THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT LƯU LƯỢNG 10000 m3/ngày THEO CÔNG NGHỆ AAO

Nước thải sinh hoạt nếu không được xử lý trước khi thải ra các nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe

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 LƯU LƯỢNG 10000 m 3 /ngày THEO CÔNG NGHỆ AAO Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Long Lớp : Kỹ thuật Môi trường Khóa : 52 Giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Ngọc Tân BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường Đại học Bách khoa Hà Nội ________________ CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ______________ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH Họ và tên: Nguyễn Đức Long Số hiệu sinh viên: 20071777 Lớp: Kỹ thuật mơi trường Khố: 52 Viện Khoa học và Cơng nghệ Mơi trường Ngành: Kỹ thuật mơi trường 1.Đầu đề thiết kế: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt lưu lượng 10000 m 3 /ngày theo cơng nghệ AAO 2. Các số liệu ban đầu: Q = 10000 m 3 /ngày = 417 m 3 /h = 7 m 3 /min = 0,116 m 3 /s 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn: - Phân tích lựa chọn cơng nghệ xử lý - Tính tốn các thiết bị chính - Tính tốn các thiết bị phụ - Tính chi phí xử lý 4. Các bản vẽ và đồ thị: - Bản vẽ sơ đồ cơng nghệ đầy đủ - Bản vẽ bố trí tổng mặt bằng - Bản vẽ bố trí cao trình - Bản vẽ chi tiết thiết bị chính 5. Cán bộ hướng dẫn ThS. Trần Ngọc Tân 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án chun ngành: 28/9/2011 7. Ngày hồn thành đồ án chun ngành: Hà Nội, ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Đức Long Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Trần Ngọc Tân đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành Đồ án chuyên ngành “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt lưu lượng 10000 m 3 /ngày theo công nghệ AAO”. Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn lớp Kỹ thuật môi trường khóa 52 vì những trao đổi sôi nổi liên quan đến Đồ án chuyên ngành. Hà Nội, 12/2011 Nguyễn Đức Long Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo công nghệ AAO Mục Lục 4 Nguyễn Đức Long Chương 1. Phân tích lựa chọn công nghệ AAO xử lý nước thải sinh hoạt 1. Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt được sinh ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương 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 các nước phát triển chẳng hạn như Mỹ thì một gia đình ba người sử dụng lượng nước 400 l/người.ngày[2], còn mức sử dụng nước trùng bình của thế giới là 35 – 90 l/người.ngày[1] và ở Việt Nam tiêu chuẩn cấp nước cho các đô thị trung bình và nhỏ ở mức 75 – 80 l/người.ngày, các đô thị lớn ở mức 100 – 150 l/người.ngày, vùng nông thôn ở mức 50 l/người.ngày[3]. Có thể ước tính 60 – 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt trở thành nước thải sinh hoạt tùy theo vùng và thời tiết[1]. Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các chất rắn lơ lửng. WHO (1993)[4] đưa ra tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân để xác định nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt như Bảng 1. 1. Bảng 1. 1. Tải trọng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đô thị Chất ô nhiễm Tải lượng (g/ người.ngày) BOD 5 45 – 54 COD (1,6 – 1,9)BOD 5 TOC (0,6 – 1,0)BOD 5 TS 170 – 220 SS 70 – 145 Dầu mỡ Độ kiềm (CaCO 3 ) 10 – 30 20 – 30 Chlorides 4 – 8 TN (N) 6 – 12 Org – N 0,4TN Ammonia 0,6TN −¿ NO 3 ¿ - −¿ NO 2 ¿ (0,0 – 0,05)TN TP (P) 0,6 – 4,5 Org – P 0,3TP Inorg – P 0,7TP Tổng Coliform 10 6 – 10 9 MNP/100ml Nguồn: [4] ~ 5 ~ Nguyễn Đức Long Đối với các đô thị ở Việt Nam thì tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân có thể tham khảo theo Bảng 1. 2. Bảng 1. 2. Tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân Việt Nam Chất ô nhiễm Tải trọng (g/người.ngày) SS 60 – 65 BOD 5 30 – 35 +¿−N NH 4 ¿ 8 3−¿−P PO 4 ¿ 1,44 Chất hoạt động bề mặt 3,3 Dầu mỡ 2 – 2,5 Cl- 10 Nguồn: [6] Giá trị điển hình của nồng độ các chất ô nhiễm của nước thải sinh hoạt được cho trong Bảng 1. 3. Bảng 1. 3. Tính chất điển hình của nước thải sinh hoạt đô thị Chất ô nhiễm Đơn vị Nồng độ Loãng Vừa phải Đậm đặc BOD 5 mg/l 110 190 350 COD mg/l 250 430 800 TOC mg/l 80 140 260 TS mg/l 390 720 1230 SS mg/l 120 210 400 Dầu mỡ mg/l 50 90 100 Chlorides mg/l 30 50 90 TN mg/l 20 40 70 Org – N mg/l 8 15 25 Ammonia mg/l 12 25 45 −¿ NO 3 ¿ mg/l 0 0 0 −¿ NO 2 ¿ mg/l 0 0 0 TP mg/l 4 7 12 Org – P mg/l 1 2 4 Inorg – P mg/l 3 5 10 Tổng Coliform MNP/100ml 10 6 - 10 8 10 7 - 10 9 10 7 - 10 10 Nguồn: [1] ~ 6 ~ Nguyễn Đức Long Nước thải sinh hoạt nếu không được xử lý trước khi thải ra các nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe. Nước thải sinh hoạt chứa các chất dinh dưỡng (N, P) có thể gây hiện tượng phú dưỡng các thủy 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 nước được cho là nguyên nhân gây ra các bệnh như tiêu chảy, lỵ, tả, thương hàn, viêm gan A, giun, sán. Ở Việt Nam cấp nước sạch sinh hoạt và xử lý nước thải sinh hoạt đang là một vấn đề nan giải. Theo BTN&MTVN (2005) [3] năm 2004 lượng nước sạch sinh hoạt cấp cho đô thị là 3450000 m 3 /ngày với tỷ lệ thất thoát 35 – 50%, lượng nước sạch sinh hoạt cấp cho nông thôn mới đạt 40 – 60%, và hầu hết nước thải sinh hoạt chưa được xử lý. Cũng theo BTN&MTVN (2010) [5] thì lượng nước sạch sinh hoạt cấp ở thành phố Hồ Chí Minh là 1200000 m 3 /ngày, cùng với quy hoạch 9 nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, tuy nhiên dự kiến đến 2015 tỷ lệ nước thải sinh hoạt được xử lý cũng chỉ khoảng 50%. 2. Phân tích lựa chọn công nghệ AAO xử lý nước thải sinh hoạt Cơ sở chung lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt có thể kể ra theo 6 yếu tố sau đây [2]: - Tính chất của nước thải đầu vào; - Yêu cầu xử lý nước thải theo tiêu chuẩn môi trường; - Độ tin cậy của hệ thống; - Giới hạn thiết bị; - Tuổi thọ thiết kế; - Chi phí đầu tư và vận hành. Có rất nhiều công nghệ có thể lựa chọn để xử lý nước thải sinh hoạt cho từng trường hợp cụ thể như: aeroten truyền thống, SBR, MBR, AO, AAO,…. Trong số đó công nghệ AAO có khả năng được chấp nhận trong nhiều trường hợp. Công nghệ AAO được xem là tiên tiến so với công nghệ aeroten truyền thống nhờ khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ, N và P, sinh ra ít bùn hơn và bùn lắng tốt, vận hành đơn giản và tiết kiệm năng lượng [1]. Hiện tại ở Việt Nam xử lý nước thải bằng công nghệ AAO đã được triển khai ở một số nơi như Trung tâm Hội nghị quốc gia, Khu đô thị Mỹ Đình 2 (Hà Nội). Giới thiệu về công nghệ AAO: Sơ đồ công nghệ AAO mô tả như Hình 1. 1 ~ 7 ~ Nguyễn Đức Long Hình 1. 1. 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 vài ngăn. Hệ thống các điều kiện môi trường khác nhau như vậy cho phép xử lý đồng thời các chất hữu cơ, N và P. Bùn hoạt tính được tuần hoàn về vùng anaerobic. Hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn từ cuối vùng oxic chứa −¿ NO 2 ¿ và −¿ NO 3 ¿ đến vùng anoxic để thực hiện quá trình denitrate hóa. Các thông số thiết kế của công nghệ AAO được cho như trong Bảng 1. 3. Bảng 1. 3. 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 h Anoxic: 0,5 – 1 h Oxic: 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, 2] Công nghệ AAO thường sử dụng cánh khuấy chìm để khuấy trộn trong các vùng 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 +¿ NH 4 ¿ . Tuy nhiên NO x – N dòng ra thường giới hạn khoảng 6 – 10 mg/l và phụ thuộc vào dòng vào cũng như hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn. 3. Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO 3. 1. Xác định dữ liệu thiết kế a) Lưu lượng nước thải sinh hoạt Lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình: ~ 8 ~ Nguyễn Đức Long Q = 10.000 m 3 / ngày = 417 m 3 /h = 7 m 3 /min = 0,116 m 3 /s = 116 l/s Giả sử tiêu chuẩn cấp nước sạch sinh hoạt q c = 200 l/người.ngày và tiêu chuẩn thoát nước thải sinh hoạt bằng 80% lượng đó q t = 160 l/người.ngày. Ước tính dân số: N= Q.1000 q t = 10000.1000 160 =62500 người Lưu lượng nước thải sinh hoạt lớn nhất: Q max = QK omax ở đây K omax = hệ số không điều hòa lưu lượng lớn nhất = 1,62 (theo TCVN 7957: 2008 với Q tb = 116 l/s). Q max = 10000.1,62 = 16200 m 3 /ngày = 675 m 3 /h = 11,25 m 3 / min = 0,188 m 3 /s = 188 l/s Lưu lượng nước thải sinh hoạt nhỏ nhất: Q min = QK omin ở đây K omin = hệ số không điều hòa lưu lượng lớn nhất = 0,5924 (theo TCVN 7957: 2008 với Q = 116 l/s). Q min = 10000.0,5924 = 5924 m 3 /ngày = 246,83 m 3 /h = 4,11 m 3 / min = 0,07 m 3 /s = 68,56 l/s b) Tính chất nước thải sinh hoạt đầu vào • Hàm lượng SS của nước thải sinh hoạt đầu vào: SS i = n SS .1000 q t = 60.1000 160 =375 mg /l với n SS – tải trọng SS tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957: 2008. • BOD 5 của nước thải sinh hoạt đầu vào: BOD 5 i = n BOD 5 .1000 q t = 65.1000 160 =406,25 với n BOD5 – tải trọng BOD 5 tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957: 2008. • Nồng độ NH 4 – N của nước thải sinh hoạt đầu vào: NH 4 − N= n NH 4 −N .1000 q t = 8.1000 160 =50mg /l ~ 9 ~ Nguyễn Đức Long với n NH 4 −N – tải trọng NH 4 -N tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957: 2008. • Nồng độ TKN của nước thải sinh hoạt đầu vào: TKN= n TK N .1000 q t = 10.1000 160 =62,5mg/l với n TKN – tải trọng TKN tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo WHO (1993). • Nồng độ TP của nước thải sinh hoạt đầu vào: TP= n P .1000 q t = 2.1000 160 =12,5mg/ l với n TP – tải trọng TP tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo WHO (1993) • Độ kiềm của nước thải sinh hoạt đầu vào: Alk = n Ak l .1000 q t = 30.1000 160 =187,5 mg CaCO 3 /l với n Alk – tải trọng độ kiềm tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo WHO (1993). c) Yêu cầu nước thải sinh hoạt đầu ra Giả sử nguồn tiếp nhận nước thải sinh hoạt đầu ra là sông có mục đích sử dụng cho cấp nước sạch sinh hoạt. Khi đó nước thải sinh hoạt đầu ra cần đáp ứng cột A của QCVN 14: 2008/BTNMT. Cụ thể: pH = 5 – 9, BOD 5 ≤ 30mg/l, SS ≤ 50 mg/l, NH 4 -N ≤ 5 mg/l, PO 4 - P ≤ 6 mg/l, tổng Coliforms ≤ 3000 MNP/100ml. Dữ liệu thiết kế được tổng hợp lại như sau: Nước thải đầu vào: Q = 116 l/s; pH = 7,5 SS i = 375 mg/l; BOD 5 i = 406,25 mg/l; NH 4 -N i = 50 mg/l; TKN i = 62,5 mg/l PO 4 -P i = 12,5 mg/l; Độ kiềm = 187,5 mg CaCO 3 /l ; Tổng Coliforms = 5,5.10 6 MNP/100 ml Nhiệt độ tối thiểu = 20 o C Nước thải đầu ra: Q = 116 l/s; pH = 5 – 9 SS e ≤ 50 mg/l; BOD 5 e ≤ 30 mg/l; NH 4 -N e ≤ 5 mg/l; PO 4 -P e ≤ 6 mg/l; 3. 2. Thuyết minh phương án xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO ~ 10 ~ [...]... giảm lượng bùn thải Bùn ở bể methane được chứa tạm thời ở bể chứa rồi được tách nước bằng máy ép bùn băng tải Bùn khô được xe tải chuyển đi bãi chôn lấp hợp vệ sinh hoặc sản xuất phân compost ~ 11 ~ Nguyễn Đức Long Hình 1 2 Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO ~ 12 ~ Nguyễn Đức Long Chương 2 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo công nghệ AAO 2 1 Thiết kế. .. xử lý nước thải sinh hoạt banừg công nghệ AAO được mô tả như trên Hình 1 2 Nước thải sinh hoạt đầu vào qua tách rác thô đi vào trạm bơm và được bơm qua bể lắng cát thổi khí, rồi tự chảy qua bể lắng sơ cấp và qua phần xử lý sinh học bằng 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. .. SS của nước thải sinh hoạt ra khỏi bể lắng sơ cấp: BOD5 = 406,25(1 – 0,4133) = 238,35 mg/l SS = 375.(1 – 0,6305) = 138,56 mg/l Sau đó, nước thải sinh hoạt đã đủ điều kiện SS < 150 mg/l đi vào xử lý sinh học ở bể AAO ~ 22 ~ Nguyễn Đức Long Hình 2 4 Bể lắng sơ cấp+Bể làm thoáng sơ bộ Thiết kế vùng phân phối nước thải sinh hoạt vào: Thiết kế cửa phân phối nước thải vào tiết diện hình chữ nhật Theo Mackenzie... cửa nước ra = 2,5 m; Chiều cao cửa nước ra = 1,16/ 2,5 = 0,464 m 2 1 3 Bể diều hòa Giả thiết bể điều hòa chỉ điều hòa về lưu lượng Vì không có biểu đồ dao động nước thải sinh hoạt theo giờ trong ngày nên chọn thời gian lưu nước thải sinh hoạt trong bể điều hòa = 3 h Thể tích bể điều hòa: 3 ¿417.3=1251m Thể tích bể điều hòa thực tế lấy dư 20% thể tích bể lý thuyết [1,2]: 3 ¿1251.1,20=1501m Chọn thiết kế. .. phân phối nước vào 0,6 m, thấp dưới mực nước trong bể lắng sơ cấp 0,5 m để bọt có thể nổi lên trên bề mặt và có chiều cao 1,5 m (=0,5H) Thiết kế máng thu nước thải ra: Chọn tải trọng máng thu nước thải ra ở lưu lượng nước thải lớn nhất q max = 400 m / m chiều dài.d 3 Chiều dài máng thu nước thải ra của mỗi bể lắng sơ cấp: Q 16200 ¿ max = qmax 2.400 ¿20,25m Như vậy ta thiết kế máng thu nước thải ra như... Mackenzie L David (2010) vận tốc nước thải qua cửa phân phối nước thải vào bể lắng sơ cấp v = 0,0075 – 0,150 m/s, ta chọn v = 0,08 m/s để thiết kế Tiết diện cửa phân phối nước thải vào của mỗi bể lắng sơ cấp: Q 0,116 ¿ = =0,725m2 v 2.0,08 Chọn chiều dài cửa phân phối nước thải vào = 3 m Chiều cao cửa phân phối nước thải vào = 0,725/3 = 0,242 m Để ổn định dòng nước thải sinh hoạt vào dùng vách ngăn đục lỗ... = 375(1 – 0,4803) = 195 mg/l BOD5 và SS của nước thải sinh hoạt sau khi ra khỏi bể lắng sơ cấp ở lưu lượng trung bình: BOD5 = 406,25(1 – 0,3333) = 270,85 mg/l SS = 375(1 – 0,5505) = 168,56 mg/l ~ 21 ~ Nguyễn Đức Long Như kết quả tính toán cho thấy SS của nước thải sau bể lắng sơ cấp > 150 mg/l chưa thích hợp đưa vào xử lý sinh học ở bể AAO, nên cần thiết kế giải pháp tăng cường hiệu quả của bể lắng... thu nước ra Bể lắng sơ cấp có hố thu bùn sơ cấp được thiết kế ở đầu nước thải vào, độ dốc 60 , chiều rộng < 0,6 m, có đặt bơm hút bùn sơ cấp o Độ dốc sàn bể bắng sơ cấp = 1%, có cơ cấu cào bùn sơ cấp quay với tốc độ 0,3 – 1,2 m/phút Bể lắng sơ cấp cũng có cơ cấu vớt váng, bọt đặt ở phía nước thải ra 2 1 5 Cụm bể AAO Theo [1, 2]trình tự thiết kế cụm bể AAO bắt đầu từ thiết kế bể aerobic và xác định lượng. .. AOTR=2156,27kg/d=89, 4kg/h Đối với hệ thống đĩa sục khí cho bọt khí nhỏ, mịn có thể chọn công suất hòa tan oxy vào nước thải tính theo g O2/m3 không khí, ở độ sâu ngập nước d = 1 m theo Trịnh Xuân Lai (2007) 3 wO =7gO2/m air.m 2 Công suất hòa tan oxy vào nước thải của hệ thống đĩa sục khí tính theo g O2/m air ở độ sâu D = 4,5 m: 3 3 WO=wO.D=7.4,5=31,5gO2/m air 2 2 Lượng không khí cần cấp cho bể aerobic:... 477:12,5 = 38,16:1 Theo đồ thị Randall để đáp ứng nồng độ PO4 dòng ra ≤ 6 mg/l thì tỷ lệ TCOD: TP 20 Như vậy hệ nước thải dư chất hữu cơ cần thiết cho quá trình xử lý sinh học P Tỷ lệ TCOD:TP =38,16:1 < 40:1 cho nên trong khi vận hành hệ thống AAO có thể cần thiết bổ sung VFAs vào bể anaerobic (phương án lên men sơ bộ) hay áp dụng kết tủa hóa học P ~ 31 ~ Nguyễn Đức Long Hình 2 6 Quan hệ TCOD:TP dòng . thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO 3. 1. Xác định dữ liệu thiết kế a) Lưu lượng nước thải sinh hoạt Lưu lượng nước thải sinh. chọn công nghệ AAO xử lý nước thải sinh hoạt 1. Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt được sinh ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công