giá người Nước tự nhiên bao gồm toàn đại dương, biển vịnh sông hồ, ao suối, nước ngầm, nước ẩm đất khí Trên trái đất nước chiếm tỷ lệ nhỏ so với nước mặn Nước cần cho sống phát triển, nước giúp cho tế bào sinh vật trao đổi chất, tham gia vào phản ứng hoá sinh tạo nên tế bào Vì vậy, nói đâu có nước có sống Nước dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp dịch vụ Sau sử dụng nước trở thành nước thải, bị ô nhiễm với mức độ khác Ngày nay, với bùng nổ dân số tốc độ phát triển cao công nông nghiệp để lại nhiều hậu phức tạp, đặc biệt vấn đề ô nhiễm môi trường nước Vấn đề nhiều quan tâm người, quốc gia giới Ở Việt Nam phần lớn nước thải sinh hoạt chưa xử lý thải thằng sông, hồ,ao nguồn tiếp nhận Vì vậy, dẫn đến tình trạng sơng bị nhiễm bốc mùi khó chịu, làm cảnh quan ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ người Với ô nhiễm nước thải nước ta Qua môn em học,và hướng dẫn nhiệt tình Vũ Ngọc Thủy cho em những kiến thức kinh nhiệm giúp em hồn thành đồ án :” Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân ” với công nghệ ,hiệu xử lý cao làm giảm phần nước thải nói chung nước thải sinh hoạt nói riêng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Phần Thông số thiết kế lựa chọn sơ đồ công nghệ Nước thải sinh hoạt a Đặc trưng nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt sinh từ khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học nơi tương tự khác Lượng phát sinh nước thải sinh hoạt lớn, tùy thuộc vào mức thu nhập, thói quen dân cư điều kiện khí hậu Đối với Việt Nam tiêu chuẩn cấp nước cho đô thị lớn mức 150 – 200 l/người.ngày, vùng nơng thơn mức 100 l/người.ngày Có thể ước tính 60 – 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt trở thành nước thải sinh hoạt tùy theo vùng thời tiết Đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt chủ yếu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng chất rắn lơ lửng Nước thải sinh hoạt không xử lý trước thải nguồn tiếp nhận gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sức khỏe Nước thải sinh hoạt chứa chất dinh dưỡng (N, P) gây tượng phú dưỡng thủy vực nước Các nguồn tiếp nhận (sông, hồ) bị ô nhiễm tức suy giảm chất lượng tài nguyên nước vốn hạn chế Ô nhiễm nguồn nước cho nguyên nhân gây bệnh tiêu chảy, lỵ, tả, thương hàn, viêm gan A, giun, sán Thành phần nước thải sinh hoạt tương đối ổn định phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước, điều kiện trang thiết bị vệ sinh,… Nồng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt nêu bảng sau LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Bảng 1.1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình 350 – 1200 720 Tổng chất rắn (TS), mg/l - Chất rắn hoà tan (TDS), mg/l 250 – 850 500 - Chất rắn lơ lững (SS), mg/l 100 - 350 220 110 – 400 220 20 – 85 40 BOD5, mg/l Tổng Nitơ, mg/l - Nitơ hữu – 35 15 - Nitơ Amoni 12 – 50 25 - Nitơ Nitrit – 0,1 0,05 - Nitơ Nitrat 0,1 – 0,4 0,2 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 Nguồn : [1] b Tác động nước thải tới môi trường Nước thải sinh hoạt gây ô mhiễm môi trường thành phần ô nhiễm: COD, BOD : Sự khoáng hoá, ổn định chất hữu tiêu thụ lượng lớn gây thiếu hụt oxy nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng hệ sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm q mức điều kiện yếm khí hình thành Trong q trình phân huỷ yếm khí sinh sản phẩm H2S, NH3, CH4,… làm cho nước có mùi thối làm giảm pH mơi trường nước nơi tiếp nhận SS : Lắng đọng nguồn tiếp nhận gây điều kiện yếm khí Nhiệt độ : Nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không gây ảnh hưởng đến đời sống thuỷ sinh vật Vi khuẩn gây bệnh: Gây bệnh lan truyền đường nước tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,… N, P : Đây nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếu nồng độ nước cao dẫn tới tượng phú dưỡng hố, phát triển bùng phát LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng loại tảo, làm cho nồng độ oxy nước thấp vào ban đêm gây ngạt thở gây chết thuỷ sinh vật, ban ngày nồng độ oxy cao q trình hơ hấp tảo thải Màu : Màu đục đen, gây mỹ quan Dầu mỡ : Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy bề mặt c Thông số lựa chọn : Nếu giả sử tiêu chuẩn cấp nước khu đô thị lớn Việt Nam 200l/người.ngày đêm 80% thải ngồi mơi trường Hệ số khơng điều hịa 1,5h [7] Thì lưu lượng nước thải tính cho 10000 người ngày là: Qtb=200.10000.80%=1600000 l/ ngđêm= 1600m3/ ngđêm(Q1) Hay Qtb_h=66,67 m3/ h (Q2) Lưu lượng lớn : Qmax_h=66,67.1,5=100m3/h (Q3) Đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt chủ yếu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng chất rắn lơ lửng WHO (1993)[5] đưa tải trọng chất ô nhiễm tính cho người dân để xác định nồng độ chất ô nhiễm đầu vào cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Bảng 3a Bảng 3a Tải trọng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt đô thị Chất ô nhiễm BOD5 COD TOC TS SS Dầu mỡ Độ kiềm (CaCO3) Chlorides TN (N) Org – N Ammonia ܱܰଷି ܱܰଶି TP (P) Org – P Inorg – P Tổng Coliform Tải lượng (g/ người.ngày) 45 – 54 (1,6 – 1,9)BOD5 (0,6 – 1,0)BOD5 170 – 220 70 – 145 10 – 30 20 – 30 4–8 – 12 0,4TN 0,6TN (0,0 – 0,05)TN 0,6 – 4,5 0,3TP 0,7TP 106 – 109 MNP/100ml Nguồn: [5] Đối với đô thị Việt Nam tải trọng chất nhiễm tính cho người dân tham khảo theo Bảng 3b LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Bảng 3b Tải trọng chất nhiễm tính cho người dân Việt Nam Chất ô nhiễm SS BOD5 ܰ‫ܪ‬ସା − ܰ ܱܲସଷି − ܲ Chất hoạt động bề mặt Dầu mỡ Cl- Tải trọng (g/người.ngày) 60 – 65 30 – 35 1,44 3,3 – 2,5 10 Nguồn:[7] Các bảng số liệu dùng để tính cho người ngày,nhưng khơng có tính khả thi để tính tải trọng ô nhiễm cho khu dân cư Qua tìm hiểu nước thải sinh hoạt nay, Số liệu đặc trưng ô nhiễm nước thải khu đô thị lớn,và dòng theo cột A QCVN 14:2008/BTNMT ta bảng thông sô đầu vào đầu sau: Bảng 3c Các thông số đầu vào đầu Hạng mục Chất lượng nước dòng vào ( yêu cầu thiết kế ) Nhiệt độ 20 – 30oC Chất lượng nước dòng theo QCVN 14 :2008 cột A [6] 20 – 30oC pH 6.5 - 8.0 5–9 BOD5 400 mg/l 50 mg/l NH4_N 50 mg/l mg/l Chất rắn lơ lửng (T- SS) 275 mg/l 50 mg/l TKN 60 mg/l - PO4_P 12 mg/l mg/l 30 mg/l mg/l Dầu + Mỡ Tổng