tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu thị xã 87000 dân

trình bày về tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu thị xã 87000 dân

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nông nghiệp, công nghiệp hiện đại cũng như tốc

độ đô thị hoá nhanh hiện nay dẫn tới các vấn đề môi trường ngày càng trở nên gay

gắt hơn Nhiều loại chất thải như: khí thải, nước thải và chất thải rắn, thải ra ngày

càng nhiều và là nguyên nhân gây nên ô nhiễm môi trường Chính vì vậy mà vấn đề

bảo vệ môi trường sinh thái của con đã và đang được nhiều quốc gia quan tâm

Ở nước ta, lượng nước sinh hoạt và công nghiệp thải ra nhiều mà không

được xử lý một cách thích hợp, đã làm ô nhiễm nguồn nước tự nhiên, ảnh hưởng

đến sức khỏe con người và hệ sinh thái

Vì vậy, việc đưa ra biện pháp xử lý thích hợp đối với tính chất nước thải sinh

hoạt là thiết yếu Trên cơ sở đó, tôi chọn đề tài: “ Tính toán thiết kế hệ thống xử

lý nước thải khu thị xã 87000 dân ” làm đề tài tốt nghiệp Và chọn thị xã Bà Rịa

thuộc tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu để tham khảo dây chuyền sản xuất và thành phần tính

chất nước thải để đưa ra biện pháp xử lý một cách có hiệu quả nhất và đó cũng là

mục đích chính của đề tài này

CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ

1.1 Vị trí và nhiệm vụ

Thị xã Bà Rịa là một trong những vùng kinh tế trọng điểm của tỉnh Bà Rịa

_Vũng Tàu Tổng thu nhập nội địa bình quân hằng năm của thị xã là 22,29%, chủ

yếu tập trung phát triển dịch vụ du lịch

1.1.1 Vị trí và giới hạn của thị xã

Thị xã Bà Rịa cách Tp Hồ Chí Minh 90km về phía Đông Bắc, cách Vũng Tàu

20km về phía Tây Bắc Diện tích tự nhiên 1975km2 , gồm 7 phường 3 xã

Ranh giới khu đất:

- Phía Bắc giáp huyện Châu Đức và một phần huyện Tân Thành

- Phía Nam giáp thành phố Vũng Tàu

- Phía Đông giáp huyện Long Đất

- Phía Tây giáp huyện Tân Thành

1.1.2 Ý nghĩa về kinh tế - xã hội

Cùng với xu hướng phát triển của thế giới, việc xây dựng thị xã tạo điều kiện

thuận lợi cho kinh tế của thị xã và toàn tỉnh

- Làm cho đời sống nhân dân được cao hơn

- Tạo điều kiện cho sự hình thành cơ sở hạ tầng

- Góp phần vào ngân sách địa phương & nhà nước

1.2 Điều kiện tự nhiên của khu vực

1.2.1 Địa hình

- Đây là vùng thung lũng tương đối bằng phẳng

1.2.2 Đặc điểm khí hậu

1.2.2.1 Nhiệt độ không khí

+ Nhiệt độ trung bình năm: 270C

+ Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của đại dương, sự thay đổi

nhiệt độ giữa các tháng trong năm là không lớn Số giờ nắng trong năm là

2370-2850 giờ và phân phối đều các tháng trong năm

+ Lượng mưa trung bình hằng năm thấp (khoảng 1600mm) , phân bố không đều

theo thời gian, tạo thành 2 mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5-11, chiếm 90% lượng

mưa cả năm, và 10% tổng lượng mưa tập trung vào mùa khô và các tháng còn lại

trong năm

+ Khí hậu nhìn chung mát mẻ rất thuận lợi với phát triển du lịch và các loại cây

phát triển dài ngày và phát triển một nền lâm nghiệp đa dạng

1.2.3 Địa chất thuỷ văn

Địa chất thuỷ văn khu vực có mực nước ngầm phong phú Các tính chất lí

hóa của nước ngầm không ảnh hưởng đến công trình xây dựng

1.2.4 Địa chất công trình

Qua kết quả thăm dò địa chất cho thấy khu vực có nền đất xây dựng ổn định

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Tài nguyên nước

2.1.1 Tài nguyên nước đối với cuộc sống con người

Nước tham gia vào thành phần cấu trúc của sinh quyển Chu trình vận động

nước trong khí quyển giữ vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu, đất đai và

sự phát triển trên trái đất

Nước được coi là một tài nguyên đặc biệt, vì tàng trữ một năng lượng lớn cùng

nhiều chất hòa tan có thể khai thác phục vụ cuộc sống con người Tài nguyên nước

trên trái đất khá dồi dào, ước tính khoảng 1386 triệu km3, nhưng lượng nước ngọt

thường được dùng 0,8% Là nguồn tài nguyên có thể tái sinh nên nếu biết sử dụng

khôn khéo, tài nguyên nước sẽ mãi mãi tồn tại Tuy nhiên hiện nay do phá rừng bừa

bãi làm mất nguồn nước ngầm và nước bị sử dụng lãng phí, nên nhiều nơi đã và

đang lâm vào tình trạng thiếu nước Nước sinh hoạt trung bình trên đầu người vào

khoảng 250 lít/ngày Ở các nước công nghiệp phát triển, lượng nước sủ dụng cao

gấp 6 lần mức trên

2.1.2 Nguồn nước và phân bố trong tự nhiên

Nước trên trái đất được phát sinh từ 3 nguồn: từ bên trong, từ các thiên thạch

đưa lại và từ lớp trên của khí quyển trái đất Trong quá trình phân hóa các lớp đá

của lớp vỏ giữa của trái đất, hơi nước được hình thành ở nhiệt độ cao Lúc đầu

chúng thoát ra ngoài không khí, nhưng sau đó ngưng tụ lại thành nước tràn ngập

những miền trũng trên bề mặt đất, tạo nên các đại dương mênh mông và các ao, hồ,

sông suối Theo tính toán thì khối lượng nước ở trạng thái tự do phủ trên mặt đất là

trên 1,4 tỉ km3, khối lượng này chẳng đáng là bao so với trữ lượng nước ước tính có

ở lớp vỏ giữa của trái đất là 200 tỉ km3

2.1.3 Tài nguyên nước ở Việt Nam

So với nhiều nước, Việt Nam có nguồn tài nguyên nước khá dồi dào Lượng

nước bình quân đầu người đạt tới 17.000 m3/năm Nếu hệ số bảo đảm nước trung

bình trên thế giới là 20 (tức 700 lít/người/ngày) thì con số này ở Việt Nam là 68,

cao gấp trên 3 lần Sở dĩ như vậy là do Việt Nam có lượng mưa trung bình hằng

năm cao, hệ thống sông ngòi, kênh rạch dày đặc (mật độ 0,5 ÷ 2km/km2) với chiều

dài

2.2 Hiện trạng môi trường nước lục địa

Nước lục địa bao gồm nguồn nước mặt và nước dưới đất Nước mặt phân bố chủ

yếu trong các hệ thống sông, suối, hồ, ao, kênh, rạch và các hệ thống tiêu thoát nước

trong nội thành, nội thị Nước dưới đất hay còn gọi nước ngầm là tầng nước tự

nhiên chảy ngầm trong lòng đất qua nhiều tầng đất đá, có cấu tạo địa chất khác

nhau

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm nước mặt, nước dưới đất đang ngày càng trở nên

nghiêm trọng, đặc biệt tại các lưu vực sông và các sông nhỏ, kênh rạch trong nội

thành, nội thị Nước dưới đất cũng đã có hiện tượng bị ô nhiễm và nhiễm mặn cục

bộ

- Các nguồn gây ô nhiễm nước lục địa:

+ Khai thác và sử dụng quá mức tài nguyên nước mặt, nước ngầm

+ Nước thải đô thị và công nghiệp

+ Nước thải bệnh viện

+ Nước thải từ hoạt động nông nghiệp và nước thải từ các nguồn khác tại

khu vực nông thôn, các làng nghề truyền thống…

- Diễn biến ô nhiễm các nguồn nước lục địa:

+ Nước mặt:

Theo các kết quả quan trắc cho thấy, chất lượng nước ở thượng lưu của hầu

hết các con sông chính của Việt Nam còn khá tốt, trong khi mức độ ô nhiễm ở hạ

lưu của các sông này ngày càng tăng do ảnh hưởng của các đô thị và các cơ sở công

nghiệp Với các chất ô nhiễm vượt mức cho phép trên các lưu vực sông chính như:

• Một số điểm đã có dấu hiệu bị ô nhiễm kim loại nặng, coliform, hóa chất

• Trong khu vực nội thành của các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh,

Hải Phòng, Huế, hệ thống các hồ, ao, kênh rạch và các sông nhỏ là nơi tiếp nhận và

vận chuyển nước thải của các khu công nghiệp, khu dân cư Hiện nay hệ thống này

đều ở tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng vượt quá mức tiêu chuẩn cho phép 5 ÷ 10 lần

- Ảnh hưởng từ ô nhiễm nước:

+ Tác động trực tiếp đến sức khỏe, là nguyên nhân gây các bệnh như tiêu

chảy (do virut, vi khuẩn, vi sinh vật đơn bào), lỵ trực trùng, tả, thương hàn, viêm

- Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ:

Đó là các hợp chất protein, hyđratcacbon, chất béo nguồn gốc động vật và

thực vật Đây là những chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt,

nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm Các hợp chất này chủ yếu làm suy

giảm oxy hoà tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm

chất lượng nước cấp sinh hoạt

- Các chất hữu cơ khó bị phân huỷ:

Đó là những chất có vòng thơm (hiđratcacbua của dầu khí), các chất đa vòng

ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ… trong số các chất này có nhiều

hợp chất là các chất hữu cơ tổng hợp Hầu hết chúng là các chất có độc tính đối với

sinh vật và con người, chúng tồn lưu lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật,

gây độc tích lũy, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống

- Một số hợp chất có độc tính cao trong môi trường nước:

Các chất hữu cơ có độc tính cao thường khó bị phân huỷ bởi vi sinh vật

Trong tự nhiên chúng khá bền vững, có khả năng tích luỹ và lưu giữ lâu dài trong

môi trường, gây ô nhiễm và làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái Chúng có thể gây

ngộ độc hoặc là tác nhân gây những bệnh hiểm nghèo cho động vật cũng như con

người Các chất này thường gặp là polyclorophenol (PCP), polyclorobiphenyl

(PCB), các thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…

2.3.1.2 Các chất vô cơ

Trong nước thải có một lượng khá lớn các chất vô cơ tuỳ thuộc vào nguồn nước

thải, đặc biệt trong nước thải công nghiệp còn có thể chứa các kim loại nặng có độc

tính cao như Hg, Cr…

- Các chất chứa nitơ:

Trong nước, hợp chất chứa nitơ thường tồn tại ở 3 dạng: hợp chất hữu cơ,

amoniac và dạng oxy hoá (nitrat, nitrit)

- Các hợp chất chứa photpho:

Trong nước photpho thường ở các dạng muối photphat của axit photphorit

(H2PO4-, HPO4-2, PO4-3), hợp chất photpho hữu cơ… bản thân photphat không phải

là chất gây độc, nhưng quá cao trong nước sẽ làm cho nước có hiện tượng “nở hoa”,

làm giảm chất lượng nước

- Một số kim loại nặng:

Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với người và động vật

Trong nước thải công nghiệp thường có các kim loại nặng như Hg, Cr, Pb…

+ Chì (Pb): thường tồn tại ở 2 dạng Pb+2 và Pb+4 nhưng hay gặp nhất và

có độ bền cao nhất là muối của Pb+2

Chì có độc tính với não, có khả năng tích luỹ lâu dài trong cơ thể, nhiễm độc

có thể gây chết người

+ Crom (Cr): có tính độc cao đối với người và động vật, độc nhất là Cr

VI Nồng độ cho phép của WHO đối với Cr là 0,05 mg/l trong nước uống, TCVN

quy định Cr VI trong nước sinh hoạt là 0,05 mg/l

- Một số chất vô cơ khác cần quan tâm ở trong nước:

+ Ion sunphat (SO4-2): khi ở nồng độ cao có thể gây ra bệnh đi tháo, mất

nước, nhiễm độc đối với cá, ảnh hưởng tới việc hình thành H2S trong nước…

+ Clorua (Cl-): làm nước có vị mặn, ở nồng độ cao có tác hại đối với cây

trồng…

+ Hyđrosunfua (H2S): được hình thành chủ yếu từ môi trường nước yếm

khí, có mùi trứng thối Giới hạn phát hiện về mùi và vị của H2S trong nước là 0,05 ÷

0,1 mg/l và tiêu chuẩn chung cho nước sinh hoạt là dưới ngưỡng nồng độ cảm nhận

về mùi và vị

2.3.1.3 Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải

Các sinh vật gây bệnh cho người, động vật, thực vật gồm có vi khuẩn, virut,

giun, sán… nhưng chủ yếu là vi khuẩn và virut

Các vi khuẩn samonella, shigella… thường sống rất lâu từ 40 ngày đến nhiều

tháng trong nước thải, chúng gây bệnh thương hàn, bệnh lị… cho người và động

vật Ngoài ra, trong nước thải có thể có nhiều loại virut (như virut đường ruột, virut

viêm gan A…) và các loại giun sán (như sán lá gan, sán dây…)

2.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải

Nước thải chứa nhiều tạp chất khác nhau, mục đích của quá trình xử lý nước thải

là khử các tạp chất đó sao cho sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp

nhận được theo các chỉ tiêu đã đặt ra

Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải khác nhau Thông thường quá trình

được bắt đầu bằng phương pháp cơ học, tuỳ thuộc vào đặc tính, lưu lượng nước thải

và mức độ làm sạch mà nguời ta chọn tiếp phương pháp hoá lí, hoá học, sinh học

hay tổng hợp các phương pháp này để xử lý

2.3.2.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học

Phương pháp này dùng để xử lý sơ bộ, giúp loại bỏ các tạp chất rắn kích cỡ khác

nhau có trong nước thải như: rơm cỏ, gỗ, bao bì chất dẻo, giấy, dầu mỡ nổi, cát sỏi,

các vụn gạch ngói… và các hạt lơ lửng huyền phù khó lắng Các phương pháp xử lý

cơ học thường dùng:

1 Phương pháp lọc

- Lọc qua song chắn, lưới chắn:

