Sự cần thiết của đề tài
Xử lý nước thải là một nhu cầu thiết yếu cho hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người Để đảm bảo hiệu quả, việc xử lý nước thải không chỉ cần đáp ứng yêu cầu về môi trường mà còn phải tiết kiệm chi phí đầu tư, tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành và tăng cường tự động hóa trong công nghệ.
Nhằm thúc đẩy công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, đặc biệt trong lĩnh vực xử lý nước thải, đề tài “Nghiên cứu lựa chọn các dạng thiết bị, hệ thống cấp khí nhằm tối ưu hóa công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính” tập trung vào việc đưa ra các giải pháp công nghệ tối ưu cho hệ thống cấp khí trong xử lý nước.
Việc áp dụng nghiên cứu trong đề tài sẽ giúp giảm chi phí đầu tư và đơn giản hóa quá trình vận hành, bảo dưỡng các trạm xử lý nước thải sử dụng hệ thống cấp khí Đồng thời, nó cũng cung cấp hướng dẫn cho nhà đầu tư, cán bộ thiết kế và quản lý vận hành về yêu cầu kỹ thuật trong xây dựng các công trình xử lý nước thải.
Cơ sở khoa học thực tiễn của đề tài
Phân tích lựa chọn thiết bị và hệ thống cấp khí là cần thiết để tối ưu hóa công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính Mục tiêu là xác định công nghệ xử lý nước thải phù hợp, đáp ứng yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật, đồng thời nâng cao năng lực kiểm soát vận hành hệ thống xử lý nước thải.
Lựa chọn mô hình xử lý nước thải phù hợp với đặc điểm khí hậu Việt Nam, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm không khí và thành phần nước thải, là rất quan trọng Điều này giúp xác định các thông số công nghệ và đưa ra khuyến nghị áp dụng cho việc lựa chọn thiết bị và hệ thống cấp khí, đảm bảo hiệu quả hoạt động trong điều kiện cụ thể của Việt Nam.
Việt Nam đang tích cực thúc đẩy công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đồng thời phát triển và hội nhập với thế giới Ngoài những thành tựu nổi bật trong kinh tế - xã hội và khoa học - kỹ thuật, đất nước cũng chú trọng cải thiện và nâng cao chất lượng môi trường.
Luật Bảo vệ môi trường và Luật Tài nguyên nước, cùng với Nghị quyết số 41 của Bộ Chính trị, đã tạo ra khung pháp lý cho việc triển khai các chiến lược bảo vệ môi trường Chiến lược Quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sống của người dân Hệ thống tiêu chuẩn và quy chuẩn môi trường cũng đã được thiết lập và ngày càng hoàn thiện, nhằm đảm bảo hiệu quả trong quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường.
Định hướng Quy hoạch tổng thể phát triển đô thị đến năm 2020 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết định số 10/1998/QĐ-TTg vào ngày 23-1-1998, nhằm xác định phương hướng xây dựng và phát triển các đô thị trên toàn quốc Mục tiêu là đạt khoảng 1000 đô thị vào năm 2025 Theo thống kê của Bộ Xây dựng, hiện nay cả nước đã có 755 khu đô thị và 1.250 khu công nghiệp hoạt động.
Quyết định số 1929/QĐ-TTg và 1930/QĐ-TTg ngày 20/11/2009 của Thủ tướng Chính phủ đã xác định định hướng phát triển cấp, thoát nước đô thị và khu công nghiệp (KCN) Việt Nam đến năm 2025, với tầm nhìn đến năm 2050 Ngoài ra, nhiều văn bản chiến lược khác cũng đã được phê duyệt, bao gồm Quyết định 328/2005/QĐ-TTg ngày 12 tháng 12 năm 2005 về kiểm soát ô nhiễm và Nghị Định CP số 88/2007/NĐ.
Vào ngày 28 tháng 5 năm 2007, CP đã ban hành quy định về Thoát nước Đô thị và Khu Công nghiệp, yêu cầu ngành Nước, đặc biệt là lĩnh vực Cấp Thoát nước và Kỹ thuật môi trường, phải tích cực tham gia vào việc thực hiện các tiêu chuẩn này.
Mục đích của đề tài
Nhu cầu xây dựng trạm xử lý nước thải cho đô thị và khu công nghiệp ngày càng cấp bách Hệ thống cấp khí đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Việc chọn đúng thiết bị không chỉ giúp giảm chi phí đầu tư mà còn tiết kiệm năng lượng và đơn giản hóa quá trình vận hành, bảo trì hệ thống Đây chính là tiêu chí nghiên cứu mà tác giả mong muốn đạt được.
Đối tựng và phạm vi nghiển cứu
Đối tượng: Nước thải sinh hoạt
Phạm vi: Điều kiện Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tổng hợp lý thuyết
Phương pháp phân tích thống kế
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
CÁC DẠNG THIẾT BỊ, HỆ THỐNG CẤP KHÍ TRONG CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI, SO SÁNH ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT DẠNG THIẾT BỊ TỐI ƯU
Các dạng thiết bị, hệ thống cấp khí trong công trình xử lý nước thải
Trong quá trình xử lý nước, việc làm giàu oxy cho nước là rất quan trọng Oxy có thể được cung cấp thông qua các phương pháp như sục khí nén, sử dụng thiết bị ejector, đập tràn hoặc khuấy trộn cơ khí.
2.1.1 Thiết bị làm thoáng bằng khí nén
Năng xuất hòa tan oxy vào nước thải Thiết bị làm thoáng bằng khí nén phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Kích thước bọt khí, tức kích thước lỗ phân phối
+ Cường độ khí lên một đơn vị diện tích bề mặt của thiết bị phân phối (vận tốc khí qua lỗ, qua khe, qua màng … )
+ Độ sâu ngập nước của các lỗ phân phối khí
+ Vận tốc đi lên của các bọt khí và thời gian bọt khí ở lại trong nước
+ Kích thước và hình dáng cả bể Aerotank
+ Cách bố trí các thiết bị làm thoáng trong bể
+ Diện tích tiếp xúc giữa bọt khí và nước A/V
Theo kích thước của lỗ phân phối khí chia ra làm 3 loại thiết bị phân phối như sau:
2.1.1.1 Thiết bị làm thoáng tạo ra các bọt khí nhỏ mịn a) Cấu tạo
Không khí nén được phân phối qua các lỗ rỗng của ổng, tấm hoặc đĩa làm bằng sành xốp, bọt nhựa xốp, cao su xốp
Bọt khí có thể đi qua thiết bị với đường kính từ 1-6 mm và cường độ từ 0,01 m³/s đến 0,02 m³/s trên mỗi mét vuông bề mặt rỗng Ví dụ, một đĩa xốp có đường kính 0,3 m và diện tích bề mặt khoảng 0,07 m², có cường độ khí dao động từ 0,7 m/s đến 1,4 m/s Đối với cặp ống dài 1m và đường kính D100, diện tích bề mặt từ 0,15 m² đến 0,3 m², lưu lượng khí đạt từ 1,5 l/s đến 6 l/s cho mỗi ống.
Cường độ khí cần phải lớn hơn giá trị tối thiểu để đảm bảo phân phối đều trên bề mặt thiết bị, tránh tình trạng cặn bẩn chui vào các lỗ rỗng gây tắc nghẽn Đồng thời, cường độ khí cũng phải nhỏ hơn giá trị tối đa, nếu không bọt khí sẽ có kích thước lớn, nối lại với nhau thành dây, làm giảm hiệu quả tiếp xúc giữa khí và nước Vận tốc nổi cao sẽ giảm thời gian lưu khí trong nước, dẫn đến hiệu quả truyền oxy vào nước kém.
Hình 2.1: thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn b) Bố trí thiết bị trong bể
Để tối ưu hóa việc phân phối khí trong bể, loại ống ghép hình xương cá nên được đặt sát đáy bể, giúp bọt khí lưu lại trong nước lâu hơn Dàn ống này có thể được bố trí dọc theo một bên thành bể, tạo ra dòng chuyển động xoắn ốc theo tiết diện ngang Tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu lý tưởng là 1,5:1, hoặc có thể sắp xếp theo hai thành dọc của bể với tỷ lệ chiều rộng trên chiều sâu là 3:1.
Dàn ống phân phối có thể được sắp xếp vuông góc với thành dọc của bể, với tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu không giới hạn Khoảng cách giữa các dàn xương cá nên từ 2 đến 3 lần chiều sâu của bể Đĩa có màng xốp được bố trí đều trên toàn bộ diện tích đáy bể.
Hình 2.2: Lắp đặt thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn c) Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ thống phân phối bọt khí khỏ, mịn
Chiều sâu ngập nước: Thí nghiệm cho thấy rằng năng suất hòa tan của oxy vào nước tỷ lệ thuận với chiều sâu ngập nước
Các chất không hòa tan và hàm lượng cặn lơ lửng làm giảm khả năng hòa tan oxy trong nước Bọt khí nhỏ và mịn nổi lên bề mặt nhưng không đủ mạnh để khuấy trộn hoàn toàn, đặc biệt khi nồng độ bùn nằm trong khoảng 2g/l đến 4g/l, với hệ số α thường là 0,7 Để giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn ở các đĩa và ống phân phối, không khí cần được lọc sạch bụi trước khi vào máy nén, đồng thời dầu mỡ từ máy không được lẫn vào không khí.