Coliform 10 - 10 MPN/ 100ml 3.000 MPN/100 ml Theo QCVN 14:2008/BTNMT cột A cột quy định giá trị C thơng số nhiễm làm sở tính toán giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt thải vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột A1 A2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt) [7] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Phân tích lựa chọn cơng nghệ xử lý Việc áp dụng phương pháp xử lý nước thải phụ thuộc vào tính chất nước thải, hàng loạt yếu tố khác : kinh phí , diện phí , diện tích dành cho hệ thống xử lý, đặc điểm địa hình , hệ thống nước , mục đích sử dụng nguồn nước tiếp nhận , … Hệ thống xử lý nước thải thường bao gồm tổng hợp phương pháp học , hóa học sinh học Đặc trưng nước thải sinh hoạt BOD5/ COD > 0,5 Dựa phương pháp sinh học khử chất dinh dưỡng , với kết hợp bể như: bể kị khí , bể khí , bể hiếu khí Đối với nước thải sinh hoạt văn để khử Nitơ ( T- N ) Phốt ( T- P ) , Cacbon hữu Hydro ( BOD ), SS Nên để xử lý đạt hiệu tốt dùng biện pháp xử lý sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt kết hợp với phương pháp khác a Xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ Aeroten Đây công nghệ mang tính chất truyền thống,xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí,trong người ta cung cấp oxi khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính Tiếp nhận: hầm tiếp nhận; Điều hòa: bể điều hòa lưu lượng; Xử lý học: song chắn rác thô thủ cơng,song chắn rác tinh,bể lắng cát thổi khí Bể lắng đợt một; Xử lý sinh học: bể aeroten, bể lắng đợt 2; LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Xử lý cặn:sân phơi cát,bể nén bùn,máy ép bùn băng tải; Khử trùng: dung dịch NaOCl 10% Thuyết minh công nghệ: Nước thải sinh hoạt thu gom hệ thơng nước thải sinh hoạt khu dân cư dẫn trạm xử lý,vào bể tiếp nhận có song chắn rác thơ(khe hở 30mm) cào rác thủ công hệ thống sục khí nhằm tránh khả lắng cặn nước thải sau nước thải bể tiếp nhận đạt đến mức định dược bơm đến song chắn rác tinh (khe hở 30mm) cào rác giới trước đến bể lắng cát thổi khí Tại bể lắng cát thổi khí,các chất rắn vơ cơ,có trọng lượng lớn sẻ bị tách khỏi nước xả vào sân phơi cát sau khoảng định điều kiện vận hành hệ thống thực tế định.sau nước thải dẫn đến bể điều hòa lưu lượng với hệ thống sục khí để chống khả lắng cặn tải bể,đồng thời tuần hồn bùn hoạt tính dư để thực đông tụ sinh học để tăng hiệu xử lý bể lắng bậc hai Nước thải bơm từ bể điều hòa đến bể lắng đợt Sau lắng nước tự chảy đến bể aeroten Tại bể aeroten nước thải xử lý trình sinh học lơ lững hiếu khí Q trình hiếu khí trì hệ thống phân phối khí bố trí máy thổi khí Nước sau khỏi bể aeroten đẫn đến bể lắng đợt hai Bể lắng đợt hai có nhiệm vụ tác bùn hoạt tính nước sau xử lý sinh học,sau tiếp tục nước khử trùng NaOCl 10% Dung dịch NaOCl cho vào đường ống dẫn nước từ bể lắng đợt hai tới bể chứa, nước tiếp tục trình tiếp xúc bể chứa nước sau xử lý, nước đạt tiêu cột A QCVN 14-2008 Nước sẻ xả thải vào nguồn tiếp nhận đồng ý quan quản lý môi trường nước dùng với mục đích nơng nghiệp… Bùn hoạt tính từ bể lắng đợt hai tuần hồn trở lại bể aeroten phần khơng tuần hồn cho sân phơi bùn,hoặc thực q trình đông tụ sinh học Cặn tươi từ bể lắng đợt dẫn đến bể nén bùn trọng lực để nén làm giảm lượng nước chưa bùn,chưa bùn trước dẫn vào máy ép bùn Bùn sau ép có độ ẩm khoảng 70%, Rồi vận chuyển đến nơi xử lý chất thải rắn Ưu nhược điểm Bể Aerotank phương pháp xử lý sinh học hiếu khí Ưu điểm bể dễ xây dựng vận hành Tuy nhiên phải sử dụng bơm để tuần hoàn bùn ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính bể nên vận hành tốn lượng Bể Aerotank có nhiều loại bể Aerotank truyền thống, bể Aerotank nhiều bậc, Tuy nhiên bể Aerotank truyền thống sử dụng đơn giản Yếu tố quan trọng bậc bể Aerotank hàm lượng DO cấp vào Do cần phải tốn thêm lượng cho máy thổi khí Tiếp đến tỷ lệ BOD:COD > 0,5, BOD:N:P = 100:5:1, không nhắc đến nhiệt độ, pH, hàm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Phần Thiết kế bể AAO cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư 10000 dân Thông số vào bể Nếu giả sử thành phần nước thải trước vào bể AAO thay qua bể lắng sơ cấp,thông số thay đổi BOD5 SS Với hiệu suất cho τ η୆୓ୈఱ = ,% 0,018 + 0,020τ ηୗୗ = τ ,% 0,0075 + 0,014τ Hiệu suất xử lý BOD5 SS bể lắng sơ cấp lưu lượng trung bình: η୆୓ୈఱ = 1,8 = 33,33 % 0,018 + 0,020.1,8 ηୗୗ = 1,8 = 55,05 % 0,0075 + 0,014.1,8 BOD5 SS nước thải sinh hoạt sau khỏi bể lắng sơ cấp lưu lượng trung bình: BOD5 = 400(1 – 0,3333) = 266,68 mg/l SS = 275(1 – 0,5505) = 123,61 mg/l Như kết tính tốn cho thấy SS nước thải sau bể lắng sơ cấp < 150 mg/l coi thích hợp đưa vào xử lý sinh học bể AAO Tổng kết lại thơng số cần tính tốn đưa vào bể AAO: BOD5=266,68 mg/l SS =123,61 mg/l TKN =60 mg/l NH4_N = 50 mg/l PO4_P = 12 mg/l Qtb= 1600m3/ ngđêm=Q1 Qtb_h=66,67 m3/ h =Q2 Lưu lượng lớn : Qmax_h=66,67.1,5=100m3/h =Q3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Tính cụm bể AAO Trình tự thiết kế: thiết kế bể aerobic xác định lượng NO3 tạo thành,tính dịng tuần hồn vào hai bể lại Thiết kế bể anoxic anaerobic a Bể aerobic Các số động học q trình nitrate hóa 20oC (Bảng 23 – 14)[1]: μ୬ ୫ୟ୶ = 0,75 g VSS⁄g VSS d K ୬ ൌ 0,74 g NHସ െ N⁄mଷ kୢ୬ ൌ 0,08 g VSS⁄g VSS d K ୭ ൌ 0,50 g⁄mଷ Ta lấy nhiệt độ thiết kế 25oC, số động học q trình nitrate hóa 25oC: μ୬ ୫ୟ୶ ൌ 0,75 1,07ଶହିଶ଴ ൌ 1,052 g VSS⁄g VSS d K ୬ ൌ 0,74 1,053ଶହିଶ଴ ൌ 0,958 g NHସ െ N⁄mଷ k ୢ୬ ൌ 0,08 1,04ଶହିଶ଴ ൌ 0,097 g VSS⁄g VSS d Nguồn :[1] Ước tính ߤ௡ theo phương trình 22 – Để khơng giới hạn q trình nitrate hóa DO phải ≥ mg/l Tốc độ q trình nitrate hóa tăng DO tăng khoảng – mg/l Tuy nhiên trình AAO cần hạn chế DO nội tuần hồn bể anoxic Do chọn DO = mg/l Tốc độ sinh trưởng riêng q trình nitrate hóa: μ୬ = μ୬ ୫ୟ୶ ൬ ሺNHସ − Nሻୣ DO ൰൬ ൰ − kୢ୬ ሺNHସ − Nሻୣ + K ୬ DO + K ୭ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân ሺNHସ − Nሻୣ = 5 mg /l ൰൬ ൰ − 0,097 μ୬ = 1,052 ൬ + 0,958 + 0,50 μ୬ = 0,61dିଵ Thời gian lưu bùn bể aerobic: SRT୫୧୬ = 1 = μ୬ 0,61 SRT୫୧୬ = 1,64 d Ta chọn hệ số an toàn SF = 2,5 Thời gian lưu bùn bể aerobic: SRT = SF ሺSRT୫୧୬ ሻ = 2,5.1,64 = 4,1 d Lượng sinh khối hoạt tính tạo thành bể aerobic tính theo phương trình (8 – 15) [1] gồm sinh trưởng sinh khối dị dưỡng (A), suy giảm nội sinh tế bào (B) sinh trưởng sinh khối nitrate hóa (C): QYሺCOD୧ − CODୣ ሻ10ିଷ Pଡ଼,ୠ୧୭ = ሺAሻ + k ୢ θୡ fୢ kୢ QYሺCOD୧ − CODୣ ሻθୡ 10ିଷ + ሺBሻ + k ୢ θୡ Q NO୶ 10ିଷ + ሺCሻ + k ୢ୬ θୡ NOx = nồng độ nitrate tạo thành bể aerobic, mg/l; fd = tỷ lệ phần trơ tế bào Các số động học trình sinh trưởng vi khuẩn dị dưỡng 20oC hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng nhiệt độ Bảng 23 – 13 Do đó, 25oC ta có: μ୫ = 1,07ଶହିଶ଴ = 8,415 g VSS⁄g VSS d kୢ = 0,12 1,04ଶହିଶ଴ = 0,146 g VSS⁄g VSS d LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Nguồn : [1] Theo Metcalt & Eddy, Inc (2003) [1] COD୧ ൌ 1,6BOD୧ ൌ 1,6.238,35 ൌ 426,69 mg/l CODୣ chọn xấp xỉ = 2 mg/l Từ được: 1600.0,40 ሺ426,69 െ 2ሻ 10ିଷ Pଡ଼,ୠ୧୭ ൌ ൅ 0,146.4,1 0,15.0,146.1600.0,40 ሺ4261,69 െ 2ሻ 4,1 10ିଷ ൅ ൅ 0,146.4,1 1600.0,12 NO୶ 10ିଷ ൅ ൅ 0,097.4,1 ൌ 173,75 ൅ 0,13 NO୶ NOx xách định từ phương trình (8 – 18) (Metcalf & Eddy): NO୶ ൌ TKN୧ െ ሺNHସ െ Nሻୣ െ 0,12 Pଡ଼,ୠ୧୭ Q Pଡ଼,ୠ୧୭ 1600 ൌ 55 െ 7,5 10ିହ Pଡ଼,ୠ୧୭ ൌ 60 െ െ 0,12 Theo ta kết quả: Pଡ଼,ୠ୧୭ ൌ 180 kg VSS/d NO୶ ൌ 55 mg/l Khối lượng MLSS tạo thành bể aerobic tính theo phương trình (7 – 55): LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân m୑୐ୗୗ ൌ MLSS ∀ୟୣ୰୭ୠ୧ୡ ൌ Pଡ଼,୑୐ୗୗ SRT ൌ 180.4,1 ൌ 738 kg Theo Metcalt & Eddy (2003) [1] cơng nghệ AAO cần trì MLSS khoảng 3000 – 4000 mg/l Trong thiết kế ta chọn MLSS = 3000 mg/l Từ được: ∀ୟୣ୰୭ୠ୧ୡ ൌ m୑୐ୗୗ 738 ൌ ൌ 240 mଷ MLSS 3000 10ିଷ Thời gian lưu thủy lực bể aerobic: HRTୟୣ୰୭ୠ୧ୡ ൌ Q ∀ୟୣ୰୭ୠ୧ୡ ൌ 1600 ൌ 6,6 h 240 Vậy : ∀ୟୣ୰୭ୠ୧ୡ ൌ 240 mଷ HRTୟୣ୰୭ୠ୧ୡ ൌ 6,6 h b Bể anoxic Bể Anoxic thiết kế qua tốc độ dinitrate hóa riêng Chọn tỷ số tuần hồn bùn hoạt tính R = 0,5 tỷ số nội tuần hồn IR = cho đảm bảo NO3 dòng đạt yêu cầu ≤ 30 mg/l Xác định nồng độ nitrate dịng theo phương trình (8 – 48) [1] ܱܰ௫_௔௡௢௫௜௖ = = ܱܰ௫_௔௘௥௢௕௜௖ ‫ ܴܫ‬+ + ܴ 55 = 22 ݉݃/݈ + + 0,5 Giả thiết NO2-N nước thải dịng vào dịng tuần hồn = 0, NO3 dịng nội tuần hồn NO3 bùn hoạt tính tuần hồn có NO3 nước thải dòng vào = Như vậy, NO3 vào bể anoxic: mNOଷ = ሺIR + Rሻ Q ܱܰ୶_ୟ୬୭୶୧ୡ = ሺ1 + 0,5ሻ 1600.22 = 55200 g⁄d = 55,2 kg/d Lượng DO vào bể anoxic: ‫ܱܦ‬௅,௔௡௫ = ‫ܱܦ‬௩ ܳ + ‫ܱܦ‬ோ஺ௌ ܴ ܳ + ‫ܱܦ‬ேோ ‫ܴܫ‬ ܳ Ở nhiệt độ nước thải ≥ 20oC lấy DOv = 0,5 mg/l; DONR = DO cuối bể aerobic = mg/l Trong trường hợp thiếu số liệu, theo WEF (2005) lấy DORAS = 0,5× DO cuối bể aerobic = mg/l ‫ܱܦ‬௅,௔௡௫ = 0,5.1600 + 1.0,5.1600 + 2.1.16000 = 4800 ݃/݀ Lượng DO tương đương với NO3 vào bể anoxic từ dịng nội tuần hồn: ܱܰଷ ௩_௔௡௫ = 0,35 ‫ܱܦ‬௅,௔௡௫ = 0,35.4800 = 1680 ݃⁄݀ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Tổng lượng NO3 cần xử lý bể anoxic: ܱܶܰଷ ௩à௢ ܴ = ܱܰଷ ௩à௢ + ܱܰଷ ௡ộ௜ ௧௨ầ௡ ௛௢à௡ = 55200 + 1680 = 56880 ݃/݀ Bể anoxic thiết kế theo cách tiếp cận qua tốc độ denitrate hóa riêng theo phương trình (8 – 41)[1]: NOଷ ୰ୟ = ∀ୟ୬୭୶୧ୡ SDNRଵହ MLVSS đây: NOଷ ୰ୟ – lượng nitrate xử lý, g/d; ∀ୟ୬୭୶୧ୡ – dung tích bể anoxic, m3; SDNR ଶହ – tốc độ denitrate hóa riêng 25oC, g NO3-N/ g MLVSS.d; Do hạn chế việc tính tốn tốc độ denitrate hóa riêng Nên theo Lê Văn Cát (2007) [2] dung tích bể anoxic thường 25 – 50% dung tích bể aerobic Hoặc, giả thiết thời gian lưu thủy lực bể anoxic theo khuyến cáo Metcalf & Eddy (2003) [1] HRTanx = 0,5 – h Nhận thấy HRTanx = 0,6 h Ta có: ∀ୟ୬୭୶୧ୡ = HRTୟ୬୭୶୧ୡ Qv_anx Với Qv_anx =Q2(1+IR+R)=3,5Q2=3,5.66,67=233,35 m3/h Vậy ta có kết tính anoxic: ∀ୟ୬୭୶୧ୡ = 0,6.233,35 = 140m3 HRTanx = 0,6 h c Bể anaerobic Theo Lê Văn Cát 2007 [2] Theo đồ thị Randall để đáp ứng nồng độ PO4 dòng ≤ mg/l tỷ lệ TCOD: TP ~ 20 Như hệ nước thải dư chất hữu cần thiết cho trình xử lý sinh học P Tỷ lệ TCOD:TP =444,45:12=37:1 < 40:1 vận hành hệ thống AAO cần thiết bổ sung VFAs vào bể anaerobic (phương án lên men sơ bộ) hay áp dụng kết tủa hóa học P LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Vậy ta chọn phương án Thời gian lưu thủy lực bể anaerobic ước tính theo đồ thị Randall: Trong trường hợp BOD/COD > 0,5 TCOD/TP < 40 thiết kế bể yếm khí với thời gian lưu thủy lực không thấp 90 phút Vậy lượng P cần xử lý 6mg/l tương ứng với thời gian lưu thủy lực HRTana= 2h Lưu lượng vào bể: Qana=Q2.(1+R)=66,67.(1+0,5)=100m3/h Dung tích bể anaerobic: ∀௔௡௔ = ‫ܴܶܪ‬௔௡௔ Qana ൌ 2.100 ൌ 200 ݉ଷ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Tổng hợp số liệu bể tính tốn Theo Metcalf & Eddy (2003) [1] Bể anaerobic bể anoxic làm việc chế độ khuấy trộn hoàn chỉnh, thường chia ngăn, mặt ngăn hình vng, ngăn chung tường khơng, ngăn chung tường thiết kế đập chảy tràn để dịng nước thải chảy qua ngăn Chiều sâu khuyến nghị D = 4,5 – 7,5 m với chiều cao dự trự 0,3 – 0,6 m Các bể anaerobic, anoxic aerobic thường xây dựng bê-tông chúng có chiều sâu Hình Đồ thị Randall Bể aerobic làm việc chế độ khuấy trộn hoàn chỉnh, nhiên thường xây dựng với mặt hình chữ nhật nên tỷ lệ chiều dài:chiều rộng L:W quan trọng tùy thuộc vào cách thức sục khí Trong trường hợp thiết kế sục khí hệ thống đĩa phân phối khí cần chiều sâu D = 3,0 – 7,5 m với chiều cao dự trữ 0,3 – 0,6 m, tỷ lệ W:D = 1:1 – 2,2:1 tỷ lệ L:W ≥ 5:1 Theo khuyến cáo ta đưa phương án thiết kế bể anaerobic, anoxic aerobic sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân V (m3) Bể Số ngăn Chiều cao dự trữ (m) Các kích thước (m) H L W Tỷ lệ Ghi Kích thước bể tính toán Anaerobic 200 0,5 3,3 14,6 4,9 L:W = 1:1 Anoxic 140 0,5 3,3 9,5 5,3 L:W = 1:1 Aerobic 240 − 0,5 3,3 20,8 4,2 L:W=5:1 W:H=1,5:1 Kích thước bể tính tốn Quy trịn số liệu vàn tính cho ngăn bể là: V (m3) Bể Số ngăn Chiều cao dự trữ (m) Các kích thước (m) H L W Tỷ lệ Ghi Các kích thước ngăn Anaerobic 200 0,5 3,3 5 L:W = 1:1 Anoxic 140 0,5 3,3 5 L:W = 1:1 Aerobic 240 − 0,5 3,3 20,8 4,2 L:W=5:1 W:H=1,5:1 Các kích thước bể aerobic Tính tốn cấp khí cho bể aerobic • Tính lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn : OCo = Q.( BODvao − BODra ) 4,57( N o − N ) − 1,42 Px + [8] 1000 f 1000 Trong đó: - f = BODvao = 0,66 CODvao - 1,42 : hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD - N0 : tổng hàm lượng nitơ đầu vào (mg/l) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng - N : tổng hàm lượng nitơ đầu (mg/l) - Px : phần tế bào dư xả theo bùn dư Px = 180 (kg/ngày) ⇒ OCo = 1600.