Mục đích của quá trình này là loại bỏ những tạp chất, vật thô và các chất lơ

lửng có kích thước lớn trong nước thải để tránh gây ra sự cố trong quá trình vận

hành xử lý nước thải Song chắn, lưới chắn hoặc lưới lọc có thể đặt cố định hay di

động, cũng có thể là tổ hợp cùng với máy nghiền nhỏ Thông dụng hơn là các song

chắn cố định

- Lọc qua vách ngăn xốp: Cách này được sử dụng để tách các tạp chất phân tán

có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng không thể loại được chúng

Phương pháp cho phép chất lỏng đi qua và giữ pha phân tán lại, quá trình có thể xảy

ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, áp suất cao trước vách ngăn

hoặc áp suất chân không sau vách ngăn

2 Phương pháp lắng

- Lắng dưới tác dụng của trọng lực:

Phương pháp này nhằm loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước Để

tiến hành quá trình người ta thường dùng các loại bể lắng khác nhau: bể lắng cát, bể

lắng cấp 1, bể lắng cấp 2 Ở bể lắng cát, dưới tác dụng của trọng lực thì cát nặng sẽ

lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ Bể lắng cấp 1 có nhiệm vụ tách

các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác Bể lắng cấp 2 có nhiệm vụ tách bùn

sinh học ra khỏi nước thải

- Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm và lực nén:

Những hạt lơ lửng còn được tách bằng quá trình lắng dưới tác dụng của lực

ly tâm trong các xyclon thuỷ lực hoặc máy ly tâm

Ngoài ra, trong nước thải sản xuất có các tạp chất nổi (dầu mỡ bôi trơn, nhựa

nhẹ…) cũng được xử lý bằng phương pháp lắng

2.3.2.2 Xử lý bằng phương pháp hoá lý và hoá học

1 Phương pháp trung hoà

Nước thải sản xuất của nhiều lĩnh vực có chứa axit hoặc kiềm Để nước thải

được xử lý tốt ở giai đoạn xử lý sinh học cần phải tiến hành trung hòa và điểu chỉnh

pH về vùng 6,6 ÷ 7,6 Trung hòa còn có mục đích làm cho một số kim loại nặng

lắng xuống và tách khỏi nước thải

Dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm

để trung hoà nước thải

Việc chọn loại hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, thứ tự cho vào nước, …

phải được thực hiện bằng thực nghiệm

2 Phương pháp oxy hoá - khử

Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như: clo ở

dạng khí và lỏng trong môi trường kiềm, vôi clorua (CaOCl2), hipoclorit, ozon,…

và các chất khử như: natri sunfua (Na2S), natri sunfit (Na2SO3), sắt sunfit

(FeSO4),… Trong phương pháp này các chất độc hại trong nước thải được chuyển

thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước bằng lắng hoặc lọc Tuy nhiên quá

trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học nên phương pháp này chỉ

được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải

có tính chất độc hại và không thể tách bằng những phương pháp khác

3 Phương pháp hấp phụ

Dùng để loại bỏ các chất bẩn hoà tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh

học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông

thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu

rất khó chịu

Các chất hấp phụ thường dùng: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen,

keo nhôm… Trong đó than hoạt tính được dùng phổ biến nhất

4 Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có

khả năng tự lắng kém nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề

mặt nước, sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước Thực

chất đây là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt

Khi tuyển nổi người ta thường thổi không khí thành bọt khí nhỏ li ti, phân

tán và bảo hòa trong nước

5 Phương pháp trao đổi ion

Thực chất đây là quá trình trong đó các ion trên bề mặt các chất rắn trao đổi

với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này

gọi là ionit, chúng hoàn toàn không tan trong nước

Phương pháp này loại ra khỏi nước nhiều ion kim loại như: Zn, Cu, Hg, Cr,

Ni… cũng như các hợp chất chứa asen, xianua, photpho và cả chất phóng xạ Ngoài

ra còn dùng phương pháp này để làm mềm nước, loại ion Ca+2 và Mg+2 ra khỏi

nước cứng

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự

nhiên hoặc tổng hợp như: zeolit, silicagen, đất sét, nhựa anionit và cationit…

2.3.2.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi

khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Quá trình hoạt động của chúng cho kết

quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô

cơ, những chất đơn giản hơn, các chất khí và nước Mức độ và thời gian phân hủy

phụ thuộc vào cấu tạo của chất hữu cơ đó, độ hoà tan trong nước và hàng loạt các

yếu tố ảnh hưởng khác

Vi sinh vật trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng

làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng

sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hòa tan

hoặc các hạt keo phân tán nhỏ Do đó trong xử lý nước thải người ta phải loại bỏ

các tạp chất phân tán thô hoặc các chất có hại đến sự hoạt động của vi sinh vật ra

khỏi nước thải ở giai đoạn xử lý sơ bộ

1 Những công trình xử lý sinh học : chia thành hai nhóm

- Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên: cánh đồng tưới, bãi

lọc, hồ sinh học, Quá trình xử lý này diễn ra chậm, chủ yếu dựa vào nguồn oxy và

vi sinh vật có trong nước và đất

- Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh học

(Biophin), bể làm thoáng sinh học (aeroten)… Quá trình xử lý này diễn ra nhanh

hơn và cường độ mạnh hơn

2 Các phương pháp sinh học

Căn cứ vào tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia thành 3 nhóm chính

sau

- Các phương pháp hiếu khí:

Các quá trình hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc trong các điều

kiện nhân tạo Quá trình xử lý bằng hiếu khí nhân tạo, người ta đã tạo ra các điều

kiện tối ưu cho quá trình oxy hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn

rất nhiều

Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí

phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hoà tan

Chất hữu cơ + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + NH3 +

Ở điều kiện hiếu khí, NH4+ cũng được sử dụng nhờ quá trình nitrat hoá của vi

sinh vật tự dưỡng để cung cấp năng lượng:

NH4+ + 2O2 vi sinh vật tự dưỡng NO3- + 2H+ + H2O + năng lượng

- Các phương pháp thiếu khí:

Các phương pháp xử lý thiếu khí thường được áp dụng để loại các chất dinh

dưỡng như nitơ, photpho, các yếu tố gây hiện tượng bùng nổ tảo trên bề mặt nước

thải

Nguyên lý của phương pháp là trong điều kiện thiếu oxy hoà tan việc khử

nitrat hóa sẽ xảy ra:

NO3- vi sinh vật NO2-

NO2- + chất hữu cơ vi sinh vật N2 + CO2 + H2O

- Các phương pháp kị khí (lên men):

Thường được sử dụng để chuyển hoá các chất hữu cơ trong phần cặn của

nước thải bằng vi sinh vật hô hấp tùy tiện hoặc vi sinh vật kị khí, trong đó ưu thế là

vi sinh vật kị khí

Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ thường xảy ra theo hai hướng chính:

+ Lên men axit: Đây là quá trình thủy phân và chuyển hoá các sản phẩm thủy

phân (như axit béo, đường ) thành các axit có phân tử lượng thấp và rượu mạch

ngắn hơn và cuối cùng thành CO2

+ Lên men mêtan: Phân hủy các chất hữu cơ thành CH4 và CO2

Một số ứng dụng của phương pháp kỵ khí: hầm biogas (xử lý phân, rác, nước

thải công nghiệp thực phẩm), hệ thống UASB

3 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

- Công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên:

+ Hồ sinh học:

Ưu điểm: diện tích nhỏ, có thể nuôi trồng thủy sản, và cung cấp nước cho

trồng trọt, chi phí thấp

Quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ trong hồ sinh học chủ yếu dựa vào các

loại vi khuẩn và rong tảo Trong số các chất hữu cơ đưa vào hồ thì các chất không

tan sẽ bị lắng xuống đáy hồ còn các chất tan sẽ được hòa loãng trong nước Ở đáy

hồ sẽ diễn ra quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ tạo thành các chất

đơn giản như: NH3, H2S, CH4… Trên vùng yếm khí, vùng yếm khí tùy tiện và hiếu

khí với khu hệ vi sinh rất phong phú gồm các giống Pseudomonas, Bacillus,

Flavobacterium,… vi sinh vật phân giải chất hữu cơ thành nhiều chất trung gian

khác nhau, sản phẩm tạo thành sau khi phân huỷ lại được rong tảo sử dụng

Căn cứ vào đặc tính tồn tại, tuần hoàn của các vi sinh vật và cơ chế xử lý mà

ta phân biệt ba loại hồ sau: hồ hiếu khí, hồ tùy nghi, hồ kỵ khí

• Hồ hiếu khí:

Chất hữu cơ trong nước thải được xử lý chủ yếu nhờ sự cộng sinh giữa tảo và

vi khuẩn hiếu khí sống ở dạng lơ lửng Oxy cung cấp cho vi khuẩn nhờ sự khuếch

tán qua bề mặt và quang hợp của tảo Chất dinh dưỡng và CO2 sinh ra trong quá

trình phân hủy chất hữu cơ được tảo sử dụng

• Hồ tuỳ nghi:

Trong hồ phân ra làm 3 vùng khác nhau:

Vùng hiếu khí: oxy cung cấp bởi không khí, và từ quá trình quang hợp của vi

sinh vật

Vùng kị khí (dưới đáy hồ) : các vi sinh vật kị khí phát triển khá mạnh và

phân hủy khá nhanh các hợp chất hữu cơ lắng xuống, sinh ra khí CH4

Vùng trung gian: giao thoa giữa vùng hiếu khí và yếm khí Sự phát triển của

các vi sinh vật trong vùng này không ổn định cả về số lượng, số loài và cả về chiều

hướng sinh học

• Hồ kị khí:

Thường áp dụng cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao và cặn lơ lửng

lớn, đồng thời có thể kết hợp phân hủy bùn lắng Ở đây các loài vi sinh vật kị khí và

tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất như nitrat, sunfat để oxy hóa chất hữu cơ tạo

thành CH4 và CO2 Hồ kị khí thường tạo ra mùi rất khó chịu

+ Bể phản ứng sinh học hiếu khí sinh học aeroten:

Quá trình hoạt động sống của quần thể vi sinh vật trong aeroten thực chất là

quá trình nuôi vi sinh vật trong các bình phản ứng hay bình lên men thu sinh khối

Sinh khối vi sinh vật trong xử lý nước thải là quần thể vi sinh vật, chủ yếu là vi

khuẩn có sẵn trong nước thải

Bể aeroten thường có dạng hình khối chữ nhật hoặc hình tròn Thường hiện

nay nguời ta dùng aeroten hình khối chữ nhật Nước thải chảy qua suốt chiều dài

của bể và được sục khí khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng

cường quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước

Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở

dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aeroten Các chất lơ lửng này là một số

chất rắn và có thể là các chất hữu cơ hòa tan Các chất này là nơi vi khuẩn bám vào

để cư trú, sinh sản và phát triển, hình thành các hạt cặn bông Các hạt này to dần và

lơ lững trong nước Các hạt bông này chính là bùn hoạt tính

Trong nước thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan, loại hợp chất dễ bị phân

hủy nhất Còn loại hợp chất khó bị phân hủy, các hợp chất chưa hòa tan, khó hòa

tan ở dạng keo có cấu trúc phức tạp, cần được vi khuẩn tiết ra enzym ngoại bào

phân hủy thành những chất đơn giản, rồi sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxy

hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là

CO2 và H2O

Quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong bể aeroten qua 3 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy Giai đoạn này bùn

hoạt tính hình thành và phát triển Hàm lượng oxy cần cho vi sinh vật sinh trưởng,

đặc biệt là ở thời gian đầu thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng

sinh khối trong thời gian này rất ít Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường

chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân Vì vậy lượng oxy tiêu thụ tăng dần

• Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy cũng ở

mức ít thay đổi Ở giai đoạn này chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất Hoạt lực

enzyme của bùn cũng đạt đến mức cực đại và kéo dài một thời gian Tốc độ tiêu thụ

oxy ở giai đoạn này thấp hơn giai đoạn đầu rất nhiều

• Giai đoạn 3: sau một thời gian khá dài tốc độ oxy hóa hầu như không thay

đổi và có chiều hướng giảm, tốc độ tiêu thụ oxy lại tăng lên Sau cùng nhu cầu oxy

lại giảm và cần kết thúc quá trình làm việc của bể aeroten Cần phải tách bùn ra

khỏi nước sau khi oxy hóa được 80 ÷ 95% BOD trong nước Nếu không nước sẽ bị

ô nhiễm do vi sinh vật tự phân

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước của bể aeroten:

• Lượng oxy hòa tan trong nước

• Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật

• Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho

bể aeroten làm việc có hiệu quả

• Các chất có độc tính trong nước thải ức chế vi sinh vật

• pH của nước thải

• Nhiệt độ

• Nồng độ các chất lơ lửng

Các loại bể aeroten: bể aeroten truyền thống, bể aeroten nhiều bậc, bể

aeroten có khuấy đảo hoàn chỉnh, bể aeroten thông khí kéo dài…

+ Bể lọc sinh học:

Nguyên tắc: dựa vào hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học để oxy hóa

các chất bẩn hữu cơ trong nước thải

Màng sinh học là tập thể các vi sinh vật hiếu khí, kị khí, tuỳ tiện Các vi

khuẩn hiếu khí được tập trung ở phần lớp ngoài của màng sinh học Ở đây chúng

phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc

Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxy hoá bởi quần thể vi sinh vật ở

màng sinh học Khi các chất hữu cơ trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng

sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm dần, cuối

cùng nó bị vỡ và cuốn theo nước lọc gọi là hiện tượng tróc màng Sau đó lớp màng

mới lại xuất hiện

Các loại bể lọc sinh học đang được dùng hiện nay: lọc sinh học có vật liệu

tiếp xúc không ngập nước, lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước, lọc

sinh học có vật liệu tiếp xúc là các hạt cố định, đĩa quay sinh học RBC

- Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí sinh học:

Là quá trình phân huỷ sinh học yếm khí các hợp chất hữu cơ chứa trong

nước thải để tạo thành khí CH4 và các sản phẩm vô cơ kể cả CO2, NH3…

+ Ưu điểm của phương pháp này:

• Nhu cầu về năng lượng không nhiều

• Ngoài vai trò xử lý nước thải và bảo vệ môi trường, quá trình còn tạo ra

nguồn năng lượng mới là khí sinh học, trong đó CH4 chiếm tỷ lệ 70 ÷ 75%

• Bùn hoạt tính dùng trong quy trình này có lượng dư thấp, có tính ổn định

khá cao, để duy trì hoạt động của bùn không đòi hỏi cung cấp nhiều chất dinh

dưỡng, bùn có thể tồn trữ trong thời gian dài

+ Hạn chế:

• Quá trình nhạy cảm với các chất độc hại, với sự thay đổi bất thường về tải

trọng của công trình, vì vậy khi sử dụng cần có sự theo dõi sát sao các yếu tố của

môi trường

• Xử lý nước thải chưa triệt để, nên bước cuối cùng là phải xử lý hiếu khí

+ Các quá trình chuyển hóa chủ yếu trong xử lý kị khí:

• Quá trình thuỷ phân: để hấp thụ được các chất hữu cơ trong nước thải, các

vi sinh vật phải tiết ra các enzym thủy phân như proteinase, lipase, cellulase… để

phân hủy các chất hữu cơ có phân tử lượng cao thành các chất đơn giản như: amino

axit, đường, rượu, các axit béo mạch dài…

• Quá trình axit hóa: các sản phẩm của quá trình thủy phân sẽ được tiếp tục

phân giải dưới tác dụng của vi sinh vật lên men axit để tạo thành axit béo dễ bay hơi

như axit axetic, axit formic, axit propionic Ngoài ra còn có một số dạng khác như

rượu, methanol, ethanol, axeton, NH3, CO2

• Quá trình axetat hóa: các axit là sản phẩm của quá tình trên lại được tiếp

tục thủy phân để tạo lượng axit axetic cao hơn Sản phẩm của quá trình phụ thuộc

vào áp suất riêng phần của H2 trong môi trường Áp suất riêng phần của H2 được

giữ < 103 atm để vi sinh vật có thể biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng:

4H2 + CO2 CH4 + 2H2O

• Quá trình mêtan hóa: đó là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy các

sản phẩm hữu cơ đơn giản của các giai đoạn trước để tạo CH4, CO2 nhờ các vi

khuẩn lên men mêtan

+ Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ kị khí:

• Nhiệt độ: t0opt = 35 ÷ 550C

• Nguyên liệu: là các loại nước thải có độ ô nhiễm cao (BOD từ 4000 ÷ 5000

mg/l), các loại cặn phân rác thải

• pH môi trường: pHopt = 6,4 ÷ 7,5 Thực tế có những biện pháp kỹ thuật cho

lên men ở độ pH = 7,5 ÷ 7,8 vẫn hiệu quả

• Các ion kim loại có ảnh hưởng rất lớn đến hệ vi sinh vật sinh mêtan

+ Các dạng công trình xử lý kị khí:

• Bể tự hoại: Là công trình xử lý nước thải loại nhỏ Công trình này thực

hiện 2 chức năng: lắng và chuyển hóa cặn lắng của nước thải bằng quá trình phân

giải kị khí

• Bể mêtan cổ điển: được ứng dụng để xử lý cặn lắng (từ bể lắng) và bùn

hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải

• Bể lọc kị khí AF: quá trình xử lý nước thải qua vật liệu lọc để vi sinh vật kị

khí bám vào và thực hiện quá trình chuyển hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ chứa

trong nước thải, đồng thời tránh được rữa trôi của màng vi sinh vật

• Bể lọc UASB với dòng chảy ngược qua bông bùn hoạt tính: ở đây các vi

sinh vật kị khí liên kết và tập hợp lại thành đám lớn dạng hạt và có vai trò chủ yếu

để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ Chúng đủ nặng để tránh hiện tượng rữa trôi ra

khỏi công trình Bể UASB có cấu tạo gồm hai ngăn: ngăn lắng và ngăn phân hủy

Bằng biện pháp thiết kế khá đặc biệt của ngăn lắng cùng với tính lắng cao của bùn

hoạt tính đã giải quyết được vấn đề lưu lại nồng độ sinh khối bùn cao trong bể và

giảm được thời gian lưu nước Ngoài ra, người ta còn phối kết hợp giữa công trình

UASB với công trình AF và nhiều công trình khác

2.3.3 Một vài thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước

2.3.3.1 Độ pH

Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải Chỉ

số này cho thấy cần thiết phải trung hoà hay không và tính lượng hoá chất cần thiết

trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn…

Sự thay đổi pH làm thay đổi các quá trình hoà tan hoặc keo tụ, làm tăng hoặc

giảm vận tốc của các phản ứng hoá sinh xảy ra trong nước

2.3.3.2 Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù (SS)

SS là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh khi lọc 1 lít

nước qua phểu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103 ÷ 105 0C tới khi trọng lượng không đổi

Đơn vị tính thường dung là mg/l

2.3.3.3 Chỉ số BOD:

BOD: là nhu cầu oxy sinh học tức là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất

hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật

Xác định BOD được dùng rộng rải trong kỹ thuật môi trường để:

- Tính gần đúng lượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ dễ phân hủy

có trong nước thải

- Làm cơ sở tính toán kích thước các công trình xử lý

- Xác định hiệu suất xử lý của một số quá trình

- Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý được phép thải vào các nguồn nước

BOD5: là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ bằng vi sinh vật

trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20°C

2.3.3.4 Chỉ số COD:

COD: là nhu cầu oxy hoá học tức là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá

toàn bộ các chất hữu cơ có trong nước thành CO2 và H2O

COD và BOD đều là các thông số định lượng chất hữu cơ có trong nước có khả

năng bị oxy hoá nhưng BOD chỉ thể hiện các chất hữu cơ có thể bị oxy hoá bằng vi

sinh vật có trong nước, còn COD cho thấy toàn bộ chất hữu cơ có trong nước bị oxy

hoá bằng tác nhân hoá học Do đó tỉ số COD : BOD luôn lớn hơn 1, tỉ số này càng

cao thì mức độ ô nhiễm của nước càng nặng

2.3.3.4 Chỉ số nitơ, photpho:

Trong xử lý nước thải, người ta cũng thường hay xác định chỉ số tổng nitơ và

tổng photpho để chọn phương án làm sạch các ion này hoặc cân đối dinh dưỡng

trong kỹ thuật bùn hoạt tính

Từ những cơ sở trên ta chọn phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng

phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Cơ sở lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

Việc lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải dựa vào :

- Tính chất , thành phần , chế độ thải của nước thải

- Đặc điểm nguồn tiếp nhận

- Mức độ cần thiết làm sạch nước thải

- Đặc điểm tự nhiên tại khu vực đó như điều kiện địa chất công trình , điều

kiện khí tượng thuỷ văn ,

- Các đặc tính, thông số kỷ thuật các thiết bị có trên thị trường và chi phí

đầu tư, bảo dưởng chúng

3.2 Nồng độ chất bẩn của nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xử lý sơ bộ trước khi xả ra vào

nguồn tiếp nhận Chất lượng nước thải sau khi xử lý sơ bộ đạt tiêu chuẩn loại A

theo TCVN 6722-1995 Ta lấy các thông số tính toán cho các công trình xử lý ở giá

trị bất lợi nhất, như sau:

- pH = 5 - 9

- Nhu cầu oxy sinh hoá của nước thải: BOD5 = 200 (mg/l)

- Hàm lượng chất lơ lửng: SS = 100 (mg/l)

3.3 Chỉ tiêu nước thải sau khi xử lý :

Bảng 3.1 Chất lượng nước thải sinh hoạt khi tiến hành thải ra môi trường

3.4 Lựa chọn quy trình công nghệ

`

Nước thải

Song chắn rác

Ngăn tiếp nhận và trạm bơm nước thải

3.5 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Nước thải từ mạng thu gom nước được đưa về trạm xử lý trung tâm bằng

đường ống tự chảy, được đưa vào hệ thống xử lý Tại đây nước thải được xử lý lần

lượt qua các công trình đơn vị như sau:

3.5.1 Ngăn tiếp nhận nước thải

Nước thải của khu dân cư được bơm từ ngăn thu nước thải trong trạm bơm

nước thải vào ngăn tiếp nhận nước thải trong trạm xử lý, theo đường ống có áp

trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp theo

Ngăn tiếp nhận nước thải sẽ được bố trí ở vị trí cao nhất để có thể từ đó

nước thải theo các mương dẫn tự chảy vào các công trình xử lý

3.5.2 Song chắn rác

Song chắn rác được sử dụng để giữ lại các chất rắn thô có kích thước lớn có

trong nước thải mà chủ yếu là rác nhằm tránh hiện tượng tắt nghẽn đường ống,

mương dẫn hay hư hỏng bơm Khi lượng rác giữ lại đã nhiều thì dùng cào để cào

rác lên rồi tập trung lại đưa đến bãi rác và hợp đồng với công nhân vệ sinh để

chuyển rác đến nơi xử lý

Song chắn rác gồm các thanh đan sắp xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước

Thanh đan có thể tiết diện tròn hay hình chữ nhật, thường là hình chữ nhật Song

chắn rác thường dễ dàng trượt lên xuống dọc theo 2 khe ở thành mương dẫn và đặt

nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc 45o hay 60o để tăng hiệu quả, tiện lợi khi

làm vệ sinh

3.5.3 Bể lắng cát

Bể lắng cát dùng để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hoà tan như: cát, sỏi,

sạn… và các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân

huỷ trong nước thải Việc tách các tạp chất này ra khỏi nước thải nhằm bảo vệ các

thiết bị máy móc khỏi bị mài mòn, giảm sự lắng đọng các vật liệu nặng trong ống,

bảo vệ bơm…

Bể có cấu tạo giống bể chứa hình chữ nhật, dọc một phía tường của bể đặt một hệ

thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 20 ÷ 80 cm Dưới dàn ống sục khí là máng

thu cát Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,2 ÷ 0,4, dốc nghiêng về phía máng thu để

cát trược theo đáy vào máng

Tại bể lắng cát không khí được đưa vào đáy bể, kết hợp với dòng nước chảy

thẳng tạo thành quỹ đạo vòng của chất lỏng và tạo dòng ngang có tốc độ không đổi

ở đáy bể Do tốc độ tổng hợp của các chuyển động đó mà các chất hữu cơ lơ lững

không lắng xuống nên trong thành phần cặn lắng chủ yếu là cát đến 90 ÷ 95% và ít

bị thối rữa Nhưng cần phải kiểm soát tốc độ thổi khí để đảm bảo tốc độ dòng chảy

đủ chậm để hạt cát lắng được, đồng thời dễ dàng tách cặn hữu cơ bám trên hạt và đủ

lớn không cho các cặn hữu cơ lắng Cát sau khi tách sẻ được chuyển đến sân phơi

cát

3.5.4 Bể lắng đứng đợt I

Nước thải sau khi qua bể lắng cát được dẫn đến bể lắng đứng đợt I Nhiệm

vụ của bể lắng đợt I là lắng các tạp chất phân tán nhỏ (chất lơ lững) dưới dạng cặn

lắng xuống đáy bể hoặc nổi lên trên mặt nước

3.5.5 Bể Aeroten

Aeroten là công trình bê tông cốt thép có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn,

thông dụng nhất hiện nay là các aeroten hình bể khối chữ nhật Tại bể aeroten nước

thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí từ dưới đáy bể lên nhằm tăng

cường lượng oxy hoà tan, tăng khả năng khuấy trộn môi trường và tăng hiệu quả

quá trình oxy hoá chất bẩn hữu cơ có trong nước thải bởi vi sinh vật

Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu nước trong bể aeroten

không đủ để giảm nhanh hàm lượng các chất bẩn hữu cơ, do đó phải hoàn lưu bùn

hoạt tính đã lắng ở bể lắng 2 vào đầu bể nhằm duy trì nồng độ đủ của vi sinh vật

3.5.6 Bể lắng đứng đợt II

Bể lắng đứng đợt II có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động tương tự như bể lắng

đứng đợt I Bể lắng đứng đợt II có nhiệm vụ chắn giữ các bông bùn hoạt tính đã qua

xử lý ở bể aeroten và các thành phần chất không hoà tan chưa được giữ lại ở bể lắng

I Bùn cặn sau khi ra khỏi bể lắng II thì một phần được tuần hoàn lại bể aeroten,

phần bùn dư sẽ đưa đến bể nén bùn, còn nước thải sẽ đưa đến bể tiếp xúc clo

3.5.7 Bể tiếp xúc clo

Bể tiếp xúc clo dùng để khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu

diệt các loại vi khuẩn gây bệnh chưa được hoặc không thể khử bỏ ở các công đoạn

xử lý trước Để thực hiện khử trùng nước thải, có thể sử dụng các biện pháp như:

clo hoá, ozon, khử trùng bằng tia hồng ngoại UV Ở đây chỉ đề cập đến phương

pháp khử trùng bằng clo vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả

chấp nhận được

Nước thải vào bể sẽ chảy theo đường dích dắc qua các ngăn để tạo điều kiện

thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo với nước thải, khi đó sẽ xảy ra phản ứng

thủy phân như sau:

Cl2 + H2O HCl + HOCl Axit hypocloric HOCl rất yếu, không bền và dễ dàng phân hủy thành HCl và

oxy nguyên tử:

HOCl HCl + O Hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- :

Dung dịch cặn loãng đi vào buồng phân phối đặt ở tâm bể, cặn lắng xuống và

được lấy ra ở đáy bể, nước được thu bằng máng vòng quanh chu vi bể đưa trở lại bể

aeroten để tiếp tục xử lý Có cấu tạo giống bể lắng đứng

3.5.9 Bể mêtan

Hiện nay, để xử lý cặn trong điều kiện kỵ khí sử dụng chủ yếu ba loại công

trình: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể mêtan tuỳ thuộc vào công suất và những điều

kiện khác để sử dụng một trong ba loại công trình này.

Trong trường hợp này, do công suất lớn, lượng cặn mỗi ngày đến vài chục

khối nên ta sử dụng bể mêtan Bể mêtan là kết quả của quá trình phát triển các công

trình xử lý cặn Đó là công trình thường có mặt bằng là hình tròn hay hình chữ nhật,

đáy hình nón hay hình chóp đa giác và có nắp đậy kín, ở trên cùng của nắp đậy làm

chóp mũ để thu hơi khí

Sự phân huỷ kỵ khí trong bể mêtan rất phức tạp, có thể phân biệt hai giai

đoạn sau:

- Giai đoạn thứ nhất, đặc trưng cho sự tạo thành một số lượng lớn các axit dấm,

béo, hydro Ngoài ra còn có các axit cacbonic, rượu, cồn…, độ pH < 7 Giai đoạn

này gọi là lên men axit, trong giai đoạn này khối lượng của cặn giảm ít và có mùi

khó chịu

- Giai đoạn thứ hai, đặc trưng cho sự phá vỡ các thành phần tạo ra ở giai đoạn thứ

nhất và tạo ra khí CO2, mêtan, H2 …, pH = 7÷ 8 vì vậy giai đoạn này được gọi là

lên men kiềm

3.5.10 Sân phơi bùn

Cặn sau khi lên men ở bể mêtan (kể cả cặn từ bể tiếp xúc) có độ ẩm cao cần

làm ráo nước trong cặn để đạt đến độ ẩm cần thiết thuận lợi cho vận chuyển và xử

lý tiếp theo Làm ráo nước có thể được thực hiện ở sân phơi bùn, thiết bị làm ráo

nước bằng cơ học hoặc bằng phương pháp nhiệt Trong phương án đang xét, chọn

sân phơi bùn để thực hiện quá trình làm ráo nước trong cặn Nhiệm vụ của sân phơi

bùn là làm giảm độ ẩm của bùn xuống còn 75 – 80%

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ

Lượng nước thải ra của khu dân cư bao gồm :

- Lượng nước thải sinh hoạt

- Nước thải công nghiệp

- Nước thải của khách sạn

+Lưu lượng nước thải sinh hoạt

Lượng nước thải trung bình ngày đêm:

1000 12615( / . )

87000 145 24 1000

đ ng m N

K: hệ số không điều hòa, k =1,5

Lưu lượng lớn nhất theo ngày đêm :

+Lưu lượng nước thải công nghiệp:

Lưu lượng trung bình giờ của nước thải công nghiệp trong ngày đêm

Qtb h = 175 ( / )

24

4200 24

3 h m

Q cn

=

= Lưu lượng trung bình giây của nước thải công nghiệp

Qtb s = 0,0486( / ) 48,6( / )

3600

1753600

3 )

(

s l s

+Lưu lượng nước thải của khách sạn

Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm của khách sạn

1000 446,5( / . )

1900 235 1000

đ ng m N

3 h m

) (

s l

+ Lưu lượng nước thải tổng cộng lớn nhất theo giờ

Qmax(h) =Qmax1(h)+Qmax2(h)+Qmax3(h) =315+788,43+51,15=1154,58 (m 3 /h )

4.1 Ngăn tiếp nhận và trạm bơm nước thải

Nước thải sau khi xử lý sơ bộ đạt tiêu chuẩn cho phép đưa vào mạng thu gom

chảy về trạm xử lý tập trung.Ngăn tiếp nhận nước thải đặt ở vị trí cao để từ đó nước

thải có thể chảy qua từng công trình đơn vị của trạm xử lý

Với Qmax h = 1154,58 (m3 /h ) Dựa vào bảng 3.4 (1-tr111), chọn ngăn tiếp

nhận với các thông số như sau:

+ Đường ống áp lực từ trạm bơm đến ngăn tiếp nhận: 1 ống với đường kính

nn = tải trọng chất rắn lơ lửng của nước thải sinh hoạt tính cho 1 người trong

ngày đêm lấy theo [ bảng 1.3(1_tr103) ] , nn =55g/ng.ng đ

qtb = Tiêu chuẩn thoát nước trung bình

-Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải của khách sạn

235

1000 55 1000

nn = tải trọng chất rắn lơ lửng của nước thải sinh hoạt tính cho 1 người trong

ngày đêm lấy theo bảng [ bảng 1.3 (1_tr103) ] , nn =55g/ng.ng đ

qtb = Tiêu chuẩn thoát nước trung bình của khách sạn

Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải [1_tr103]

) / ( 12 , 361 5

, 446 4200 12615

5 , 446 04 , 234 4200 320 12615 31 , 379

.

l mg Q

Q Q

Q C Q C Q

C

SS

ks cn sh

ks ks cn cn sh

sh

+ +

+ +

= +

+

+ +

=

+ Nhu cầu oxy sinh hóa (L)

-Hàm lượng COD20 trong nước thải sinh hoạt :

145

1000 35 1000

Trong đó:n COD =Tải trọng chất bẩn của nước thải sinh hoạt tính cho 1 người trong

ngày đêm lấy theo bảng 1_3, n COD =35g/ng.ng.đ

-Hàm lượng BOD20 trong nước thải khách sạn :

235

1000 35 1000

, 446 4200 12615

5 , 446 94 , 148 4200 18 , 341 12615 38 , 241

.

l mg Q

Q Q

Q L Q L Q

L

L

ks cn sh

ks ks cn cn sh

sh

+ +

+ +

= +

+

+ +

Song chắn rác là công trình xử lý sơ bộ để chuẩn bị điều kiện cho việc xử lý

nước thải có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy, lá, cỏ, …) Song chắn rác

bao gồm những thanh kim loại hình tròn, vuông, hoặc hình chữ nhật được ghép

thành khung đặt trong mương dẫn

Các thông số kỹ thuật của mương dẫn ở song chắn rác:

- Lưu lượng tính toán: Qtb.h = 1154,58m3/h =0,32 m3/s = 320,72l/s

* Tính toán mương dẫn: Dựa vào bảng 3_6 [ 1_ tr113 ]

- Chiều rộng của mương: B = 1,2m

- Độ dốc của mương: i = 0,8‰

- Vận tốc nước chảy trong mương: 0,72m/s

- Độ đầy h = 0,38 m

• Tính toán song chắn rác:

- Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy h1 = h=0,38m

Số khe hở của song chắn rác: [ 1_tr114]

0,38.0,016.72,0

K1h Vmax

Qtb.s - lưu lượng lớn nhất của nước thải, Qmax.s = 0,32 m3/s

V - tốc độ nước chảy qua song chắn, lấy bằng vận tốc nước chảy trong

Vậy số khe hở của song chắn rác là 78 khe

Chiều rộng của song chắn rác được tính theo công thức sau:

B s = s(n− 1 ) + (l.n) = 0 , 008 ( 78 − 1 ) + ( 0 , 016 78 ) = 1 , 87m [1_ tr 115]

Trong đó:

n - số khe hở, n = 78 khe

s - bề dày của thanh chắn rác, thường lấy bằng 0,008m [1_ tr 115]

Tổn thất áp lực ở song chắn rác được tính theo công thức sau:

) 72 , 0

ξ - hệ số cản cục bộ của song chắn đuợc xác định theo công thức

β - hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn, lấy theo

bảng 3 -7 [1] Chọn dạng hình dạng của thanh chắn rác tương ứng với hệ số

β=1,83

α - góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy, α= 60o

Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn:

H =h+h s +0,3=0,38+0,04+0,3=0,72(m)

0,3 - chiều cao bảo vệ

Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn rác L1

0,93o

tg20.2

1,21,872tg

mBS

B1

m l

628,060sin016,0

008,0.83,1sin

Trong đó: Bs : Chiều rộng của xong chắn rác, Bs = 1,87m

Bm : Chiều rộng của mương dẫn, Bm = 1,2m

ϕ : Góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy ϕ = 200

Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác :

2

93,02

Trong đó: Ls là phần mương đặt song chắn rác, Ls = 1,5m

Hàm lượng chất lơ lững (SScr ) và BOD20 (Lcr ) của nước thải sau khi qua song chắn

Bảng 4.1 Các thông số thiết kế và kích thước song chắn rác

Kích thước mương đặt song chắn:

4.4 Bể lắng cát:

Bể lắng cát ngang được thiết kế để duy trì vận tốc chuyển động ngang của

dòng chảy là 0,3m/s và cũng cung cấp đủ thời gian lưu nước để các hạt cát lắng đến

đáy bể Các hạt có kích thước lớn d ≥ 0,18mm sẽ được giữ lại trong bể lắng cát

ngang

Thời gian lưu từ 45 ÷ 90 s

Dùng bể lắng cát sục khí là bể hình chữ nhật dài trên mặt bằng Dọc theo chiều

ngang của tường, cách đáy 20÷80 cm, bố trí đường ống có khoang lỗ để thổi khí

Bên dưới ống ở đáy bể có rãnh thu cát

Hiệu suất làm việc của bể lắng cát thổi khí khá cao nhờ thổi khí sẽ tạo được

chuyển động vòng kết hợp với chuyển động theo phương thẳng Do tốc độ tổng hợp

của các chuyển động đó mà các chất bẩn hữu cơ không lắng xuống, nên trong thành

phần cặn lắng chủ yếu là cát đến 90 ÷ 95% và ít bị thối rửa [ 1 _ tr192]

Hình 4.2 Bể lắng cát thổi khí

• Tính toán bể lắng cát thổi khí theo tiêu chuẩn xây dựng – TCXD-51-84

Diện tích tiết diện ướt của bể:

n v

Q

F = max.s [1 _ tr 192] Trong đó:

F - là diện tích tiết diện ướt của một bể, m2

s

Qmax - là lưu lượng lớn nhất ( giây), Qmax.s=

3600

58,1154

32,0

m

Chiều rộng B và chiều sâu H của bể lắng cát thổi khí được xác định theo các

mối quan hệ sau: B Htt = F = 4 m2

H 1000 K L

0

tt

Trong đó:

L - chiều dài của bể, m

Htt- chiều sâu tính toán của bể lắng cát thổi khí, Htt = 1,15 m

U0 - độ khô thủy lực của hạt cát, mm/s

15,1.1000.08,2

1 2 , 10 4

max

s Q

n L F t

45 Q

Q - lưu lượng ngày đêm của nước thải, Q tb.ngd = 17261,5 m3/ ngđ

45 - là lượng cát có thể giữ lại từ 1000m3 nước thải (đại lượng thực nghiệm)

1000 1000

45 5 ,

=

=

Ở đáy mỗi bể lắng cát thổi khí có bố trí rãnh thu cát và hố thu cát ở cuối bể

Cát được tập trung vào hố thu cát nhờ thiết bị gạt

- Lượng cát trung bình sinh ra trong mỗi ngày:

58 , 2 1000

15 , 0 5 , 17261 1000

. 0

.

Q : lưu lượng nước thải trung bình ngày, Q tbngđ = 17261,5 m3/ng đ

q0: lượng cát trong 1000 m3 nước thải Chọn q0 = 0,15 [1_tr 198]

Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải ra khỏi bể lắng cát thổi khí giảm đi

không đáng kể và sơ bộ có thể lấy bằng hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải ra

khỏi song chắn rác: SSlc = SScr = 346,75 mg/L

Nước thải sau khi qua bể lắng cát thổi khí BOD20 (Llc) giảm 5%

Llc = Lcr (100 – 5)% = 252,73.(100 – 5)% = 240,09 mg/L

Bảng 4.2 Các thông số của bể lắng cát

Lượng cát trung bình sinh ra mỗi ngày m3/ngày.đ 2,58

Nhu cầu oxy sinh hóa BOD20 (Llc ) mg/L 240,09

4.5 Bể lắng đứng đợt I

Bể lắng được lựa chọn để tính toán thiết kế căn cứ vào công suất của trạm xử lý,

vì công suất ≤20000 m3/ng.đ Chọn bể lắng đứng TCXD-5184_Điều

6.5.1[1_tr251]

Bể lắng đứng có mặt bằng dạng hình tròn hoặc vuông, đáy hình nón hoặc chóp

cụt, có cấu tạo đơn giản, đường kính của bể không vượt quá 3 lần chiều sâu công

tác và có thể đến 10 m

* Các số liệu đầu vào bể lắng đứng I:

- Lưu lượng tính toán: Qtb.h = 719,22m /3 h=0,19(m /3 s)

- Hàm lượng chất lơ lửng SSL1: Chh = 346,75(mg/l)

* Tính toán bể lắng đứng gồm các nội dung sau:

4.5.1 Diện tích tiết diện ướt ống trung tâm được xác định theo công thức:

tt

s tb v

Q .

10.30

19,0

− = 6,33m2 [1_tr 251]

Trong đó:

Qtb.s - lưu lượng trung bình ( giây), Qtb.s = 0,19 (m3/s)

vtt - tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn

19,0

− = 271,42 (m2) Trong đó:

v - tốc độ chuyển động của nước trong bể lắng đứng, chọn v = 0,7(mm/s) [1_tr 251]

Chọn 4 bể lắng đứng và diện tích của mỗi bể trong mặt bằng sẽ là:

43,694

42,27133,6

1 = + = + =

n

f F

43,69.4

.

4 f

=

14,3

58,1.4

=1,4(m) [1_tr 253]

4.5.5.Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể được tính toán theo công

thức:

hct = v.t = 0,7.10-3.1,5.3600 = 3,78(m) [1_ tr 253]

Trong đó: t - thời gian lắng, chọn t = 1,5h [1_ tr 253]

4.5.6 Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định theo công

9 − ).tg50o = 5,23 (m) [1_ tr 253]

Trong đó: h2 - chiều cao lớp trung hòa, m

h3 - chiều cao giả định của lớp cặn trong bể, m

D - đường kính trong của bể lắng, D = 9,4m

dn - đường kính nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,6m

α - góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 500 Chọn α = 50o [1_tr 253]

4.5.7 Chiều cao tổng cộng của bể

- Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và

bằng 3,78m Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần

ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm:

dl = hl = 1,35.d = 1,35.1,4 = 1,89 m [1_tr 254]

- Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe

và bằng: 1,3 1,89 = 2,45m

- Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170

- Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của

bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức:

L =

) (

.

.

n k

s tb d D v

Q

+

π = 0,02.3,14.(9,4 0,6)

19,0.4+ = 1,2 [1_tr254]

Với hbv là khoảng cách từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,3m

4.5.8 Kích thước ngăn phân phối và ngăn tập trung nước của hai bể

lắng

Hai ngăn này chỉ có tác dụng phân phối đều nước vào hai bể lắng I, và thu

nước từ hai bể này nên lấy kích thước của bể như sau:

+ Hình dạng: hình trụ tròn

+ Đường kính D = 2m

+ Chiều cao H = 1m

- Đường ống dẫn nước vào bể

+ Lưu lượng vào mỗi bể Q1= Qtb.s/4 = 0,19/4 = 0,047 (m3/s)