Để đảm bảo phân phối khí đồng đều, các ống và đĩa cần được đặt trên cùng một mặt phẳng với độ sâu giống nhau Việc thay đổi một số đĩa cũ bằng đĩa mới có thể gây ra tổn thất không đồng đều, dẫn đến sự phân phối khí không ổn định Hơn nữa, công suất hòa tan oxy của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn là yếu tố quan trọng cần xem xét.
Tính theo lượng oxy hòa tan (gam O2 cho 1m 3 không khí) độ ngập h = 1m, kết quả thực nghiệm trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị bọt khí mịn Điều kiện thực nghiệm Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình
Ou=grO2/m 3 m OE=Kg/O 2 /KW Ou=grO2/m 3 m OE=Kg/O 2 /KW Nước sạch ở điều kiện T o C
2.1.1.2 Thiết bị làm thoáng tạo ra các bọt khí kích thước trung bình a) Cấu tạo
Thiết bị bao gồm các ống khoan lỗ có đường kính từ D2 mm đến dưới D5 mm ở phía dưới đáy ống, với khả năng khoan thành 1 hoặc 2 hàng Khoảng cách giữa các tâm lỗ tối thiểu là 4 lần đường kính lỗ Mỗi ống có chiều dài từ 0,8m đến 1m và được kết nối với nhau thành dàn ống xương cá Khi thiết bị hoạt động, vận tốc khí trong ống đạt 1,5 m/s.
Vận tốc khí ra khoải lỗ Vmin = 1,5 m/s; Vmax = 2 m/s Ống có thể dung ống nhựa PVC, PE hay thép không rỉ b) Cách đặt ống
Cách đặt ống trong bể tương tự như trường hợp ống bọt khí bé c) Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ thống
Chiều sâu ngập nước của lỗ: Năng suất hòa tan oxy vào nước tỷ lệ thuận với chiều sâu ngập nước của ống phân phối.:
Hệ thống có tổn thất rất nhỏ cho nên đòi hỏi phải đặt các lỗ trên cùng một mặt phẳng ngang để đảm bảo phân phối đều
Hệ thống này hoạt động hiệu quả mà không bị tắc nghẽn và không yêu cầu trình độ quản lý cao, vì vậy rất phù hợp cho các nhà máy có quy mô vừa và nhỏ.
Hệ số giảm năng suất hòa tan oxy α, chịu ảnh hưởng của cặn và các chất hoạt động bề mặt, có giá trị nhỏ hơn khi sử dụng bọt khí nhỏ, với α = 0,8 Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị bọt khí cũng cần được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất.
Tính theo lượng oxy hòa tan (gam O2 cho 1m 3 không khí) độ ngập h = 1m, kết quả thực nghiệm trong bảng 2.2
Bảng 2.2 trình bày công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị bọt khí trung bình Dưới các điều kiện thực nghiệm, công suất hòa tan oxy được đo bằng Ou (grO2/m³.m) và hiệu suất năng lượng là OE (Kg/O2/KW) Các thông số này được xác định trong điều kiện nước sạch, với các điều kiện tối ưu và trung bình được nêu rõ.
Thiết bị INKA, được thiết kế bởi viện Thiết kế Thoát nước INDUSTRIKEMISKA A,B Thụy Điển, là hệ thống làm thoáng hiệu quả để hòa tan oxy từ không khí vào nước thải Hệ thống bao gồm dàn ống xương cá làm bằng nhựa hoặc thép không gỉ, với các lỗ khoan có đường kính từ 2,5 mm đến 4,5 mm, đặt ngập sâu 0,8m trong nước Dàn ống chiếm 1/2 chiều rộng bể, được ngăn cách bằng vách chạy dọc, với mép dưới cách đáy bể 0,8m và mép trên cách mặt nước 0,8m Nước chuyển động quanh tấm ngăn, kéo các bọt khí xuống đáy bể, từ đó tăng thời gian lưu khí và thời gian tiếp xúc giữa khí và nước, giúp nâng cao công suất hòa tan oxy.
Bảng 2.3 trình bày công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị INKA trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau Dưới điều kiện tối ưu, giá trị Ou đạt grO2/m3.m và OE là Kg/O2/KW Trong điều kiện trung bình, giá trị Ou và OE cũng được ghi nhận để so sánh hiệu suất của thiết bị Nước sạch được sử dụng làm môi trường thí nghiệm.
2.1.1.3 Thiết bị làm thoáng bọt khí lớn
Trong hệ thống phân khối bọt khí lớn lỗ phân phối có đường kính lớn hơn từ 5mm đến 20mm a) Cấu tạo
Có 3 loại thiết bị phân phối bọt khí lớn
+ Khí thoát ra khỏi lỗ đi trược tiếp nào nước
+ Khi ra khỏi lỗ dẫn theo ống đứng kéo theo lượng nước tuần hoàn Các ống đứng bố trí cách đều trên diện tích đáy bể
+ Khí thoát ra từ dàn ống khoan lỗ đặt trong 1 đứng Ống làm việc như một bơm Airlift tuần hoàn bọt và nước
+ Ejector thu khí trộn vào nước (Jet Aeraton)
Thiết bị làm thoáng kiểu Airlift do viện VNHI và VODGHEO Cộng hòa Liên Bang Nga chế tạo, sử dụng hệ thống ống khoan lỗ D20 để phân phối không khí nén Hệ thống này được lắp đặt trong côn loe 30° phía dưới ống đứng, giúp tăng hiệu quả vận chuyển khí qua lỗ.
Lỗ khoan trên đỉnh ống có tốc độ từ 10 đến 15 m/s, và mỗi ống nhánh được trang bị một lỗ D20 ở đáy để thoát cặn lắng Lượng nước bơm lên theo thiết bị Airlift sơ bộ cho thấy 1 m³ khí có thể nâng được 1,1 m³ nước Để dẫn bọt khí trở lại vào nước, nắp nón trên đỉnh ống được thiết kế với góc 60 độ so với thành ống, với viền mép ngoài của ống nằm ở độ sâu 0,05m – 0,1m dưới mực nước Thiết kế này tạo ra chuyển động xoay quanh ống, giúp tăng khả năng hòa tan khí Trên bề mặt của côn hướng dòng, các tấm hướng dòng được gắn với chiều cao từ 0,15m đến 0,2m và có mặt cong từ 30 độ đến 60 độ so với đường bán kính đi qua tâm của nón.
+ Các thiết bị hình bố trí theo khoảng cách đều nhau trong toàn diện tích bể
+ Thiết bị Airlift có thể đặt dọc theo đường tâm chia đôi chiều rộng bể Số thiết bị
+ Trong bể bằng bội số của chiều dài chia cho chiều rộng
TÍNH TOÁN ÁP DỤNG THIẾT BỊ AQUARATOR CHO TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU ĐÔ THỊ MỚI HÀM NGHI THÀNH PHỐ HÀ TĨNH60 3.1 Tổng quan về dự án
Địa điểm thực hiện dự án
Hình 3.1: Sơ đồ vị trí Khu đô thị mới Hàm Nghi
Dự án Khu đô thị mới Hàm Nghi, trước đây được biết đến là Dự án Khu đô thị Phan Đình Phùng, tọa lạc cách nút giao thông đường Phan Đình Phùng và Quốc lộ 1A khoảng 1Km về phía Tây thành phố Hà Tĩnh.
Phía Bắc của trục đường Hàm Nghi, cách chỉ giới đường đỏ 400m, giáp với khu dân cư và đất canh tác thuộc phường Thạch Linh, phường Trần Phú, thành phố Hà Tĩnh, cùng với xã Thạch Đài, huyện Thạch Hà.
Phía Nam của trục đường Hàm Nghi, nằm cách chỉ giới đường đỏ 200m, tiếp giáp với khu dân cư và đất canh tác thuộc phường Hà Huy Tập, thành phố Hà Tĩnh, cùng với xã Thạch Tân, Thạch Đài, huyện Thạch Hà.
- Phía Đông giáp khu đô thị đường bao phía Tây, khối phố 8 đường Trần Phú, khối phố 8,9 phường Hà Huy Tập thành phố Hà Tĩnh
- Phía Tây giáp tuyến tránh Quốc lộ 1A đoạn qua thành phố Hà Tĩnh.
Không gian kiến trúc, quy mô của dự án
Hình 1.1 Phối cảnh Khu đô thị mới Hàm Nghi
Dự án Khu đô thị mới Hàm Nghi, do Công ty cổ phần Đầu tư Phát triển Đô thị và Khu công nghiệp Sông Đà - Miền Trung làm chủ đầu tư, hướng tới việc xây dựng một khu đô thị hiện đại với hạ tầng đồng bộ và cảnh quan kiến trúc đa dạng Dự án này không chỉ tạo ra không gian sống thân thiện với môi trường mà còn hình thành trung tâm thương mại dịch vụ cấp thành phố, đáp ứng tiêu chí Đô thị loại I Quy hoạch của khu đô thị mới phù hợp với định hướng phát triển không gian của tỉnh Hà Tĩnh đến năm 2020 và tầm nhìn 2030.
Khu đô thị mới Hàm Nghi tọa lạc hai bên đường Hàm Nghi, thuộc thành phố Hà Tĩnh và huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh Khu vực này được quy hoạch với các thông số chính nhằm phát triển hạ tầng và tiện ích cho cư dân.
Quy mô dự án: Tổng diện tích 102,08ha
+ Đất công trình công cộng chiếm 10,3% diện tích
+ Đất giao thông chiếm 41,1% diện tích
+ Đất công viên cây xanh chiếm 10,5% diện tích
+ Dân số khu vực thiết kế hơn 10.000 người
+ Các hệ thống cấp điện, nước, thông tin liên lạc được ngầm hóa.`
3.1.3 Quy hoạch thoát nước thải và tổ chức xử lý nước thải khu đô thị Mới
Hệ thống thoát nước thải được thiết kế riêng biệt với hệ thống thoát nước mưa, đảm bảo quản lý hiệu quả Nước thải sinh hoạt được thu thập qua hệ thống cống kín trên vỉa hè, kết nối với mạng lưới thoát nước của từng tiểu khu Các tuyến cống này dẫn nước thải về các cống chính của khu vực, từ đó chuyển tiếp đến trạm bơm và được bơm về khu xử lý lưu vực 1 theo quy hoạch chung.
Theo quy hoạch chung tỉnh Hà Tĩnh, toàn bộ nước thải của dự án sẽ được xử lý tập trung Tuy nhiên, do dự án đang triển khai trước, cần xây dựng trạm xử lý nước thải với công suất 1000m3/ngày đêm để đảm bảo tiêu chuẩn môi trường Nước thải sau khi xử lý đạt loại A theo QCVN 24:2008/BTNMT sẽ được xả ra hệ thống thoát nước mưa.
+ Do trạm xử lý xây dựng tại khu dân cư nên toàn bộ công nghệ xử lý bảo đảm
+ không gây mùi ảnh hưởng đến môi trường
Để tối ưu hóa không gian, trạm tập trung CRT được lắp đặt bên trong trạm xử lý nước thải (XLNT) Nguồn điện cho trạm xử lý nước thải sẽ được cung cấp từ một trạm biến áp riêng, được xây dựng ngay trong khuôn viên của trạm XLNT.
Tính toán thiết kế công trình XLNT
Chất lượng nước thải sau xử lý phải tuân thủ QCVN 24:2008/BTNMT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt Theo đó, bảng giá trị ô nhiễm tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt cần được đảm bảo trước khi xả ra nguồn tiếp nhận (cột A).
Công trình xử lý nước thải nằm ở phía Đông Bắc, gần khu dân cư, nên cần đảm bảo mỹ quan, không gây rò rỉ hay mùi hôi, đồng thời tiết kiệm chi phí xây dựng Hạn chế cơi nới công trình hiện có nhưng vẫn phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết Với khu chuyên gia cao cấp, nhà máy cần hiện đại, đảm bảo chất lượng nước xử lý và giảm thiểu tối đa việc sử dụng lao động thủ công.
3.3.2 Công suất trạm xử lý
Dựa trên số liệu từ “Thuyết minh thiết kế thi công hạ tầng kỹ thuật dự án khu nhà ở và dịch vụ phục vụ liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn” do Công ty CP tư vấn đầu tư và thiết kế Xây dựng Việt Nam lập vào tháng 6/2009, nhu cầu thải nước của khu nhà ở và dịch vụ này đã được tính toán chi tiết theo bảng dưới đây.
Bảng 3.1: Xác định công suất trạm xử lý
STT Nội dung Đơn vị Khối lượng
I Số dân thải nước Người 3960
I.1 Dân số khu biệt thự người 870
3 Dân số khu nhà chia lô và cao tầng người 3090
II Tiêu chuẩn thải nước l/người/ngày
5 Tiêu chuẩn thải nước cho khu nhà biệt thự l/người/ngày 200
6 Tiêu chuẩn thải nước cho khu cao tầng và chia lô l/người/ngày 150
7 Nhu cầu thải nước sinh hoạt m 3 /ngày 637.5
Nhu cầu thải nước khu khu khu nhà biệt thự m 3 /ngày 174
8 Nhu cầu thải nước khu khu cao tầng và chia lô m 3 /ngày 463.5
9 Nhu cầu cấp nước công cộng và dịch vụ m 3 /ngày 63.75
Dự phòng phát triển 15% Qsh 95.63
11 Hệ số ngày dùng nước lớn nhất 1.3
12 Công suất của trạm m 3 /ngày 956
Theo bảng tính toán ở trên, công suất trạm xử lý được lấy Qngđ = 1000 m3/ngđ Công suất giờ trung bình Qtb = 41.4 (m3/h), công suất giờ max Qmax 76.4 (m3/h)
3.3.3 Chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra
3.3.3.1 Chất lượng nước thải đầu vào
Nước thải dẫn về trạm xử lý bao gồm:
- Toàn bộ nước sinh hoạt của các khu dân cư
- Nước thải từ các khu dịch vụ công cộng
Theo tiêu chuẩn thải nước của từng người trong nước thải sinh hoạt
- Hàm lượng BOD sau khi qua bể tự hoại: 30g/ngxngđ
- Hàm lượng SS trước khi qua bể tự hoại: 60mg/ngxngđ
- Hàm lượng Phốt pho : 0.8g/ngxngđ
- Hàm lượng Ni tơ: 8g/ngxngđ
- Lượng nước thải tính bằng 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt ta có lượng nước thải thực tế đến trạm trong ngày = 796.88x0.9 = 717 m 3 /ngđ
- Tải lượng BOD của nước thải đã lắng: 30x3960/717 = 134 kg/ng
- Tải lượng SS của nước thải (giảm 40% qua bể tự hoại): 0.4x60x3960/7177.4 kg/ng
- Tải lượng Phôtpho: 0.8x3960/1000 = 3.6 kg/ng
- Tải lượng Nitơ: 8*3960/1000 = 36 kg/ng
Chất lượng nước thải đầu vào của Trạm xử lý gồm các thông số như sau:
3.3.3.2 Chất lượng nước đầu ra
Theo QCVN 14:2008/BTNMT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt, quy định các giới hạn tối đa cho phép về các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi xả ra môi trường.
Như vậy chất lượng nước yêu cầu sau xử lý theo bảng sau (bảng 1 – QCVN 14:2008/BTNMT)
Bảng 3.2: Xác định chất lượng nước đầu ra
Stt Thông số Đơn vị Giá trị C
3 Tổng chất rắn lơ lửng TSS mg/l 50
4 Tổng chất rắn hòa tan mg/l 500
8 Dầu mỡ động thực vật mg/l 10
9 Tổng các chất hoạt động bề mặt mg/l 5
3.3.4 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải đề xuất
3.3.4.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ
Với quy mô xử lý nước thải lớn và yêu cầu cao về chất lượng (mức A), việc lựa chọn công nghệ SBR cải tiến, cụ thể là hệ thống Aeroten hoạt động theo mẻ kết hợp với ngăn selector, là giải pháp tối ưu cho trạm xử lý nước thải.
Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải được đề xuất như sau:
Song CR Trạm bơm Bể lắng cát Bể điều hòa và Selector
3.3.4.2 Các hạng mục công trình chính
Các hạng mục chính trong dây chuyền xử lý nước thải như sau:
3.3.5 Chi tiết các hạng mục công trình
Nước thải sau khi thu gom được đưa về trạm xử lý, nơi đi qua song chắn rác cơ giới để loại bỏ các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon và vỏ cây, nhằm bảo vệ máy bơm và các thiết bị xử lý nước thải Tiếp theo, nước thải được chuyển đến ngăn bơm và bơm vào bể lắng cát tiếp tuyến để tách các hạt cát, giúp ngăn chặn cản trở cho các công trình xử lý phía sau, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả trong quá trình xử lý nước thải.
Nước thải sau khi qua bể lắng cát sẽ được chuyển đến bể điều hòa kết hợp với ngăn Selector Bể điều hòa có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng và phân phối nước đến các bể SBR theo chương trình đã cài đặt Ngăn Selector nhận bùn tuần hoàn từ bể SBR và khuấy trộn nước thải với bùn để tăng cường hoạt động của vi khuẩn Cuối cùng, nước thải sau khi được khuấy trộn sẽ được bơm về hai bể SBR.
- Công thức tính toán lượng rác giữ lại khi qua bể lắng cát:
+ a Lượng rác tính theo đầu người/năm + N Số dân tính toán
- Các thông số kỹ thuật chính:
+ Mương đặt song chắn rác: Kích thước 2.5x0.5x0.6 (m)
+ Song chắn rác: Công suất Qpm3/h, song chắn được làm bằng Inox, bề rộng giữa 2 song b= 40mm
Song chắn rác được lắp đặt ở cuối trạm xử lý nhằm giữ lại các tạp chất thô, giúp máy bơm và thiết bị xử lý hoạt động ổn định.
- Công suất của bơm được chọn theo công suất giờ dùng nước lớn nhất: Qbv,47m3/h
- Dung tích chứa của trạm bơm không được nhỏ hơn dung tích trong 5 phút bơm hoạt động ( theo TCVN:7957-2008)
- Công thức tính toán trạm bơm W=Q*tv,47*5/60=6,37m3
Q- Lưu lượng lớn nhất (m3/giờ) T- Thời gian hoạt động bơm (tối thiểu 5 phút)
- Trạm bơm có kích thước 3x2.1x4.7 (m)
Trong hệ thống bơm nước thải, có 02 bơm với công suất Q 76,47m3/h và độ cao H = 12m, sử dụng ống đẩy có đường kính D5mm Một bơm hoạt động trong khi bơm còn lại là bơm dự phòng, hoạt động luân phiên Hệ thống bơm được điều khiển bởi van phao, tự động khởi động khi mực nước dâng cao và ngừng khi mực nước hạ thấp.
Ngăn bơm không chỉ là nơi xả kiệt cho các bể trong trạm xử lý mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc thông hơi cho các công trình phía sau.
3.3.5.3 Bể lắng cát tiếp tuyến
Nước thải được bơm từ trạm bơm đến bể lắng cát tiếp tuyến, nơi có nhiệm vụ tách các hạt cát ra khỏi nước thải Việc này giúp ngăn chặn sự cản trở trong quá trình tích tụ tại bể nén bùn, đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý nước thải.
- Bể lắng cát tiếp tuyến được tính dựa trên tải trọng bề mặt q0m3/m2.h (theo TCVN 7957-2008)
Trong đó: q: Tải trọng bề mặt (m3/m2.h) Q: Lưu lượng tính toán (m3/h) Đường kính bể:
D=(4xF/3,14) ^ 0,5=(4x0,77/3,14) ^ 0,5=0,99m, chọn 1,5m Chiều sâu phần lắng:
H1=D/2=0,75m Kích thước của bể: Bể được xây bằng bê tông cốt thép
Phần lắng cát có kích thước: DxH= 1.5x1.25(m)
Phần chứa cát có dạng hình nón có kích thước: DxdxH= 1.5x0.24x1.1(m)
- Bố trí 2 bể lắng cát tiếp tuyến trong trạm xử lí, 1 bể hoạt động, 1 bể dự phòng
Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, được hợp khối với các bể nén bùn, bể điều hòa, bể SBR
- Các thông số kỹ thuật chính
Nước thải được dẫn vào bể qua đường ống DN125, được thiết kế tiếp tuyến với đường cong của bể để tạo ra dòng chảy tiếp tuyến hiệu quả trong bể.
Cát được nén dưới đáy bể và có hệ thống sục khí để ngăn ngừa việc nén cát Việc xả cát được thực hiện định kỳ 1 lần mỗi ngày thông qua áp lực thủy tĩnh, sử dụng đường ống DN200 được bố trí dưới đáy bể.
+ Nước sau khi lắng được thu bằng hệ thống mương BxH=0.25x0.3 bố trí phía trên và đưa nước qua bể điều hòa
- Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng và chất lượng của nước thải và một phần lượng bùn tuần hoàn từ bể SBR về
- Dung tích bể được tính như sau:
+ W1 điều hòa = dung tích của 1 chu kỳ làm việc của bể SBR: 135m3
+ W2 tuần hoàn bể thường lấy bằng 15%-30% dung tích bể SBR (chọn 15%) W2= 23m3
- Trong bể SBR cũng bố trí van phao mực nước ngừng và khởi động bơm
Bố trí 4 máy khuấy trong bể giúp khuấy trộn hiệu quả giữa nước thải và bùn tuần hoàn, từ đó ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn trong bể.
- Nước sau khi qua bể điều hòa được bơm vào bể SBR nhờ hệ thống bơm gồm 2 bơm, 1 hoạt động 1 dự phòng AxBxH
- Các thông số kỹ thuật chính:
Tổng thời gian 1 mẻ xử lý = 5.8 giờ Tiếp tục chu trình mới
Hình 3.2 Chu trình xử lý nước thải theo mẻ của 1 đơn nguyênSBR
Bể SBR là hệ thống aeroten hoạt động theo mẻ, sử dụng công nghệ xử lý sinh học bùn hoạt tính Hệ thống này thực hiện 4 đợt xử lý mỗi ngày, với thời gian mỗi đợt là 5.8 giờ, và trải qua 6 giai đoạn hoạt động khác nhau.
Giai đoạn I: Nước thải được bơm vào SBR có thời gian 0.8h, đồng thời máy thổi khí hoạt động
Giai đoạn II: Ngừng bơm, máy thổi khí tiếp tục hoạt động thêm 1.7h
Giai đoạn III: Khuấy trộn không cấp khí nước thải trong thời gian 1h để chuyển hóa hoàn toàn NO3+ thành N2
Giai đoạn IV: lắng nước thải trong thời gian 1.8h
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) Luật môi trường được Quốc hội khóa XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29/11/2005
2) Nghị định số 88/2007/NĐ-CP của Chính phủ ban hành ngày 28/05/2007 về thoát nước đô thị và khu công nghiệp
3) Quyết định của Thủ tướng Chính phủ số 35/1999/QĐ-TTG ngày 05/03/1999 về việc phê duyệt Định hướng phát triển thoát nước đô thị Việt Nam đến năm
4) Bộ Xây dựng (2002), Yêu cầu chung về môi trường đối với các trạm xử lý nước thải tập trung - TCVN 7222 : 2002
5) Bộ Xây dựng (2008), Thoát nước – Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế - TCXDVN 7957 : 2008
6) Bộ Tài nguyên Môi trường (2008), Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Chất lượng nước mặt - QCVN 08 : 2008/BTNMT
7) Bộ Tài nguyên Môi trường (2008), Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Nước thải sinh hoạt - QCVN 14 : 2008/BTNMT
8) Bộ Tài nguyên Môi trường (2009), Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Nước thải công nghiệp - QCVN 24 : 2009/BTNMT
9) PGS TS Trần Đức Hạ (2005), Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho các đô thị Việt Nam, Trung tâm Kỹ thuật và Môi trường Đô thị, Hà Nội
10) PGS TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, Nhà xuất bản KH&KT,
11) PGS TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải quy mô nhỏ và vừa, Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội
12) GS TS Hoàng Văn Huệ (2001), Thoát nước – Tập 1: Mạng lưới thoát nước, Nhà xuất bản KH&KT – Hà Nội
13) GS TS Hoàng Văn Huệ (2001), Thoát nước – Tập 2: Xử lý nước thải, Nhà xuất bản KH&KT – Hà Nội
14) TS Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Nhà xuất bản Xây dựng
15) Báo cáo thiết kế hệ thống thoát nước thải dự án thoát nước và vệ sinh môi trường thành phố Hạ long và Thị xã Cẩm phả giai đoạn II
16) Báo cáo thiết kế trạm XLNT Yên Sở (Gamuda) công suất 200.000m3/ngđ
17) Báo cáo thiết kế trạm XLNT Thị xã Bắc Ninh công suất 17.500 m3/ngđ
18) Metcale & Eddy (2004), Wastwater Engineering: Treatment, desoposal and reuse : McGraw-Hill, NewYork ;
19) Small and Decentralized wastewater management ( 1988 ): McGraw-Hill, Inc;
20) Stig Morling (6-2009), SBR Techonogy-Use and potential applications for treatment of cold wastewater,
22) Sequencing Batch Reactors for Nutrification anh Nutrient removal, EPA 832R-92-002, September 1992
23) Summary report of Sequencing Batch Reactors, EPA/625/8-86/011
24) Wastewater Technology Fact Sheet Sequencing Batch Reactors, EPA/832-F-99-073, September 1999.
PHỤ LỤC
Phụ lục số 2.1 Các công thức tính toán xử lí nước thải Độ tăng sinh khối của bùn :
1+(kd)SRT+(fd).(kd)Q.Y.(So−S)
1+(k dn )SRT+ Q(nbVSS) So: COD nguồn vào (mg/l)
Q: Lưu lượng nước vào bể (m3/ngày) 𝑛𝑏𝑉𝑆𝑆: Hàm lượng chất rắn dễ bay hơi không bị phân hủy sinh học Y: Hiệu suất sử dụng chất hữu cơ COD của 1 đơn vị bùn hoạt tính
Nồng độ N-NH4 được chuyển hóa thành NOx, trong khi hệ số phân hủy nội bào của bùn hoạt tính (kd) và vi sinh vật khử Amon (kdn) đóng vai trò quan trọng trong quá trình này Các hệ số thực nghiệm như fd và 𝜇m cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của bùn hoạt tính trong quá trình dị hóa, theo nghiên cứu của Metcalf-Eddy.
Hệ số Đơn vị Giá trị Giá trị trung bình
Bảng các hệ số của bùn hoạt tính ảnh hưởng đến quá trình khử Nitơ (Metcalf-Eddy)
Hệ số Đơn vị Giá trị Giá trị trung bình
Hệ số Đơn vị Giá trị Giá trị trung bình
Nhu cầu Ôxy cần cung cấp
Phụ lục 3.1: Mặt tổng thể hệ thống thoát nước thải
Phụ lục 3.2 Bảng tính toán chi tiết công nghệ trạm xử lý nước thải