(266,68 − 50) 4,57(60 − 30) − 1,42.180 + 1000.0,66 1000 = 269,8 (kgO2/ngày) Lượng oxy thực tế 25oC : OCt = OCo ଵ Cs [8] (T − 20 ) ఈ Cs − C 1024 Trong đó: - Cs : Nồng độ ơxy bão hịa nước 20oC, Cs ≈ 9,08 (mg/l) - C : Nồng độ ôxy cần trì bể, C = (mg/l) - T =250C nhiệt độ nước thải - ߙ Hệ số điều chỉnh lương oxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt), ߙ= 0,6 -0,94 chọn ߙ = 0,7 [8] ⇒ OC t = 269,8 ଵ 9,08 ( 25− 20 ) ଴,଻ 9,08 − 1,024 = 439.03 (kgO2/ngày) OCtrungbinh = OCt 439,03 = = 18,29 (kgO2/h) 24 24 Tính lượng khơng khí cần [8] : Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, cơng suất hịa tan oxy vào nước : Ou = gO2/m3.m Bể sâu H = 3,3 m, độ sâu ngập nước h = 2,8 m Cơng suất hịa tan thiết bị [8]: OU = h.Ou = 2,8.7 = 19,6.10-3 (kgO2/ m3) Lượng khơng khí cần thiết [8]: Qk = OCt 439,03 f = 1,5 = 33599,2 ( m /ngày) −3 OU 19,6.10 • Tính áp lực máy nén: Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén [8]: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Hnén = hd + hc + hf + H Trong đó: - hd: tổn thất áp lực ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn, (m) - hc: tổn thất cục (m) Tổng tổn thất hd hc thường không vượt 0,4 (m) - hf : tổn thất qua thiết bị phân phối (m), thường hf ≤ 0,5 m, chọn hf = 0,5 m - H: chiều sâu hữu ích bể, H = 2,8 (m) ⇒ Hnén = 2,8+ 0,4+0,5 = 3,7 (m) Áp lực khơng khí[8]: p= 10,33 + H nen 10,33 + 3,7 = = 1,36 (atm) 10,33 10,33 Công suất máy nén khí [8]: N= 34400.( p 0, 29 − 1).qk k 102.η Trong đó: - qk : Lưu lượng khơng khí, qk = Qk = 0,39 (m /s) 24.3600 - k: hệ số an toàn, chọn k = 1,5 - η : hiệu suất máy nén, chọn η = 75% ⇒ N= 34400.(1,36 0, 29 − 1).0,39.1,5 = 24 (kW/h) 102.0,75 Chọn máy nén khí cơng suất 24 kW • Bố trí hệ thống sục khí: Thiết kế hệ thống cấp khí cho bể gồm ống chính, ống nhánh với chiều dài ống 20 m, ống đặt cách 0,5 m,cách hai lề bên 0,25 m Đường kính ống dẫn khí [8]: Dống = 4.q k 4.0,39 = = 0,22 (m), chọn Dống = 220 mm π v k 3,14.10 Trong đó: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng vk : tốc độ chuyển động không khí ống phân phối, vk =10 ÷ 15 (m/s), chọn vk = 10 (m/s) Đường kính ống nhánh dẫn khí [8]: Dnhánh = 4.q k 4.0,39 = = 0,084 (m), chọn Dnhánh = 84 mm 7.π v k 7.3,14.10 Đường ống dẫn khí từ máy nén vào bể Aeroten Các ống nhánh phân phối khí đặt dọc theo chiều dài bể Có ống phân phối khí, ống dài 20m đặt vng góc với ống chính, khoảng cách giữu ống 0.5 m Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa xốp có đường kính 0,2 (m) → diện tích bề mặt f = 0,03 (m2), cường độ khí (l/s) cho đĩa [8] Lưu lượng khí cấp cho bể Qkhí =33599,2 (m3/ngày) ≈ 270 (l/s) Vậy số đĩa cần phân phối bể N=Qkhí/2= 270/2=135 (đĩa) Số đĩa ống phân phối khí là: n = N/7=135/7=19,28 chọn 20 đĩa Tính tốn khuấy trộn cho anoxic anaerobic Cường độ khuấy trộn bể anoxic anaerobic có ảnh hưởng lớn tới hiệu trình khử P sinh học q trình denitrate hóa Nếu bể khuấy trộn khơng đầy đủ tạo ngắn mạch (short-circuiting) giảm hiệu quả, lượng khuấy trộn lớn dẫn đến xáo động mặt nước theo oxy Cánh khuấy chìm chân vịt máy khuấy chìm turbine thường sử dụng để khuấy trộn bể anoxic anaerobic Chúng có khả trì bùn hoạt tính chuyển động lơ lửng mà tiêu tốn lượng Theo WEF lượng khuấy trộn cần thiết – 20 W/m3(0,15 – 0,75 hp/1000 ft3) Số lượng vị trí lắp đặt máy khuấy quan trọng nên tham khảo tư vấn hãng sản xuất chúng So sánh loại thiết bị khuấy thấy cánh khuấy chìm chân vịt cần tốc độ quay lượng khuấy trộn lớn so với máy khuấy chìm turbine Ngoải ra, cánh khuấy chìm chân vịt hoạt động cánh quạt, lượng khuấy trộn lan truyền mở rộng xa dễ xuất vùng chết phía sau, cịn máy khuấy chìm turbine làm việc với tốc độ cao sinh xoáy nước oxy dễ dàng khuyếch tán nước Một điểm chi phí đầu tư cho máy khuấy chìm turbine lớn cần có cầu treo Thực tế máy khuấy chìm turbine khuyến khích Đối với máy khuấy chìm turbine lượng khuấy trộn không nên lớn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân 13 W/m3(0,5 hp/ 1000 ft3) cần thiết thiết kế vách ngăn đứng để dập xốy nước Hình Các kiểu khuấy trộn bể anoxic Trong trường hợp thiết kế với bể anoxic/ anaerobic ta chọn máy khuấy chìm turbine cho ngăn lượng khuấy trộn thiết kế W/m3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Văn Vượng Công suất máy khuấy turbine chìm cho bể anoxic: = ሺ3,3.5.5ሻ = 660 ܹ Cơng suất máy khuấy chìm turbine cho bể anaerobic:= ሺ3,3.5.5ሻ = 660 ܹ Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Vũ Ngọc Thủy nhiệt tình hướng dẫn em hồn thành Đồ án chuyên ngành “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân” Tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn lớp Kỹ thuật mơi trường khóa 53 trao đổi sôi liên quan đến Đồ án chuyên ngành Hà Nội, 11/2012 Nguyễn Văn Vượng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Tài liệu tham khảo [1] Metcalt & Eddy, Inc Wastewater Engineering: Treatment and Reuse 4th edition McGraw-Hill 2003.( Metcalt & Eddy) [2] Xử lý nước thải giàu hợp chất N P - Lê Văn Cát 2007 [3] Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải –Trần Văn Nhân,Ngơ Thị Nga NXBKHKT 2002 [4] BTN&MTVN Báo cáo trạng môi trường quốc gia năm 2005Phần tổng quan Hà Nội 2005 [5] WHO Assessment of Sources of Air, Water, and Land Pollution.Part 1: Rapid Inventory Techniques in Environmental Pollution Geneva 1993 [6] QCVN 14 : 2008/ BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt [7] TCVN 7957: 2008 Thốt nước-Mạng lưới cơng trình bên ngồi-Tiêu chuẩn thiết kế [8] Trịnh Xn Lai , Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 2009 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... luanvanchat@agmail.com Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Phần Thiết kế bể AAO cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư 10000 dân Thông số vào bể Nếu giả sử thành phần nước. .. 2.2b Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ AAO Thuyết minh công nghệ: Phương án xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ AAO mô tả Hình 2b Nước thải sinh hoạt đầu vào qua... Nguyễn Văn Vượng Phần Thông số thiết kế lựa chọn sơ đồ công nghệ Nước thải sinh hoạt a Đặc trưng nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt sinh từ khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở,