Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu về các công nghệ xử lý nước thải cho khu đô thị
Nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm
Nội dung và phạm vi nghiên cứu
Thu thập các số liệu về thành phần các chất gây ô nhiễm có trong nước thải, thu thập thông tin về các công nghệ xử lý nước thải
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tổng quan các phương pháp xử lý nước thải cho khu đô thị, đồng thời so sánh ưu nhược điểm của từng công nghệ Cuối cùng, chúng tôi sẽ đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
- Tổng quan thu thập tài liệu, tổng hợp, phân tích, lựa chọn, kế thừa các kinh nghiệm đã có
- Điều tra khảo sát lấy số liệu thực tế
- Áp dụng đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm
Phương pháp chuyên gia
- Xin ý kiến các chuyên gia trong lĩnh vực Thoát nước và Xử lý nước thải
HIỆN TRẠNG THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
Đặc điểm tổ chức thoát nước trên Thế giới và ở Việt Nam
1.1.1 Đặc điểm thoát nước trên Thế giới
* Hệ thống thoát nước ở Thành phố Tokyo – Nhật Bản
Tokyo, với dân số 12.400.000, là một trong những thành phố lớn nhất thế giới và đang trên đà phát triển Mật độ dân số cao đã dẫn đến nhu cầu sử dụng nước và lượng nước thải gia tăng Hơn nữa, vào mùa mưa bão hàng năm, thành phố thường xuyên phải đối mặt với tình trạng ngập lụt do lượng mưa lớn Để giải quyết vấn đề này, Tokyo đã xây dựng một hệ thống thoát nước ngầm lớn nhằm ngăn chặn tình trạng ngập lụt.
Năm 2004 hệ thống thoát nước của Thành phố Tokyo được hoàn thành
Hệ thống bao gồm năm hồ chứa có đường kính 32m và chiều cao 65m, được kết nối qua một đường hầm dài 6,4 dặm ở độ sâu 50m dưới mặt đất Khi các thùng chứa nước đạt chiều cao 25,4m, phòng chứa có kích thước 177m chiều dài và 78m chiều cao Trong phòng này, có 59 cột bơm công suất 10 megawatt, có khả năng bơm ra 200 m³ nước vào sông Edogawa.
Hình 1.1 Mô hình hệ thống thoát nước ở Thành phố Tokyo – Nhật Bản
Nguồn: www.news-world.us
* Hệ thống thoát nước ngầm ở London (Anh):
Hình 1.2 Hệ thống thoát nước ngầm ở Anh
Hệ thống thoát nước ngầm ở London là một phần quan trọng trong cơ sở hạ tầng nước của thành phố, được xây dựng vào cuối thế kỷ 19 Hệ thống hiện đại này đóng vai trò thiết yếu trong việc quản lý nước và bảo vệ môi trường đô thị.
1.1.2 Đặc điểm thoát nước ở Việt Nam Ở Việt Nam, cho đến nay, đã có hơn 700 đô thị Tỷ lệ các hộ đấu nối vào mạng lưới thoát nước đô thị nhiều nơi còn rất thấp Các tuyến cống được xây dựng và bổ sung chắp vá, có tổng chiều dài ngắn hơn nhiều so với chiều dài đường phố, ngõ xóm Nhiều tuyến cống có độ dốc kém, bùn cặn lắng nhiều, không ngăn được mùi hôi thối Nhiều tuyến cống lại không đủ tiết diện thoát nước hay bị phá hỏng, xây dựng lấn chiếm, gây úng ngập cục bộ Úng ngập thường xuyên xảy ra nhiều nơi về mùa mưa Nước thải nhà vệ sinh phần lớn chảy qua bể tự hoại rồi xả ra hệ thống thoát nước chung tới kênh, mương, ao hồ tự nhiên hay thấm vào đất Nước xám và nước mưa chảy trực tiếp ra nguồn tiếp nhận Mới chỉ có gần 10% nước thải đô thị được xử lý Ở nhiều khu đô thị mới, mặc dù nước thải sinh hoạt đã được tách ra khỏi nước mưa từ ngay trong công trình, nhưng do sự phát triển không đồng bộ và sự gắn kết kém với hạ tầng kỹ thuật khu vực xung quanh, nên khi ra đến bên ngoài, các loại nước thải này chưa được xử lý, lại đấu vào một tuyến cống chung, gây ô nhiễm và lãng phí Ngoài ra, cốt san nền của nhiều khu đô thị, đường giao thông và các khu vực lân cận không được quản lý thống nhất, nên gây tác động tiêu cực, ảnh hưởng lẫn nhau
Mô hình tổ chức thoát nước cho các đô thị Việt Nam bao gồm việc thu gom và xử lý nước thải qua các hệ thống chung, riêng, nửa riêng hoặc hỗn hợp Hệ thống thoát nước tập trung thường được áp dụng cho các khu trung tâm đô thị có mật độ dân số cao và điều kiện xây dựng đồng bộ Tuy nhiên, phương thức truyền thống này gặp nhiều hạn chế, vì vậy hiện nay, mô hình thoát nước phân tán đang được khuyến khích, đặc biệt cho các khu đô thị mới, vùng ven đô và nông thôn, với các giải pháp thu gom, xử lý và tái sử dụng nước thải cho các hộ gia đình hoặc khu dân cư.
Vào đầu những năm 60, Hà Nội đã xây dựng tiểu khu nhà cao tầng Kim Liên, tiếp theo là tiểu khu nhà ở Đồng Bớp tại Hải Phòng Cả hai khu vực này đều sử dụng hệ thống cống riêng biệt, không có bể tự hoại, với nước phân và nước thải sinh hoạt được thoát ra cùng một mạng lưới thoát nước Hệ thống thoát nước mưa kết hợp giữa cống kín và mương hở, trong đó nước thải được tập trung về trạm bơm trung tâm và sau đó được chuyển đến trạm xử lý nước thải bằng bể lắng hai vỏ.
Nguồn: Thoát nước đô thị, KS Trần Văn Mô, NXB xây dựng, Hà Nội
Cơ sở pháp lý
1.2.1 Luật bảo vệ môi trường 2005 và các Nghị định
1 Luật bảo vệ môi trường 2005
2 Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/8/2006 của Chính phủ về việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật bảo vệ môi trường
II Quy định cụ thể
Nghị định số 140/2006/NĐ-CP ngày 22-11-2006 của Chính phủ quy định về bảo vệ môi trường trong các giai đoạn lập, thẩm định, phê duyệt và tổ chức thực hiện các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch, chương trình và dự án phát triển Nghị định này nhằm đảm bảo rằng mọi hoạt động phát triển đều tuân thủ các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường, góp phần vào sự phát triển bền vững.
- Nghị định số 59/2007/NĐ-CP ngày 09-4-2007 của Chính phủ về quản lý chất thải rắn
III Quy định về phí bảo vệ môi trường
- Nghị định số 67/2003/NĐ-CP ngày 13-6-2003 của Chính phủ về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải
Nghị định số 04/200/NĐ-CP ngày 8 tháng 1 năm 2007 của Chính phủ đã sửa đổi và bổ sung một số điều của Nghị định số 67/2003/NĐ-CP ngày 13 tháng 6 năm 2003 liên quan đến phí bảo vệ môi trường đối với nước thải Nghị định này nhằm cải thiện quy định về phí bảo vệ môi trường, đảm bảo việc xử lý nước thải hiệu quả và bảo vệ tài nguyên nước.
1.2.2 Hệ thống và văn bản quy phạm về quản lý thoát nước
1.2.2.1 Nghị định 42/2009/NĐ-CP ngày 7/5/2007 của Chính phủ về việc phân loại đô thị
Nghị định quy định việc phân loại đô thị nhằm tổ chức và phát triển hệ thống đô thị toàn quốc, bao gồm lập quy hoạch xây dựng và nâng cao chất lượng đô thị bền vững Đô thị được chia thành 6 loại, với đô thị loại đặc biệt là thành phố trực thuộc Trung ương, bao gồm các quận nội thành và huyện ngoại thành Đô thị loại I và II cũng là thành phố trực thuộc Trung ương hoặc thành phố thuộc tỉnh, có các phường và xã tương ứng Đô thị loại III là thành phố hoặc thị xã thuộc tỉnh, trong khi đô thị loại IV là thị xã có các phường nội thị Đô thị loại V là thị trấn thuộc huyện, có khu phố xây dựng tập trung và có thể có các điểm dân cư nông thôn Điều kiện công nhận loại cho các đô thị mới và điều chỉnh mở rộng địa giới cũng được nêu rõ.
Việc mở rộng địa giới đô thị cần dựa trên quy hoạch xây dựng được phê duyệt bởi cơ quan nhà nước có thẩm quyền Các khu vực mở rộng phải được đầu tư xây dựng để đạt các tiêu chuẩn cơ bản về phân loại đô thị Đối với những khu vực dự kiến hình thành đô thị mới, cần có quy hoạch xây dựng được phê duyệt và đã đầu tư xây dựng đạt tiêu chuẩn phân loại đô thị.
Trong trường hợp đặc biệt liên quan đến quản lý lãnh thổ, chủ quyền quốc gia hoặc phát triển kinh tế - xã hội, cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền có thể quyết định cấp quản lý hành chính cho một khu vực trước khi khu vực đó hoàn thành đầu tư xây dựng và đạt các tiêu chuẩn cơ bản về phân loại đô thị.
Nghị định quy định các nguyên tắc và tiêu chuẩn phân loại đô thị dựa trên chức năng và quy mô dân số tối thiểu 4.000 người Mật độ dân số cần phù hợp với đặc điểm từng loại đô thị, trong khi tỷ lệ lao động phi nông nghiệp trong nội thành phải đạt tối thiểu 65% tổng số lao động Ngoài ra, hệ thống hạ tầng đô thị và kiến trúc, cảnh quan cũng được chú trọng trong quy định này.
1.2.2.2 Nghị định 88/2007/NĐ-CP ngày 28/5/2007 về thoát nước đô thị và khu công nghiệp
Theo Nghị định 88/2007/NĐ-CP, nước thải từ hệ thống thoát nước đô thị và khu công nghiệp phải tuân thủ các quy chuẩn môi trường do cơ quan Nhà nước quy định Các khu công nghiệp và đô thị mới cần quy hoạch hệ thống thoát nước mưa và nước thải riêng biệt Đối với các đô thị đã có hệ thống thoát nước, cần xem xét điều kiện cụ thể để tổ chức quy hoạch thoát nước chung, riêng hoặc nửa riêng.
1.2.2.3 Thông tư 09/2009/TT-BXD ngày 21/5/2009 Quy định chi tiết thực hiện một số nội dung của Nghị định số 88/2007/NĐ-CP ngày 28/5/2007 về thoát nước đô thị và khu công nghiệp Áp dụng quy chuẩn nước thải theo Nghị định 88/2007/NĐ-CP:
Nước thải không phải sinh hoạt khi xả vào hệ thống thoát nước phải tuân thủ quy chuẩn thải xả Nếu không đạt quy chuẩn, nước thải cần được xử lý sơ bộ trước khi xả Phí thoát nước được áp dụng theo Nghị định 88/2007/NĐ-CP.
Phí thoát nước theo Nghị định 88/2007/NĐ-CP là khoản phí bảo vệ môi trường đối với nước thải Phí này áp dụng cho các hộ gia đình và doanh nghiệp xả nước thải vào hệ thống thoát nước tập trung của đô thị và khu công nghiệp.
Các hộ thoát nước không xả nước thải vào hệ thống thoát nước tập trung của đô thị và khu công nghiệp mà xả trực tiếp ra môi trường sẽ phải chịu phí bảo vệ môi trường đối với nước thải theo Nghị định 67/2003/NĐ-CP và Nghị định 04/2007/NĐ-CP.
Theo Nghị định 88/2007/NĐ-CP, các hộ thoát nước đã đóng phí thoát nước sẽ không phải chịu phí bảo vệ môi trường đối với nước thải theo Nghị định 67/2003/NĐ-CP và Nghị định 04/2007/NĐ-CP.
1.2.3 Hệ thống các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường
- TCVN 7957:2008 Tiêu chuẩn thiết kế mạng lưới thoát nước bên ngoài công trình
- QCVN 01:2008/BXD về quy hoạch xây dựng
- QCVN 07:2010/BXD – QCKTQG về các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị
- QCVN 14:2008/TNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ
Thành phần tính chất nước thải đô thị
Nước thải đô thị là hỗn hợp phức tạp chứa nhiều thành phần, trong đó các chất bẩn hữu cơ thường tồn tại dưới dạng không hòa tan, keo và hòa tan Chủ yếu, nước thải đô thị phát sinh từ hoạt động sinh hoạt hàng ngày.
Nước thải sinh hoạt là loại nước đã qua sử dụng cho các hoạt động như ăn uống, tắm rửa và vệ sinh nhà cửa trong các khu dân cư, công trình công cộng và cơ sở dịch vụ Loại nước này được hình thành từ các hoạt động hàng ngày của con người.
Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm hệ thống thoát nước Tính chất của chất bẩn trong nước thải cũng liên quan đến mức độ hoàn thiện của thiết bị và điều kiện trang thiết bị vệ sinh.
Bảng 2.1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình
Tổng chất rắn (TS)/l, mg
- Chất rắn hòa tan (TDS), mg/l
- Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l
Clorua, mg/l 30-100 50 Độ kiềm, mgCaCO3/l 50-200 100
Nguồn: Tài liệu xử lý nước thải đô thị, PGS.TS Trần Đức Hạ, NXB KH&KT 2006
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ và dinh dưỡng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn, bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh.
Nước thải sinh hoạt từ đô thị, khu dân cư và các cơ sở dịch vụ chứa khối lượng lớn và hàm lượng chất bẩn cao, đồng thời có nhiều vi khuẩn gây bệnh, là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước.
Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay
2.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Hình 2.0 Sơ đồ hệ thống các công trình XLNT bằng phương pháp cơ học
Phương pháp xử lý cơ học là bước đầu tiên trong quy trình xử lý nước thải, nhằm tách các chất không hòa tan và một phần chất ở dạng keo ra khỏi nước Các thiết bị và công trình thường được sử dụng trong xử lý cơ học bao gồm song chắn rác, bể lắng cát và bể tách dầu mỡ Đây là những công trình quan trọng giúp chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo, đảm bảo hiệu quả và an toàn cho môi trường.
Song chắn rác lưới lọc là thiết bị dùng để giữ lại các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc dạng sợi như rau, cỏ, và đồ nhựa, được gọi chung là rác Rác thường được chuyển đến máy nghiền sau khi được nghiền nhỏ để xử lý, có thể đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy Trong những năm gần đây, song chắn rác liên hợp, vừa chắn giữ vừa nghiền rác, trở nên phổ biến tại các trạm xử lý có công suất nhỏ và vừa.
Bể lắng cát đóng vai trò quan trọng trong việc tách các chất bẩn vô cơ nặng như xỉ than và cát ra khỏi nước thải Những chất này không chỉ gây cản trở cho quá trình làm sạch và xử lý sinh hóa nước thải mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của các thiết bị công nghệ tại trạm xử lý.
Hình 2.1: Bể lăng cát ngang
Bể lắng cát thổi khí
Hình 2.2: Bể lắng cát thổi khí
Bể lắng cát ly tâm
Hình 2.3 Sơ đồ bể lắng cát ngang với hệ thống cơ giới để lấy cặn
Bể lắng có chức năng tách biệt các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với nước thải, trong đó chất lơ lửng nặng lắng xuống đáy, còn chất lơ lửng nhẹ nổi lên bề mặt Quá trình này được hỗ trợ bởi các thiết bị cơ học để thu gom và vận chuyển cặn lắng và bọt nổi đến công trình xử lý Dưới đây là một số loại bể lắng phổ biến.
*Bể lắng đứng: Có mặt bằng hình tròn hoặc hình vuông Trong bể lắng hình tròn nước chuyển động theo phương bán kính (radian)
Bể lắng li tâm có thiết kế hình tròn, trong đó nước thải được dẫn vào bể từ tâm ra các thành bên Sau khi lắng, nước thải sẽ được thu vào máng tập trung và dẫn ra ngoài.
Hình 2.5 Bể lắng li tâm
Bể tách dầu mỡ là thiết bị quan trọng trong xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải công nghiệp có chứa hàm lượng dầu mỡ cao Đối với nước thải sinh hoạt, khi lượng dầu mỡ không đáng kể, việc loại bỏ có thể được thực hiện ngay tại bể lắng thông qua thiết bị gạt chất nổi.
Hình 2.6 Sơ đồ bể tách dầu mỡ lớp mỏng
1 Cửa dẫn nước ra; 2 ống gom dầu; 3 Vách ngăn; 4 Tấm chất dẻo; 5 Lớp dầu;
6 ống xả nước thải vào; 7 Bộ phận lắng làm từ tấm gợn; 8 Bùn cặn
- Bể lọc: Tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc
Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các tạp chất không hòa tan và 20%BOD
2.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Hình 2.7 Sơ đồ dây chuyền công nghệ XLNT bằng phương pháp hóa học
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học là quá trình thêm các chất phản ứng vào nước thải để tương tác với tạp chất, tạo ra các phản ứng hóa học nhằm loại bỏ cặn bẩn Phương pháp này có thể tạo ra cặn lắng hoặc chuyển đổi thành các chất hòa tan không độc hại, đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường Các phương pháp hóa học này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước thải.
- Phương pháp trung hòa dùng để đưa môi trường nước thải có chứa các axit vô cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH=6,5-8,5
Phương pháp keo tụ, hay còn gọi là đông tụ keo, là kỹ thuật hiệu quả để làm trong và khử màu nước thải Phương pháp này sử dụng các chất keo tụ như phèn kết hợp với các chất trợ keo tụ nhằm liên kết và loại bỏ các tạp chất trong nước, mang lại chất lượng nước tốt hơn.
Nước thải Song chắn rác
Chuẩn bị hóa chất keo tụ và hóa chất trung hòa
Bùn cặn làm khô tự nhiên hoặc bằng biện pháp cơ học
Bể phản ứng kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn
Hình 2.8: Quá trình tạo bông cặn
Hình 2.9: Sơ đồ bể kết tủa bông cặn
Phương pháp Ozon hóa là một kỹ thuật hiệu quả trong việc xử lý nước thải chứa các chất hữu cơ dưới dạng hòa tan và keo Ozon có khả năng nhường oxy nguyên tử cho các tạp chất hữu cơ, giúp phân hủy và loại bỏ chúng một cách hiệu quả.
Phương pháp điện hóa học là một kỹ thuật hiệu quả trong việc xử lý nước thải, giúp loại bỏ các tạp chất độc hại thông qua quá trình oxy hóa điện hóa trên cực anot Đồng thời, phương pháp này cũng cho phép phục hồi các kim loại quý như đồng, chì và sắt Thông thường, hai nhiệm vụ này - phân hủy chất độc và thu hồi chất quý - được thực hiện đồng thời, mang lại lợi ích kép cho quá trình xử lý nước thải.
2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo
Các công trình XLNT theo nguyên lý
Bùn hoạt tính Cấp khí cưỡng bức
Bể nén bùn Bể lắng đợt
Sân phơi bùn Làm khô bùn cặn bằng PP cơ học Máng trộn
Nguồn tiếp nhận nước thải
Bùn hoạt tính tuần hoàn
Hình 2.10 Sơ đồ dây chuyền công nghệ XLNT theo phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng khả năng của vi sinh vật để phân hủy và oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải, bao gồm cả dạng keo và hòa tan.
Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo không hoàn toàn loại bỏ các vi khuẩn, đặc biệt là vi trùng gây bệnh Do đó, sau giai đoạn này, cần thực hiện khử trùng nước thải trước khi xả ra môi trường Các công trình nhân tạo như bể lọc sinh học (bể biophin, bể bioten), bể làm thoáng sinh học (aeroten) và mương oxy hóa đóng vai trò quan trọng trong quy trình này.
Hình 2.11: Bể lọc nhỏ giọt để xử lý nước thải đô thị
Nguồn: Tài liệu tiểu tập báo cáo hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ 6, Đà nẵng
Nguồn: www.iwk.com.my
2.2.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên
* Xử lý nước thải qua đất:
Các công trình xử lý nước thải trong đất được thiết kế để tưới nước thải định kỳ, thường được gọi là cánh đồng ngập nước, bao gồm cánh đồng tưới và cánh đồng lọc.
Khi lọc nước thải qua đất, các chất lơ lửng và keo được giữ lại ở lớp trên cùng, tạo thành một lớp màng vi sinh vật có khả năng hấp phụ và oxy hóa các chất hữu cơ Lớp trên cùng, dày từ 0,2 đến 0,5 mét, là nơi có điều kiện oxy hóa thuận lợi nhất, với oxy tự do có sẵn trong nước thải, được cung cấp bởi cây hoặc thâm nhập từ không khí qua các khe hở giữa các hạt đất Khi còn dư oxy, các vi khuẩn nitr hóa sẽ chuyển hóa nito amon thành nitrit và nitrat.
Hình 2.13 xử lý nước thải bằng đất Nguồn: Tài liệu xử lý nước thải đô thị, PGS.TS Trần Đức Hạ, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2006
* Xử lý nước thải bằng hồ sinh học
Nguyên lý hoạt động của hồ xử lý nước thải là khi nước thải được đưa vào, với vận tốc dòng chảy thấp, các loại cặn lắng sẽ chìm xuống đáy Các chất hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp phụ và oxy hóa, tạo ra sinh khối như sản phẩm phụ.
TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XLNT PHÙ HỢP CHO CÁC KHU ĐÔ THỊ 27
Công nghệ XLNT đã áp dụng cho các khu đô thị trên thế giới
3.1.1 Xử lý nước thải bằng hố xí khô
Xử lý nước thải bằng hố xí khô là phương pháp không sử dụng nước để dội rửa sau khi đi vệ sinh, mà thay vào đó, người dùng có thể dùng vôi, tro bếp, tro cây, tro trấu hoặc đất bột để phủ lên phân Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm tiết kiệm nước, giảm ô nhiễm môi trường và dễ dàng trong việc xử lý chất thải.
- Rẻ tiền, chi phí xây dựng rất thấp
- Loại này thường đơn giản và dễ xây dựng
- Không phải tốn công dùng nước để dội và rửa sau khi sử dụng
- Có thể sử dụng phân và nước tiểu như một nguồn cung cấp phân bón hoặc nuôi cá
- Phù hợp cho vùng khó khăn nguồn nước, vùng nông thôn nghèo
- Có thể sử dụng các vật liệu địa phương
- Ít nhiều có mùi hôi và ruồi nhặng
- có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nước và môi trường đất
- Khó sử dụng lâu dài, tuổi thọ công trình ngắn
* Hố xí đào chìm cải tiến có ống thông hơi
Hình 3.1 Hố xí đào chìm cải tiến có ống thông hơi, bệ bệt
Bồn chứa phân có cấu tạo hình tròn hoặc vuông, với hố đào chìm nằm dưới đất Phần nổi được trang bị sàn đỡ chắc chắn, che kín miệng hố và có nắp đậy cho lỗ đi vệ sinh Sau mỗi lần sử dụng, tro và đất bột được rải lên phân để xử lý Xung quanh bồn chứa được xây dựng bằng các vật liệu đơn giản, và có thể lắp đặt ống thông hơi cao bên trong hoặc bên ngoài công trình.
* Hố xí đào chìm cải tiến có ống thông hơi và tách riêng nước tiểu
Hình 3.2 Kết cấu hố xí 2 ngăn có ống thông và tách nước tiểu riêng
Mặt bằng hố xí đào chìm cải tiến được thiết kế với ống thông hơi và tách riêng nước tiểu, giúp nâng cao hiệu quả vệ sinh và giảm mùi hôi Thiết kế này là một phần quan trọng trong việc cải thiện nhà vệ sinh nông thôn, theo nghiên cứu của ThS Lê Anh Tuấn.
Hố xí đào chìm cải tiến được thiết kế với ống thông hơi và hệ thống tách nước tiểu riêng biệt, giúp ngăn nước tiểu chảy vào ngăn chứa phân Nước tiểu sẽ được thu thập và tách riêng, trong khi phân sẽ được ủ trong khoảng 6 tháng trước khi sử dụng để bón ruộng.
Nguồn: Bể tự hoại và bể tự hoại cải tiến, PGS.TS Nguyễn Việt Anh, NXB Xây dựng
3.1.2 Xử lý ổn định nước thải bằng thực vật
Xử lý ổn định nước thải từ kỹ thuật trồng cây trong nước là một phương pháp hiệu quả, khác biệt so với kỹ thuật trồng cây truyền thống Cây được trồng mà không cần đất, thay vào đó được nuôi dưỡng bằng dung dịch dinh dưỡng, giúp sản xuất rau và cây trang trí Phương pháp này tận dụng các nhu cầu và đặc điểm vật lý của cây để loại bỏ các hợp chất gây hại cho môi trường, góp phần bảo vệ hệ sinh thái.
Nước thải được dẫn qua các kênh trồng thực vật thông qua hệ thống rễ cây Phương pháp này áp dụng kỹ thuật màng dinh dưỡng, nhưng đã được phát triển thành dòng dinh dưỡng vĩnh cửu Khác với màng dinh dưỡng trong điều kiện mực nước nông, kỹ thuật dòng dinh dưỡng vĩnh cửu luôn duy trì lượng nước sâu hơn và có khả năng điều chỉnh liên tục.
Hệ thống xử lý ổn định nước thải bằng thực vật hoạt động theo ba phương thức chính:
- Rễ cây có công dụng như một hệ thống lọc cơ học
Hệ thống rễ là môi trường lý tưởng cho sự phát triển của vi khuẩn, nơi mà mật độ vi khuẩn bám dính lên rễ cây tạo thành lớp vi khuẩn sống, đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải Ngoài ra, tất cả các bề mặt của kênh và thiết bị tiếp xúc với chất lỏng cũng được sử dụng như vật liệu để vi khuẩn bám dính, góp phần vào hiệu quả xử lý nước thải.
Cây hấp thụ chất dinh dưỡng từ môi trường, bao gồm các hợp chất đã được khoáng hóa bởi vi sinh vật như nitrat và photphat, cũng như các chất gây ô nhiễm khác Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng đạt hiệu suất làm sạch cao.
Nhược điểm: Thường xuyên phải thay thế cây
Xử lý bổ sung nước thải đô thị có khả năng xử lý trung bình 500 lít nước thải mỗi ngày, tương đương với 12m³/ngày, và áp dụng quy trình xử lý bậc ba cho nước thải sinh hoạt.
- Xử lý nước rò rỉ từ bãi chôn lấp rác
- Nước thải công nghiệp, cầu oliu
Xử lý nước thải bằng ổn định thực vật đã được ứng dụng ở nước Bỉ
Nguồn: Tài liệu Giáo trình xử lý nước thải chi phí thấp, PGS.TS Lều Thọ Bách
3.1.3 Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây
Hình 3.4 Bãi lọc trồng cây ngập nước
Hình 3.5 Bãi lọc ngầm trồng cây, dòng chảy ngang hay đứng
Bãi lọc trồng cây đang trở thành giải pháp công nghệ tiên tiến cho việc xử lý nước thải, mang lại hiệu quả cao và chi phí thấp trong điều kiện tự nhiên Phương pháp này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn góp phần nâng cao đa dạng sinh học và cải thiện cảnh quan.
Nguyên lý cơ bản trong bãi lọc trồng cây ngập nước:
Khử nitrit và nitrat là quá trình quan trọng trong môi trường Ở các vùng hiếu khí, vi khuẩn nitrat hóa chuyển hóa amôni thành nitrat, trong khi ở các vùng thiếu khí, vi khuẩn khử nitrat chuyển đổi nitrat thành khí nito Ngoài ra, trong môi trường kỵ khí, quá trình khử nitrat diễn ra cùng với việc lắng cặn muối sunphit kết hợp với các kim loại.
Quá trình khử photpho trong bãi lọc trồng cây diễn ra chủ yếu thông qua các phản ứng hấp thụ và kết tủa, kết hợp với các nguyên tố khoáng chất như nhôm, sắt và canxi.
- Các virus, mầm bệnh được khử nhờ quá trình lắng, lọc và tiêu hủy tự nhiên trong môi trường không thuận lợi
Một phần nhỏ các nguyên tố kim loại được hấp thụ và kết hợp với các chất hữu cơ, dẫn đến sự tích tụ dưới dạng trầm tích Tại khu dân cư nhỏ Bắc Aalborg, Đan Mạch, công nghệ xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây ngập nước, cụ thể là bãi lọc trồng cây sậy, đã được áp dụng hiệu quả.
Nguồn: Tài liệu Giáo trình xử lý nước thải chi phí thấp, PGS.TS Lều Thọ Bách
Công nghệ XLNT đã áp dụng cho các khu đô thị ở Việt Nam
3.2.1 Xử lý nước thải bằng bể tự hoại
Bể tự hoại là hệ thống xử lý nước thải sơ bộ, thực hiện lắng nước thải và lên men cặn lắng Công trình này có thể chia thành 2 hoặc 3 ngăn, với thời gian lưu nước thải trong bể từ 1 đến 3 ngày.
Trong bể tự hoại, quá trình lắng cặn và lên men diễn ra, dẫn đến phân hủy sinh học kỵ khí của cặn lắng Các chất hữu cơ trong nước thải và bùn cặn, bao gồm hydrocacbon, đạm và béo, được vi khuẩn kỵ khí và nấm men phân hủy Quá trình này giúp cặn lên men, giảm mùi hôi và thể tích Ngoài ra, chất khoáng không tan chuyển hóa thành chất tan và khí, chủ yếu là methane (CH4).
Cấu tạo: Bể tự hoại thường được xây gạch, bêtông cốt thép, composit.v.v, mặt bằng có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn
* Bể tự hoại truyền thống
Bể tự hoại truyền thống thường dùng để xử lý nước thải sinh hoạt cho một hoặc nhiều hộ gia đình
Bể tự hoại truyền thống có thể tích 1,5 ÷ 25m 3 hoặc thậm chí đến 50m 3
Bể tự hoại có thể thiết kế với 2 hoặc 3 ngăn, trong đó bể 2 ngăn có ngăn đầu tiên chiếm 75% tổng dung tích và ngăn thứ hai chiếm 25% Bể 3 ngăn có ngăn đầu tiên chiếm 50% dung tích, trong khi hai ngăn còn lại mỗi ngăn chiếm 25% Ưu điểm của bể tự hoại là giá thành rẻ và dễ dàng trong việc hút cặn.
Nhược điểm: Hiệu suất xử lý không cao
Hình 3.6 Bể tự hoại 2 ngăn
Xử lý nước thải bằng bể tự hoại 3 ngăn đã được ứng dụng tại khu đô thị mới đồng bộ hạ tầng kỹ thuật Xuân La, Hà Nội
* Xử lý nước thải bằng bể tự hoại cải tiến BASTAF
Cấu tạo: 5-6 ngăn: gồm 1 ngăn chứa và 2-3 ngăn mỏng dòng hướng lên, tiếp theo là 2 ngăn lọc kỵ khí (lọc ngược)
Nguyên tắc làm việc của bể tự hoại cải tiến là nước thải được đưa vào ngăn đầu, nơi thực hiện chức năng lắng – lên men kỵ khí, đồng thời điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn Qua các vách ngăn, nước thải di chuyển từ dưới lên trên, tiếp xúc với vi sinh vật kỵ khí trong lớp bùn ở đáy bể, giúp hấp thụ và chuyển hóa chất bẩn hữu cơ thành nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật Hệ thống này tạo thành một dãy bể phản ứng kỵ khí nối tiếp, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng thể tích và tăng cường tiếp xúc giữa nước thải và bùn đáy, nâng cao hiệu quả xử lý Các ngăn lọc kỵ khí phía sau, với vật liệu lọc do IESE chế tạo, không chỉ cải thiện hiệu suất xử lý mà còn ngăn chặn hiện tượng rửa trôi bùn cặn Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là đạt hiệu suất xử lý cao và ổn định hơn so với bể tự hoại truyền thống.
Nhược điểm: Giá thành cao hơn so với bể tự hoại truyền thống 20-30% và hút cặn khó khăn do bể có nhiều ngăn
Phạm vi áp dụng: Thường áp dụng cho nhóm hộ gia đình (>10 hộ trở lên)
Hiện nay, bể tự hoại cải tiến BASTAF đang được áp dụng để xử lý nước thải tại một số khu đô thị ở Việt Nam, bao gồm khu đô thị mới Xuân Mai.
3.2.2 Xử lý nước thải bằng công nghệ AAO
Hình 3.7 Sơ đồ XLNT bằng công nghệ AAO Nguyên lý làm việc:
Nước thải được thu gom qua song chắn rác (SCR) và lưới chắn rác (LCR) trước khi vào bể tiếp nhận SCR và LCR có chức năng quan trọng trong việc loại bỏ cặn bã và các tạp chất thô, mịn có trong nước thải.
Nước thải từ bể tiếp nhận được bơm lên bể điều hòa, nơi giữ vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng và nồng độ của nước thải Tại bể điều hòa, pH của nước thải được điều chỉnh về mức thích hợp cho quá trình xử lý sinh học, dao động trong khoảng 6,5 – 7,5.
- Nước thải tiếp tục được đưa vào bể lắng đợt 1 để loại bỏ cặn tươi và các tạp chất nhỏ có khả năng lắng được
Nước thải được đưa vào bể lọc sinh học kị khí (UASB) để phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn, đồng thời chuyển hóa chúng thành các khí như CH4, CO2 và H2S Sau quá trình này, nước thải tiếp tục được xử lý tại bể lọc.
NT SCR/LCR Bể tiếp nhận Bể điều hòa Bể lắng I Điều chỉnh pH
Bể sinh học hiếu khí
Khí biogas là sản phẩm của quá trình sinh học hiếu khí, giúp xử lý hiệu quả BOD5 và COD còn lại trong nước thải, đồng thời giảm thiểu mùi hôi khó chịu.
Sau khi trải qua quá trình xử lý tại bể lọc sinh học hiếu khí, nước thải sẽ tiếp tục được chuyển đến bể lắng 2 để tiến hành lắng bùn hoạt tính Lượng bùn này sẽ được bơm ra khỏi bể lắng và tuần hoàn trở lại bể sinh học Đồng thời, bùn dư sẽ được chuyển đến thiết bị làm khô bùn cặn bằng phương pháp cơ học.
Nước thải từ bể lắng 2 được dẫn qua bể khử trùng để tiêu diệt vi trùng và mầm bệnh nguy hiểm Sau khi qua bể khử trùng, nước thải sẽ đạt tiêu chuẩn QCVN 14 – 2008/TNMT loại A, B trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Ưu điểm của quy trình này là đảm bảo an toàn cho môi trường và sức khỏe cộng đồng.
- Kết cấu an toàn, có khả năng chịu kiềm và axit tốt, không bị ăn mòn
- Yêu cầu về không gian nhỏ hơn các thiết bị xử lý nước thải truyền thống
-Chi phí vận hành và bảo trì thấp, hiệu quả xử lý ổn định
Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao
Phạm vi áp dụng: ứng dụng cho các khu đô thị mới, khu dân cư, thị trấn, thị tứ.v v
Tại khu đô thị mới Mỹ Đình II – Hà nội đã ứng dụng xử lý nước thải bằng công nghệ AAO
3.2.3 Xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt Đường nước : Đường cặn, cát, bùn : Đường clorua vôi :
Hình 3.8: Sơ đồ công nghệ sử dụng bể lọc sinh học nhỏ giọt
1 Song chắn rác; 2 Bể lắng cát, 3 Bể lắng I; 4 Bể lọc sinh học nhỏ giọt; 5 Bể lắng II; 6 Bể tiếp xúc khử trùng; 7 Bể ủ bùn; 8 Máy ép bùn; 1a, 1b Thùng chứa rác và cát
Nước thải được thu gom qua song chắn rác (SCR) và lưới chắn rác (LCR) trước khi vào bể tiếp nhận SCR và LCR có chức năng loại bỏ cặn bã cùng các tạp chất thô và mịn có trong nước thải.
Nước tuần hoàn khi BOD cao
Nước tách từ máy ép bùn
Nước thải từ bể tiếp nhận được bơm lên bể lắng cát để loại bỏ những hạt cặn lớn vô cơ, chủ yếu là cát, có trong nước thải.
- Nước thải tiếp tục được đưa vào bể lắng đợt 1 để loại bỏ cặn tươi và các tạp chất nhỏ có khả năng lắng được
- Nước thải được dẫn vào bể lọc sinh học nhỏ giọt nhằm xử lý sinh học hoàn toàn với hàm lượng BOD sau xử lý đạt tới 15 mg/l
- Sau khi xử lý ở bể lọc sinh học nhỏ giọt, nước thải tiếp tục chảy sang bể lắng 2 để lắng bùn hoạt tính
Nước thải từ bể lắng 2 được dẫn qua bể khử trùng để tiêu diệt vi trùng và mầm bệnh nguy hiểm Sau khi xử lý, nước thải đạt tiêu chuẩn QCVN 14 – 2008/TNMT loại B trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Ưu điểm của quy trình này là đảm bảo an toàn môi trường và sức khỏe cộng đồng.
- Kết cấu an toàn, có khả năng chịu kiềm và axit tốt, không bị ăn mòn
- Yêu cầu về không gian nhỏ hơn các thiết bị xử lý nước thải truyền thống
-Hiệu quả xử lý cao
- Vận Hành quản lý phức tạp, dễ tắc vật liệu lọc
- Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi.
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO KHU ĐÔ THỊ MỚI TÂY NAM HỒ LINH ĐÀM
Tổng quan về khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm
4.1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên
4.1.1.2 Vị trí và giới hạn khu đất
Khu đất nghiên cứu thuộc cụm Bằng A, phường Hoàng Liệt, quận Hoàng Mai và thôn Văn, xã Thanh Liệt, huyện Thanh Trì
- Phía Bắc giáp khu nhà ở Bắc Linh Đàm mở rộng
- Phía Tây và Nam giáp sông Tô Lịch
- Phía Đông giáp khu Dịch vụ tổng hợp và nhà ở Hồ Linh Đàm và khu đô thị mới Nam Hồ Linh Đàm (dự kiến)
Cao độ trung bình đất ruộng khoảng 5,6m÷6,15m
Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Mùa mưa từ tháng 04 đến tháng 10 có giông bão; mùa khô từ tháng 10 đến tháng
04 năm sau thường có những đợt rét a Chế độ nhiệt
- Nhiệt độ trung bình trong năm: 23,6 o C
- Biên độ ngày của nhiệt độ: 6,1 o C b Chế độ ẩm:
- Độ ẩm trung bình trong năm: 84,5% c Chế độ mưa:
- Lượng mưa trung bình năm: 1661 mm
- Số ngày mưa trung bình hàng năm: 141 ngày d Chế độ gió:
- Hướng gió chủ yếu về mùa hè: gió Đông Nam mát và kèm theo mưa
- Hướng gió chủ yếu về mùa đông: gió Đông Bắc khô lạnh
- Tốc độ gió trung bình: 1,5 m/s÷2,5 m/s
- Tốc độ gió cao nhất: 34 m/s
4.1.1.5 Địa chất thủy văn, địa chất công trình
Theo tài liệu đánh giá địa chất của Liên Xô cũ, khu vực nghiên cứu thuộc địa chất I với cấu trúc bao gồm sét, á sét và cát trầm tích Nguồn nước ngầm trong khu vực này có độ sâu dao động từ 0,5 đến 10,0 mét.
4.1.2 Quy hoạch kiến trúc và quy hoạch sử dụng đất
+ Tổng diện tích khoảng: 76 ha
+ Đất ở: 41,8 ha chiếm tỷ lệ 55%, trong đó: Đất bố trí nhà vườn, nhà thấp tầng chiếm: 55% diện tích đất ở, đất cao tầng chiếm: 45%
+ Đất nhà trẻ mẫu giáo: 6,08 ha chiếm 8% tổng diện tích đất
+ Đất trường Tiểu học và trường THCS: 9,12 ha chiếm 12% tổng diện tích đất
+ Đất cây xanh: 7.600 m 2 chiếm 1% tổng diện tích đất
+ Đất công cộng: 167.200 ha chiếm 18% tổng diện tích đất
+ Dân cư dự kiến: khoảng 7.500 người
Hình 4.1: Phối cảnh khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm
Nguồn: Công ty phát triển nhà và đô thị Việt Nam
4.1.3 Quy mô công suất nước thải, thành phần và tính chất nước thải
Tính toán qui mô công suất nước thải
Khu Đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm – Thành phố Hà Nội với số dân dự kiến vào khoảng 7.500 người
- Tiêu chuẩn thoát nước trung bình: qtb= 160 l/người.ngày đêm
- Tiêu chuẩn thoát nước trong ngày dùng nước lớn nhất: qmax = 200 l/người.ngày đêm
Khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm chủ yếu là khu dân cư sinh sống và trường học, trường mẫu giáo
Nồng độ bẩn của nước thải như sau:
- Hàm lượng chất lơ lửng: Cll = 286,0 mg/l
* Xác định các thông số tính toán
1 Lưu lượng nước thải sinh hoạt:
- Lưu lượng trung bình ngày đêm của nước thải sinh hoạt ( Q tb sh ngd )được tính theo công thức sau:
Q tb sh ngd q tb = 1200 m 3 /ngđ
Trong đó: qtb – Tiêu chuẩn thoát nước trung bình, qtb0 l/ng.ngđ
N – Dân số của khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm, N
- Lưu lượng trung bình giờ ( Q tb sh h ):
- Lưu lượng trung bình giây ( Q tb sh s ):
- Lưu lượng lớn nhất ngày đêm ( Q max sh ngd ):
Trong đó: qmax – Tiêu chuẩn thoát nước ngày dùng nước lớn nhất, qmax 0 l/ng.ngđ
- Lưu lượng lớn nhất giờ ( Q max sh h ): ch sh h tb sh h Q xK
Trong đó: Kch - Hệ số không điều hoà chung của nước thải lấy theo TCVN 7957-2008
- Lưu lượng lớn nhất giây ( Q max sh s ): ch sh s tb sh s Q xK
Bảng 4.1 Tiêu chuẩn xây dựng TCVN 7957-2008
Nguồn: Tiêu chuẩn xây dựng TCVN 7957-2008
Bảng 4.2 Phân bố lưu lượng nước thải của khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm
Nguồn: Từ tài liệu xử lý nước thải đô thị & công nghiệp, GS,TS Lâm Minh Triết, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2004
+ Lượng nước thải lớn nhất giờ: Qmax.h = 73,5 m 3 /h
+ Lưu lượng nước thải lớn nhất giây: Qmax.s= 20,42 l/s
+ Lượng nước thải nhỏ nhất giờ: Qmin.h = 22,2 m 3 /h
+ Lưu lượng nước thải nhỏ nhất giây: 6 , 17
Đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho khu đô thị mới Tây Nam hồ Linh Đàm
4.2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ
Dựa trên nhiệm vụ thiết kế và các số liệu khảo sát, nước thải từ "khu đô thị mới Tây Nam Hồ Linh Đàm" sẽ được xử lý đạt tiêu chuẩn loại B theo quy chuẩn QCVN 14 -2008 trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Hai phương án công nghệ xử lý nước thải có thể được lựa chọn để đảm bảo hiệu quả và tuân thủ các quy định môi trường.
Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT
T Thông số Đơn vị Giá trị C
2 Mùi - Không khó chịu Không khó chịu
4 Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100
5 Tổng chất rắn hòa tan mg/l 500 1000
8 Nitorat (NO - 3) (tính theo N) mg/l 30 50
9 Dầu động thực vật mg/l 10 20
Cột A xác định giá trị C cho các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi xả vào nguồn tiếp nhận, nhằm đảm bảo nguồn nước này đạt tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt, tương ứng với chất lượng nước quy định tại cột A1 và A2 của Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước mặt.
Cột B quy định giá trị C cho các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận, những nguồn nước này không được sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Phương án 1: Bể lọc sinh học nhỏ giọt Đường nước : Đường cặn, cát, bùn : Đường clorua vôi :
Hình 4.2: Sơ đồ công nghệ sử dụng bể lọc sinh học nhỏ giọt
Song chắn rác; 1 Ngăn tiếp nhận; 2 Bể lắng cát, 3 Bể lắng hai vỏ; 4
Bể lọc sinh học nhỏ giọt; 5 Bể lắng II; 6 Bể tiếp xúc khử trùng; 7 bể nén bùn;8 máy ép bùn cặn bằng băng tải; 1a, 1b Thùng chứa rác và cát
Nước tuần hoàn khi BOD cao
Nước tách từ máy ép bùn
Phương án 2: Mương oxy hóa Đường nước : Đường cặn, cát, bùn : Đường clorua vôi :
Hình 4.3: Sơ đồ công nghệ sử dụng mương oxy hóa
Hệ thống xử lý nước thải bao gồm các thành phần quan trọng như: song chắn rác để ngăn chặn rác thải, ngăn tiếp nhận để tiếp nhận nước thải, bơm nước thải để vận chuyển nước, mương oxy hóa cải tiến nhằm tăng cường quá trình xử lý, bể lắng II để lắng đọng chất rắn, bể tiếp xúc khử trùng để tiêu diệt vi khuẩn, bể nén bùn để giảm thể tích bùn, và máy ép bùn băng tải để xử lý bùn hiệu quả Ngoài ra, thùng chứa rác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thu gom rác thải.
Nước tách từ bể nén bùn
Phương án 1: Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước (Bể Bioten) Đường nước : Đường cặn, cát, bùn : Đường clorua vôi :
Hình 4.4: Sơ đồ công nghệ sử dụng bể lọc bioten
Hệ thống xử lý nước thải bao gồm các thành phần chính như: song chắn rác, ngăn tiếp nhận, bể lắng cát, bể lắng I, bể lọc bioten, bể lắng II, bể tiếp xúc khử trùng, bể nén bùn và máy ép bùn cặn bằng băng tải Ngoài ra, thùng chứa rác và cát cũng là một phần quan trọng trong quy trình này.
Nước tuần hoàn khi BOD cao
Nước tách từ máy ép bùn
Sơ đồ công nghệ của phương án 1 của hệ thống xử lý được giới thiệu ở hình 4.2 Công trình đơn vị của phương án 1 gồm có:
+ Xử lý cơ học: Song chắn rác (SCR), Ngăn tiếp nhận (1), Bể lắng cát (2), Bể đợt I
+ Xử lý sinh học: Bể lọc sinh học nhỏ giọt (4), Bể lắng đợt II (5)
+ Xử lý cặn: Bể nén bùn (7), Máy ép bùn (8)
+ Khử trùng: Bể tiếp xúc (6), Thùng pha clorua vôi và thiết bị định lượng
Các công trình phụ trợ trong hệ thống hoạt động bao gồm: Nhà điều hành, Trạm bơm, Trạm cấp khí nén, Trạm hóa chất khử trùng và Công trình xả nước thải ra nguồn tiếp nhận.
Tính toán mương dẫn nước thải:
Mương dẫn nước thải từ ngăn tiếp nhận đến song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật Để tính toán thuỷ lực của mương dẫn, cần xác định độ dốc i, vận tốc v (m/s) và độ đầy h (m) dựa vào bảng tính toán thuỷ lực Kết quả tính toán thuỷ lực của mương dẫn được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.3:Kết quả tính toán thuỷ lực mương dẫn nước thải sau ngăn tiếp nhận
Thông số thuỷ lực Lưu lượng tính toán, L/s
Q tb = 13,89 Q max = 20,42 Q min = 6,17 Độ dốc i 0,0008 0,0008 0,0008
Tính toán song chắn rác
Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn ứng với Q max : h 1 = h max = 0,11 m
Số khe hở của song chắn rác được tính theo công thức:
K h b v n Q = 15,2 khe, chọn n = 16 khe n = 16 khe, chọn n = 15 thanh Trong đó:
+ Q max = Lưu lượng lớn nhất của nước thải, Q max = 20,42x10 -3 (m 3 /s)
+ v = Tốc độ nước chảy qua SCR từ v = 0,8 ÷ 1 m/s, chọn v = 0.8 (m/s)
+ b = Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 ÷ 25 mm, chọn b = 16 mm = 0.016 (m)
+ k = Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cào rác của SCR cơ giới, k = 1.05
Chiều rộng của song chắn rác:
Chọn chiều rộng của đặt song chắn rác B s = 0,4m)
Với s = Là chiều dày của mỗi thanh song chắn , s = 0.008 (m) b = Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 ÷ 25 mm, chọn b = 16 mm = 0.016 (m) n = Số khe hở n = 16 (khe)
Chiều dài phần mở rộng trước SCR:
+ B s = Chiều rộng của song chắn rác, B s = 0,4 (m)
+ = Góc nghiêng chỗ mở rộng , chọn = 20
Chiều dài phần mở rộng sau SCR:
Chiều dài của mương để lắp đặt SCR:
Trong đó : L s = Chiều dài phần mương đặt SCR, L s =1,5 (m)
Rác sau khi nghiền nhỏ được chuyển đến song chắn rác Nếu lượng rác ít, có thể không cần sử dụng máy nghiền, và rác sẽ được thu gom bằng tay vào thùng chứa có nắp đậy Thùng chứa này được đặt gần song chắn rác để thuận tiện cho việc thu gom.
Hàm lượng chất bẩn còn lại sau khi ra khỏi song chắn rác như sau:
- Hàm lượng chất lơ lửng giảm 4%, còn lại:
- Hàm lượng BOD 20 giảm 5%, còn lại:
Bảng 4.4: Tóm tắt các thông số thiết kế song chắn rác
STT Tên thông số Đơn vị Số lượng
1 Số thanh song chắn Thanh 15
Dựa vào lưu lượng tính toán đã được xác định: Q sh max.h = 58 m 3 /h, chọn một ngăn tiếp nhận với các thông số như sau:
Bảng 4.5: kích thước của ngăn tiếp nhận nước thải
Q(m3/h) Đường kính ống áp lực, d (mm) Kích thước của ngăn tiếp nhận
2800 ÷ 4200 1000 800 3000 2500 2300 1800 800 1000 900 Đường kính áp lực từ trạm bơm đến ngăn tiếp nhận: 2 ống với đường kính mỗi ống d = 150 mm
Kích thước của ngăn tiếp nhận như sau: A = 1500 mm; B = 1000 mm;
H00mm; H 1 = 1000mm; h = 400 mm; h 1 = 400 mm; b = 250 mm
Chiều dày thành ngăn tiếp nhận xây bằng BTCT, δ =0,2 m
Bảng 4.6: Tóm tắt các thông số thiết kế ngăn tiếp nhận
STT Tên thông số Đơn vị Số lượng
Chiều dài của bể lắng cát ngang được xác định theo công thức:
Trong đó: K – Hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng cát và độ thô thủy lực của hạt cát U 0 , ứng với U 0 $,2mm/s K =1,3; U 0 ,7 K=1,7;
H – Độ sâu tính toán của bể lắng cát, H = 0,25÷1m (điều 8,3,4,1 – TCVN 7957 - 2008) chọn H = 0,25m; v max – Tốc độ lớn nhất của nước thải trong bể lắng cát ngang, v max =0,3m/s
U 0 - Độ thô thủy lực của hạt cát, U 0 ,7÷24,2 mm/s ứng với đường kính của hạt cát d = 0,15÷0,25m, Chọn U 0 $,2 mm/s
Chiều rộng của bể lắng cát ngang được tính theo công thức:
Trong đó: Q max s - lưu lượng lớn nhất giây, Q max s = 20,42 l/s = 0,02042 m 3 /s
Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát ngang được tính theo công thức:
Trong đó: P – Lượng cát lắng được trong bể lắng cát, P=0,02 l/ng.ngđ (điều 8.3.5 – TCVN 7957 - 2008)
N – Số dân tính toán, Nu00 người t – Chu kỳ xả cát, t = 2 ngày đêm
Vậy kích thước của bể lắng được chọn như sau: L x B x H: 4,0 x 0,3 x 0,25
Bể xây bằng BTCT có chiều dầy 0,2 m
Hiệu quả xử lý nước thải theo chất lơ lửng và BOD 20 sau bể lắng cát có thể sơ bộ tính toán như sau:
- Hàm lượng chất lơ lửng giảm 4% còn lại:
- Hàm lượng BOD 20 giảm 5% còn:
Bảng 4.7 Thông số thiết kế BLC ngang
Thông số thiết kế Đơn vị Khối lượng
Nước thải sau khi được xử lý qua bể lắng cát sẽ được chuyển đến bể lắng đợt 1 Tại đây, nhiệm vụ chính của bể lắng đợt 1 là loại bỏ các tạp chất phân tán nhỏ, hay còn gọi là chất lơ lửng, bằng cách lắng chúng xuống đáy bể hoặc để chúng nổi lên trên bề mặt nước.
Tính toán bể lăng đứng gồm các nội dung sau:
Diện tich tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức:
Trong đó: Q max = Lưu lượng tính toán lớn nhất, Q max = 0,02042 m 3 / s
V tt = Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30 mm/s hay 0,03 m/s, Điều 8.5.11 – TCVN 7957 - 2008 Chọn đường kính ống trung tâm D = 700 mm
Thể tích tổng cộng của bể:
Trong đó: Q max.h = Lưu lượng tính toán lớn nhất, Q max.h = 73,5 m 3 /h t - Thời gian lưu nước, chọn t =3,3h
Hiệu quả xử lý nước thải sau khi qua bể lắng sơ bộ được tính như sau:
Bảng 4.8: Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng đứng
STT Tên thông số Đơn vị Số lượng
5 Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Sau khi nước thải được lắng ở bể lắng đợt I, nó sẽ được chuyển đến bể lọc sinh học nhỏ giọt để thực hiện quá trình xử lý sinh học hoàn toàn Kết quả, chỉ số BOD 20 sau khi ra khỏi bể lọc sinh học nhỏ giọt giảm còn khoảng 15 ÷ 20 mg/l.
Nội dung tính toán bể lọc sinh học nhỏ giọt gồm:
- Tính toán kích thước bể
- Tính toán hệ thống phun (vòi tưới)
Tính toán kích thước bể:
Bể lọc sinh học nhỏ giọt được thiết kế dựa trên khả năng oxy hóa DO của lớp vật liệu lọc, với DO là lượng oxy có thể thu được từ 1m³ vật liệu lọc trong 24 giờ Thể tích của bể lọc này được xác định theo một công thức cụ thể.
L a = BOD 20 của nước thải dẫn vào bể lọc sinh học nhỏ giọt, l a = 165 mg/l
L t = BOD 20 của nước thải sau xử lý, l t = 15 mg/l(g/m 3 )
Q tb = lưu lượng trung bình ngày đêm của nước thải Q tb = 1200 (m 3 /ngđ)
DO = năng lực oxy hóa của bể lọc sinh học ( tính bằng gam oxy trong ngày đêm) trên 1m 3 lớp vật liệu lọc, lấy theo bảng 5.1: DO = 550 (gO 2 m 3 ngđ)
Bảng 4.9: Năng lực oxy hóa DO thay đổi theo điều kiện nhiệt độ
Nhiệt độ trung bình năm của không khí
DO ứng với nhiệt độ của nước thải về mùa lạnh (gO 2 m 3 ngđ)
600 Diện tích hữu ích của bể lọc sinh học nhỏ giọt được tính theo công thức:
H 1 = Chiều cao của lớp vật liêu lọc, H = 1,5 ÷ 2 m, chọn H 1 = 1,5 (m) n = Số ngăn của bể lọc sinh học, chọn n = 2
Chiều cao tổng cộng của bể lọc sinh học nhỏ giọt:
Khoảng cách từ bề mặt vật liệu lọc đến mép trên cùng của thành bể là h2 = 0,5 m (theo Điều 8.13.2 – TCVN 7957 - 2008) Khoảng cách giữa hai đáy của bể lọc sinh học được quy định trong khoảng h3 = 0,5 ÷ 1 m, và thường chọn h3 = 0,6 m Đối với bể lọc sinh học nhỏ giọt, việc phân phối đều nước trên bề mặt lớp vật liệu lọc là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của bể lọc Trong thực tế, để đạt được sự phân phối đều nước thải, thường áp dụng các phương pháp cụ thể.
+ Hệ thống máng răng cưa phân phối nước
Trong thiết kế này, chọn hệ thống vòi phun để tính toán thiết kế
Ngoài cách tính trên bể lọc sinh học cần lựa chọn thêm các thông số sau:
Đáy bể lọc sinh học được thiết kế với hệ thống thoát nước, giúp dẫn nước thải đã qua xử lý đến bể lắng II Hệ thống này được xây dựng từ bê tông cốt thép có lỗ, đặt trên nền bê tông để đảm bảo độ bền và hiệu quả trong quá trình xử lý nước.
Bể lọc sinh học được thiết kế với hệ thống thông gió tự nhiên, thông qua các cửa thông gió trên bề mặt thành bể Diện tích sàn lọc và sàn bể lấy không nhỏ hơn diện tích của bể lọc sinh học nhỏ giọt, đảm bảo hiệu quả trong quá trình lọc và xử lý nước.
Vật liệu được chọn là đá giăm với kích thước hạt 40 mm đồng nhất với lớp hạt đỡ cỡ hạt 70 mm, dày 0,2 m
Mạng lưới phân phối được thiết kế với độ dốc sạch cần thiết (i = 0,01) để đảm bảo hiệu quả hoạt động Mỗi ống nhánh đều có nút đậy ở cuối, cho phép tẩy rửa ống bằng nước sạch qua các lỗ dưới mỗi ống khi cần thiết.
Đầu vòi phun được bố trí cao hơn bề mặt lớp vật liệu lọc một khoảng 15 (cm) (TCVN 7957 - 2008)
Bảng 4.10: Tóm tắt các thông số thiết kế bể lọc sinh học nhỏ giọt
STT Tên thông số Đơn vị Số lượng
5 Chiều cao lớp vật liệu lọc m 1,5
6 Thành trên của thùng định lượng m 3,2
7 Thành dưới của thùng định lượng m 0,75
8 Chiều cao của thùng định lượng m 0,67
6 Bể lắng đứng đợt II
Bể lắng đợt II có nhiệm vụ tách bùn hoạt tính chảy từ bể lọc sinh học chảy sang bể lắng II
Tính toán bể lắng đứng gồm các nội dung sau:
Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm của bể lắng II được tính theo công thức:
Trong đó: Q max = Lưu lượng tính toán lớn nhất,