đồ án nước thải sinh hoạt

Ở Việt Nam hiện nay phần lớn nước thải sinh hoạt chưa được xử lý vàđược thải thằng ra sông, hồ,ao và các nguồn tiếp nhận.. Thành phần nước thải sinh hoạt tương đối ổn định và phụ thuộc v

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 hiện :Nguyễn Văn Vượng Lớp : Kỹ thuật Môi trường Khóa : 53

Giáo viên hướng dẫn : Ths.Vũ Ngọc Thủy

HÀ NỘI - 11/2012

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Họ và tên: Nguyễn Văn Vượng Số hiệu sinh viên: 20083572

Lớp: Kỹ thuật môi trường Khoá: 53

Viện Khoa học và Công 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

2 Các số liệu ban đầu:

- Tự chọn

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án chuyên ngành:13/9/2012

7 Ngày hoàn thành đồ án chuyên ngành:

Hà Nội, ngày tháng năm

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU

Phần 1.Thông số thiết kế và lựa chọn sơ đồ công nghệ……… 4

1 Nước thải sinh hoạt……….5

a Đặc trưng nước thải sinh hoạt……… 5

b Tác động của nước thải tới môi trường………6

c Thông số lựa chọn………7

2 Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý ……… 9

a Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Aeroten……… 9

b Xử lý nước thải sinh hoat bằng công nghệ AAO……… ………11

Phần 2.Thiết kế bể AAO……… …14

1 Thông số đi vào bể……… ……… 14

2 Tính cụm bể AAO……… … 15

a Bể aerobic……… ……… 15

b Bể anoxic……… ……… 18

c Bể anaerobic……… ……… 19

3 Tổng hợp số liệu 3 bể đã được tính toán……… ……….21

4 Tính toán cấp khí cho bể aerobic ……… …………22

5 Tính toán khuấy trộn cho anoxic và anaerobic………… ……… 25

Lời cảm ơn

Tài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người Nước trong tựnhiên bao gồm toàn bộ các đại dương, biển vịnh sông hồ, ao suối, nước ngầm, hơinước ẩm trong đất và trong khí quyển Trên trái đất nước ngọt chiếm một tỷ lệ rấtnhỏ so với nước mặn Nước ngọt cần cho mọi sự sống và phát triển, nước giúp chocác tế bào sinh vật trao đổi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tếbào mới Vì vậy, có thể nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống

Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch

vụ Sau khi sử dụng nước trở thành nước thải, bị ô nhiễm với các mức độ khácnhau Ngày nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao của công nôngnghiệp đã để lại nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trườngnước Vấn đề này đang được nhiều sự quan tâm của mọi người, mọi quốc gia trênthế giới

Ở Việt Nam hiện nay phần lớn nước thải sinh hoạt chưa được xử lý vàđược thải thằng ra sông, hồ,ao và các nguồn tiếp nhận Vì vậy, dẫn đến tình trạngcác con sông đó bị ô nhiễm bốc mùi khó chịu, làm mất cảnh quan và ảnh hưởngnghiêm trọng tới sức khoẻ của con người

Với sự ô nhiễm nước thải của nước ta hiện nay Qua những môn em đãhọc,và sự hướng dẫn nhiệt tình của cô Vũ Ngọc Thủy đã cho em những những kiến

thức và kinh nhiệm giúp em có thể hoàn thành đồ án :” Thiết kế hệ thống xử lý

nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân ” với công nghệ mới ,hiệu quả xử

lý cao làm giảm một phần nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng

Phần 1.

Thông số thiết kế và lựa chọn sơ đồ công nghệ

1 Nước thải sinh hoạt

a Đặc trưng nước thải sinh hoạt:

Nước thải sinh hoạt được sinh ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt độngthương mại, công sở, trường học và các nơi tương tự khác

Lượng phát sinh nước thải sinh hoạt rất lớn, tùy thuộc vào mức thu nhập,thói quen của dân cư và điều kiện khí hậu Đối với Việt Nam tiêu chuẩn cấp nướccho các đô thị lớn ở mức 150 – 200 l/người.ngày, vùng nông thôn ở mức 100l/người.ngày Có thể ước tính 60 – 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt trở thànhnước thải sinh hoạt tùy theo vùng và thời tiết

Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ, cácchất dinh dưỡng và các chất rắn lơ lửng

Nước thải sinh hoạt nếu không được xử lý trước khi thải ra các nguồn tiếpnhận thì sẽ gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe Nướcthải sinh hoạt chứa các chất dinh dưỡng (N, P) có thể gây hiện tượng phú dưỡng cácthủy vực nước ngọt Các nguồn tiếp nhận (sông, hồ) bị ô nhiễm tức là suy giảm cả

về chất và lượng đối với tài nguyên nước vốn đã rất hạn chế Ô nhiễm nguồn nướcđược cho là nguyên nhân gây ra các bệnh như tiêu chảy, lỵ, tả, thương hàn, viêmgan A, giun, sán

Thành phần nước thải sinh hoạt tương đối ổn định và phụ thuộc vào tiêuchuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước, điều kiện trang thiết bị vệ sinh,…Nồng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt được nêu trong bảng sau

Bảng 1 1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư.

4015250,050,2

b Tác động của nước thải tới môi trường

Nước thải sinh hoạt gây ra sự ô mhiễm môi trường do các thành phần ô nhiễm: COD, BOD : Sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gâythiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng của hệ sinh thái môitrường nước Nếu ô nhiễm quá mức điều kiện yếm khí có thể hình thành Trongquá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4,… làm chonước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường nước nơi tiếp nhận

SS : Lắng đọng ở nguồn tiếp nhận gây điều kiện yếm khí

Nhiệt độ : Nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không gây ảnh hưởng đến đờisống của thuỷ sinh vật

Vi khuẩn gây bệnh: Gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy,ngộ độc thức ăn, vàng da,…

N, P : Đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếu nồng độ trong nướcquá cao dẫn tới hiện tượng phú dưỡng hoá, đó là sự phát triển bùng phát của cácloại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và

gây chết các thuỷ sinh vật, trong khi đó ban ngày nồng độ oxy rất cao do quátrình hô hấp của tảo thải ra.

Màu : Màu đục hoặc đen, gây mất mỹ quan

Dầu mỡ : Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt

c Thông số lựa chọn :

Nếu giả sử tiêu chuẩn cấp nước ở các khu đô thị lớn ở Việt Nam là200l/người.ngày đêm và 80% trong đó thải ra ngoài môi trường

Hệ số không điều hòa là 1,5h [7]

Thì lưu lượng nước thải ra tính cho 10000 người trong 1 ngày là:

Qtb=200.10000.80%=1600000 l/ ngđêm= 1600m3/ ngđêm(Q1)

Hay Qtb_h=66,67 m3/ h (Q2)

Lưu lượng lớn nhất : Qmax_h=66,67.1,5=100m3/h (Q3)

Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ, cácchất dinh dưỡng và các chất rắn lơ lửng WHO (1993)[5] đưa ra tải trọng các chất ônhiễm tính cho một người dân để xác định nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào cho hệthống xử lý nước thải sinh hoạt như Bảng 1 3a

Bảng 1 3a Tải trọng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đô thị

Chất ô nhiễm Tải lượng (g/ người.ngày)

Bảng 1 3b Tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân Việt Nam

Chất ô nhiễm Tải trọng (g/người.ngày)

Bảng 1 3c Các thông số đầu vào và đầu ra.

Hạng mục Chất lượng nước dòng vào

( yêu cầu thiết kế ) dòng ra theo QCVNChất lượng nước

14 :2008 cột A [6]Nhiệt độ 20 – 30oC 20 – 30oC

2 Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý

Việc áp dụng các phương pháp xử lý nước thải phụ thuộc vào tính chất nước thải,hàng loạt các yếu tố khác như : kinh phí , diện phí , diện tích dành cho hệ thống xử

lý, đặc điểm địa hình , hệ thống thoát nước , mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận , … Hệ thống xử lý nước thải thường bao gồm tổng hợp các phương pháp cơ học , hóa học và sinh học

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là BOD5/ COD > 0,5 Dựa trên phươngpháp sinh học khử các chất dinh dưỡng , với một sự kết hợp của các bể như: bể kịkhí , bể hiếm khí , và bể hiếu khí Đối với nước thải sinh hoạt về văn bản là để khửNitơ ( T- N ) và Phốt pho ( T- P ) , Cacbon hữu cơ và Hydro ( BOD ), và SS Nên

để xử lý đạt hiệu quả tốt hơn thì dùng biện pháp xử lý sinh học để xử lý nước thảisinh hoạt kết hợp với phương pháp khác

a Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Aeroten

Đây là công nghệ mang tính chất truyền thống,xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí,trong đó người ta cung cấp oxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính

Tiếp nhận: hầm tiếp nhận;

Điều hòa: bể điều hòa lưu lượng;

Xử lý cơ học: song chắn rác thô thủ công,song chắn rác tinh,bể lắng cát thổikhí

Bể lắng đợt một;

Xử lý sinh học: bể aeroten, bể lắng đợt 2;

Xử lý cặn:sân phơi cát,bể nén bùn,máy ép bùn băng tải;

Khử trùng: bằng dung dịch NaOCl 10%

Thuyết minh công nghệ:

Nước thải sinh hoạt được thu gom bằng hệ thông thoát nước thải sinh hoạtcủa khu dân cư dẫn về trạm xử lý,vào bể tiếp nhận có song chắn rác thô(khe hở30mm) cào rác thủ công và hệ thống sục khí nhằm tránh khả năng lắng cặn củanước thải sau khi nước thải trong bể tiếp nhận đạt đến mức nhất định sẽ dược bơmđến song chắn rác tinh (khe hở 30mm) cào rác cơ giới trước khi đến bể lắng cát thổikhí Tại bể lắng cát thổi khí,các chất rắn vô cơ,có trọng lượng lớn sẻ bị tách ra khỏinước và được xả vào sân phơi cát sau một khoảng nhất định do điều kiện vận hành

hệ thống thực tế quyết định.sau đó nước thải được dẫn đến bể điều hòa lưu lượngvới hệ thống sục khí để chống khả năng lắng cặn tải bể,đồng thời tuần hoàn bùnhoạt tính dư để thực hiện đông tụ sinh học để tăng hiệu quả xử lý của bể lắng bậchai Nước thải được bơm từ bể điều hòa đến bể lắng đợt một Sau khi lắng nước tựchảy đến bể aeroten

Tại bể aeroten nước thải được xử lý bằng quá trình sinh học lơ lững hiếukhí Quá trình hiếu khí được duy trì bằng hệ thống phân phối khí được bố trí trongmáy thổi khí Nước sau khi ra khỏi bể aeroten được đẫn đến bể lắng đợt hai Bể lắngđợt hai có nhiệm vụ tác bùn hoạt tính và nước sau khi xử lý sinh học,sau đó tiếp tụcnước được khử trùng bằng NaOCl 10% Dung dịch NaOCl cho vào trên đường ốngdẫn nước từ bể lắng đợt hai tới bể chứa, nước tiếp tục quá trình tiếp xúc tại bể chứanước sau xử lý, nước này đạt chỉ tiêu cột A QCVN 14-2008 Nước sẻ được xả thảivào nguồn tiếp nhận khi được sự đồng ý của cơ quan quản lý môi trường nước này

có thể dùng với mục đích nông nghiệp…

Bùn hoạt tính từ bể lắng đợt hai được tuần hoàn trở lại bể aeroten và phầnkhông tuần hoàn cho ra sân phơi bùn,hoặc thực hiện quá trình đông tụ sinh học

Cặn tươi từ bể lắng đợt 1 được dẫn đến bể nén bùn bằng trọng lực để nénlàm giảm lượng nước chưa trong bùn,chưa bùn trước khi dẫn vào máy ép bùn Bùnsau khi ép có độ ẩm khoảng 70%, Rồi vận chuyển đến nơi xử lý chất thải rắn

Ưu nhược điểm

Bể Aerotank cũng là một trong những phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

Ưu điểm của bể là rất dễ xây dựng và vận hành Tuy nhiên do phải sử dụng bơm để tuần hoàn bùn ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bể nên khi vận hành tốn năng lượng

Bể Aerotank có nhiều loại như bể Aerotank truyền thống, bể Aerotank nhiều bậc, Tuy nhiên bể Aerotank truyền thống sử dụng đơn giản nhất

Yếu tố quan trọng bậc nhất của bể Aerotank là hàm lượng DO cấp vào Do vậy cũng cần phải tốn thêm năng lượng cho máy thổi khí Tiếp đến là tỷ lệ BOD:COD >0,5, BOD:N:P = 100:5:1, cũng không thể không nhắc đến nhiệt độ, pH, và hàm lượng chất độc,

Bể Aerotank được sử dụng nhiều trong các ngành có hàm lượng chất hữu cơ cao trong nước thải như bia, giấy,

Xu hướng hiện nay của ngành môi trường là xử lý bằng vi sinh vật nên bể Aerotank cũng được quan tâm và nghiên cứu Nhưng khả năng xử lý N và P còn hạn chế,nên việc áp dụng bể Aerotank trong xử lý nước thải sinh hoạt chưa đạt hiệu quả cao.

b Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO

Giới thiệu về công nghệ AAO:

Sơ đồ công nghệ AAO mô tả như Hình 2 2a

Hình 2.2a Sơ đồ công nghệ AAO

Công nghệ AAO bao gồm ba vùng liên kết với nhau: anaerobic (yếm khí),anoxic (thiếu khí) và oxic (hiếu khí) Thông thường mỗi vùng được chia làm vàingăn Hệ thống các điều kiện môi trường khác nhau như vậy cho phép xử lý đồngthời các chất hữu cơ, N và P Bùn hoạt tính được tuần hoàn về vùng anaerobic Hỗnhợp lỏng nội tuần hoàn từ cuối vùng oxic chứa NO−2¿¿

và NO−3¿¿

đến vùng anoxic đểthực hiện quá trình denitrate hóa Các thông số thiết kế của công nghệ AAO đượccho như trong Bảng 2 2a

Bảng 2.2a Các thông số thiết kế của công nghệ AAO

SRT = 5 – 25 ngày

MLSS = 3000 – 4000 mg/l

HRT của các vùng:

Anaerobic: 0,5 – 1,5 hAnoxic: 0,5 – 1 hOxic: 4 – 8 h RAS = 25 – 100% dòng nước thải đầu vào

Hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn = 100 – 400% dòng nước thải đầu vào

Tuổi thọ thiết kế > 15 năm

Nguồn:[1]

Công nghệ AAO thường sử dụng cánh khuấy chìm để khuấy trộn trong cácvùng anaerobic và anoxic Có nhiều kiểu thiết bị thổi khí được sử dụng để đáp ứng

DO ở vùng oxic

Công nghệ AAO có thể đạt được chất lượng nước đầu ra đến ≤ 1 mg/l TP và

NH4+ ¿¿

Tuy nhiên NOx – N dòng ra thường giới hạn khoảng 6 – 10 mg/l và phụthuộc vào dòng vào cũng như hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn

Sơ đồ công nghệ:

Hình 2.2b Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO

Thuyết minh công nghệ:

Phương án xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO được mô tả nhưtrên Hình 2 2b

Nước thải sinh hoạt đầu vào qua tách rác thô đi vào trạm bơm và được bơmqua bể lắng cát thổi khí, rồi tự chảy qua bể lắng sơ cấp và qua phần xử lý sinh họcbằng công nghệ AAO với 3 vùng anaerobic, anoxic và oxic liên kết nhau Phần xử

lý sinh học là công nghệ lõi có nhiệm vụ xử lý chất hữu cơ và đặc biệt là N và P.Tiếp tục nước thải sinh hoạt tự chảy qua bể lắng thứ cấp, qua khử trùng bằng clotrước khi thải ra sông

Rác thô tách được chứa tạm thời ở thùng chứa rồi chuyển đi bãi chôn lấp Cát từ bểlắng cát thổi khí chuyển đến sân phơi cát để tái sử dụng Bùn từ bể lắng sơ cấp đượcđưa đến bể lên men yếm khí, rồi tới bể chứa Bùn hoạt tính từ bể lắng thứ cấp đượctrạm bơm bùn hoạt tính bơm một phần tuần hoàn vào bể anaerobic, còn lại đượcbơm đến bể lắng trọng lực, rồi tới bể methane cho lên men yếm khí thu biogas vàgiảm lượng bùn thải Bùn ở bể methane được chứa tạm thời ở bể chứa rồi được táchnước bằng máy ép bùn băng tải Bùn khô được xe tải chuyển đi bãi chôn lấp hợp vệsinh hoặc sản xuất phân compost

Ngoài ra có rất nhiều công nghệ có thể lựa chọn để xử lý nước thải sinh hoạtcho từng trường hợp cụ thể như: SBR, MBR, AO

Trong số đó công nghệ AAO có khả năng được chấp nhận trong nhiềutrường hợp Công nghệ AAO được xem là tiên tiến so với công nghệ aeroten truyềnthống nhờ khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ, N và P, sinh ra ít bùn hơn và bùnlắng tốt, vận hành đơn giản và tiết kiệm năng lượng Hiện tại ở Việt Nam xử lýnước thải bằng công nghệ AAO đã được triển khai ở một số nơi như Trung tâm Hộinghị quốc gia, Khu đô thị Mỹ Đình 2 (Hà Nội),bệnh viện chợ Rẫy

Phần 2

Thiết kế bể AAO cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt khu

dân cư 10000 dân

1 Thông số đi vào bể

Nếu giả sử thành phần nước thải trước khi vào bể AAO chỉ thay khi đi qua

bể lắng sơ cấp,thông số thay đổi là BOD5 và SS Với hiệu suất cho bởi

Tổng kết lại thông số cần tính toán khi đưa vào bể AAO:

Thiết kế bể anoxic và anaerobic.

μ n=μ n max¿

ở đây ¿ ¿

μ n=1,052(5+0,9585 )(2+0,502 )−0,097

μ n=0,61 d−1

Thời gian lưu bùn của bể aerobic:

SRT min= 1

μ n=

10,61

P X ,bio=QY(COD i−COD e)10−3

ở đây NOx = nồng độ nitrate được tạo thành trong bể aerobic, mg/l;

fd = tỷ lệ phần trơ của tế bào

Các hằng số động học của quá trình sinh trưởng của vi khuẩn dị dưỡng ở 20oC và hệ

số hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ như Bảng 23 – 13 Do đó, ở 25oC ta có: