Thiết kế hệ thống xử lý nước rác cho một bãi chôn lấp rác thải

Đồ án môn học Đồ án chuyên ngành Thiết kế hệ thống xử lý nớc rác cho bãi chôn lấp rác thải với thông số đầu vào chính: - Lu lợng nớc thải: 300 m3/ngày.đêm - Đặc tính nớc thải: pH: 7,5 ữ 8,5 COD: 3000 mg/l BOD5: 2000 mg/l SS: 500 mg/l NH4+: 11 mg/l * Nội dung đồ án: Phần tổng quan - Mở đầu Nêu đặc tính nớc rác, hình thành nớc rác, vấn đề môi trờng nớc rác gây Phân tích lựa chọn phơng án, giải pháp công nghệ xử lý nớc rác Nêu tóm tắt sở lý thuyết công nghệ xử lý nớc rác Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp, khả thi Kết luận Tài liệu tham khảo Các vẽ : vẽ sơ đồ công nghệ xử lý (khổ A4) 1-2 vẽ lắp thiết bị (khổ A1) kèm theo tách chi tiết, khung tên quy định, đầy đủ thích chi tiết kích thớc Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học Lời mở đầu Song song với phát triển kinh tế - xã hội, tốc độ đô thị hoá công nghiệp hoá cao, quan tâm, đầu t cha mức quan nhà nớc, xí nghiệp, nhà máyvà ý thức bảo vệ môi trờng đại phận ngời dân cha cao làm nảy sinh nhiều vấn đề môi trờng, vấn đề môi trờng đợc quan tâm Việt Nam việc gia tăng lợng chất thải Trong năm vừa qua, việc xử lý rác thải Việt Nam nhiều hạn chế Nguyên nhân nguồn kinh phí đầu t thấp Rác thải đợc xử lý chủ yếu phơng pháp chôn lấp, phần đợc xử lý phơng pháp khác nh tái chế, đốt làm phân vi sinh, nhiên phơng pháp cần phải có chi phí cao Phơng pháp chôn lấp có u điểm không tốn phơng pháp xử lý cuối chất thải, đặc biệt phơng pháp có lợi cho nơi có diện tích đất rộng, địa hình chôn lấp tốt Chính vậy, tính khả thi phơng pháp nớc ta cao Tuy nhiên, chôn lấp không vệ sinh nớc khí rò rỉ thoát bên nguy hiểm cho môi trờng ngời Việt Nam, hầu hết bãi chôn lấp không hợp vệ sinh nên chúng gây nhiều vấn đề sống dân c môi trờng khu vực xung quanh Xuất phát từ mục tiêu nâng cao chất lợng môi trờng sống, giảm thiểu ảnh hởng bãi chôn lấp tới môi trờng, nh sống dân c khu vực xung quanh chúng em thực đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý n ớc rác bãi chôn lấp Đề tài nhằm đa nhìn tổng quan trạng bãi chôn lấp nh u, nhợc điểm phơng pháp đợc áp dụng để xử lý nớc rác, từ đề xuất giải pháp thích hợp việc kiểm soát ảnh hởng nớc rác môi trờng Chúng em xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Lan Phơng tận tình giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án Do thời gian thực ngắn nên chắn đồ án nhiều thiếu sót mong giúp đỡ thầy, cô Chúng em xin chân thành cảm ơn! Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học Mục lục Trang Lời mở đầu I - Tổng quan vấn đề chất thải rắn Việt Nam I.1 Hiện trạng chất thải rắn nớc ta I.2 Hiện trạng chất thải rắn Thành phố Hà Nội I.3 Vấn đề nớc rác bãi chôn lấp II - Thành phần tính chất nớc rác II.1 Quá trình hình thành nớc rác II.2 Thành phần nớc rác II.3 Đặc điểm nớc rác Việt Nam 11 III - Các phơng pháp xử lý nớc rác 12 III.1 Phơng pháp học 12 III.2 Phơng pháp xử lý hoá lý 13 III.3 Phơng pháp xử lý hoá học 13 III.4 Phơng pháp xử lý sinh học 13 IV- Hiện trạng hệ thống xử lý nớc rác Việt Nam 15 IV.1 Công nghệ xử lý nớc rác bãi rác Tây Mỗ 16 IV.2 Công nghệ xử lý nớc rác bãi rác Nam Sơn 17 IV.3 Công nghệ xử lý nớc rác bãi rác Gò Cát 18 IV.4 Công nghệ xử lý nớc rác bãi rác Phớc Hiệp 19 V - Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý nớc rác 20 V.1 Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xử lý nớc rác 20 V.2 Đề xuất phơng án xử lý 20 V.3 Đánh giá lựa chọn phơng án thích hợp 22 VI - Tính toán thiết kế số thiết bị dây chuyền xử lý nớc rác 24 VI.1 Tính toán bể đông keo tụ 24 VI.2 Tính toán bể Aeroten 30 VI.3 Tính toán bể lắng thứ cấp 34 VI.4 Tính toán hồ sinh học 36 Tài liệu tham khảo 37 I - tổng quan vấn đề chất thải rắn việt nam Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học I.1 Hiện trạng chất thải rắn nớc ta Hiện nay, Việt Nam có khoảng gần 1.000 bãi đổ chất thải rắn đô thị với diện tích khác (từ vài ngàn mét vuông hàng trăm hecta), có bãi chôn lấp vệ sinh đại, Nam Sơn (Hà Nội, 1998), Gò Cát (Tp Hồ Chí Minh, 2000) Phớc Hiệp (Tp Hồ Chí Minh, 2003) [7] Theo số liệu điều tra, địa bàn toàn quốc có 149 bãi rác cũ không hợp vệ sinh, khoảng 21 bãi rác cấp tỉnh, thành phố, 128 bãi rác cấp huyện thị [6] Các bãi rác tình trạng báo động, nhiều bãi đã, gây ô nhiễm môi trờng nghiêm trọng nớc mặt, nớc ngầm, gây mùi hôi thối, côn trùng phát triển, lây lan dịch bệnh v.v., cần phải đợc xử lý, nâng cấp cải tạo xây dựng bãi chôn lấp chất thải hợp vệ sinh Nhìn chung bãi chôn lấp chất thải nớc ta có đặc điểm: - Các bãi hoạt động có vị trí mang tính tự phát, điều tra, khảo sát, lựa chọn vị trí hợp lý - Không có luận chứng kinh tế kỹ thuật, vẽ thiết kế thi công - Đợc đổ tự nhiên theo phơng thức hỗn hợp, nửa chìm, nửa Đa số hình thành từ lâu hố trũng, ruộng, ao, hồ bỏ hoang, sau phát triển dần thành bãi chôn lấp - Không có công trình phụ trợ - Vận hành, xử lý không quy trình kỹ thuật - Đa số cha có biện pháp xử lý ngăn chặn trình gây ô nhiễm đến môi trờng xung quanh Nh bãi chôn lấp chất thải rắn không hợp vệ sinh cha có trình xử lý Các biện pháp xử lý bãi chôn lấp tỉnh thành phạm vi nớc thời gian tới đợc minh họa theo bảng I nh sau: Bảng I: Các biện pháp xử lý bãi rác phạm vi nớc [6] Phân cấp bãi Tỉnh, thành phố Huyện, thị Tổng Bãi cũ cha có biện pháp xử lý Số lợng Diện tích bãi m2 - 51 58 >1082160 >1082160 Bãi cũ có kế hoạch xin nâng cấp cải tạo Số lợng Diện tích Kế bãi m2 hoạch >352632 14 2002 77 >1113953 2005 91 >4640273 Xây dựng bãi chôn lấp hợp vệ sinh Số lợng Diện tích Kế bãi m2 hoạch 21 >3961797 2005 129 150 >3961797 >7153474 2010 Theo số liệu quan trắc CEETIA: Lợng chất thải rắn tạo thành toàn quốc từ năm 1997 - 1999 lần lợt là: 19.315 (tấn/ngày), 21.979 (tấn/ngày), 25.049 (tấn/ngày).[I - 25] Theo điều tra đây, với 82 triệu ngời [10], năm lợng chất thải rắn phát sinh Việt Nam 15 triệu Trong đó, rác thải sinh hoạt chiếm tới 80% Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học Tuy khu đô thị có dân số chiếm 24% dân số nớc nhng lại phát sinh triệu rác thải năm ( 50% tổng lợng chất thải rắn sinh hoạt nớc) Dự báo, tới năm 2010 lợng chất thải rắn Việt Nam lên tới 20 triệu tấn, 63% từ đô thị.[10] I.2 Hiện trạng chất thải rắn Thành phố Hà Nội Hiện nay, lợng chất thải rắn Hà Nội gia tăng cách đáng báo động, vấn đề tất đô thị khác nớc ta Sau biểu đồ mô tả lợng chất thải rắn phát sinh địa bàn thành phố Hà Nội Hình 1: Đồ thị minh họa lợng chất thải rắn phát sinh Hà Nội theo thời gian (tấn/năm) [11] 800000 700000 600000 4380 5502 5574 5646 4015 500000 544259 555634 578359 600915 119720 131692 137078 142685 148249 1997 1998 499320 400000 300000 5432 413545 200000 100000 51100 1996 Chất thải công nghiệp 1999 Chất thải sinh hoạt 2000 2001 Chất thải bệnh viện Từ biểu đồ ta thấy, tính riêng thành phố Hà Nội lợng chất thải rắn phát sinh vào khoảng 1892,7 tấn/ngày tăng 1,5 lần so với năm 1996 [9] Trong đó, lợng chất thải sinh hoạt chiếm 80% Hình 2: Minh hoạ tỷ lệ phân bố nguồn phát sinh chất thải Hà Nội năm 1998 [11] Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học Chất thải sinh hoạt 79% Chất thải công nghiệp 20% Chất thải bệnh viện 1% Với lợng rác thải lớn nh vậy, để giảm thiểu tác động tới môi trờng nh sức khoẻ cộng đồng cần có biện pháp quản lý xử lý cách hữu hiệu Tại Hà Nội, tỷ lệ áp dụng phơng pháp xử lý chất thải rắn đợc minh hoạ nh sau: Hình 3: Sơ đồ tỷ lệ áp dụng phơng pháp xử lý chất thải rắn Hà Nội năm 1998 [11] Chất thải rắn phát sinh 681382,6 ( tấn/năm) Chất thải công nghiệp 131692(tấn/năm) Chất thải bệnh viện 5431,8 (tấnCh/năm) Chất thải sinh hoạt 544258,8( tấn/năm) 59,91% 0,04 % 0,478% Đốt bệnh viện Xử lý chôn lấp 70,05% 1,76% Chế biến phân vi sinh 11,66 % Tái chế chủ yếu t nhân Qua sơ đồ cho ta thấy tỷ lệ rác thải đợc chôn lấp Hà Nội chiếm tới 70,05% năm 1998 nh thành phố khác xử lý chất thải rắn phơng pháp chôn lấp chiếm tỷ lệ cao so vớiợng lại: pháp xử lý khác Tuy nhiên 9,664% L phơng hạn chế mặt kỹ thuật + Chất thải sinh hoạt nhân khác mà bãi chôn lấp nh nhiều nguyên : 6,097% + Chất thải Bệnh viện : 0,279% sức khỏe cộng đồng đã, ảnh hởng nghiêm trọng đến môi trờng nh + Chất thải Công nghiệp : 9,664% Trong năm từ 1997 đến 1999, tỉnh, thành phố quan tâm nhiều đến vấn đề thu gom xử lý chất thải rắn, nh đóng cửa bãi chôn lấp tải thiết kế xây dựng bãi chôn lấp kỹ thuật (nh Hà Nội, Hải Phòng, Huế) Thành phố Hạ Long, Đà Nẵng xây dựng dự án khả thi cho việc thiết kế thi công bãi chôn lấp chất thải hợp vệ sinh với tài trợ Ngân hàng Thế giới WB Thành phố Hà Nội đầu t xây dựng khu Liên hiệp xử lý chất thải rắn Nam Sơn, bãi chôn lấp Kiêu Kị v.v Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học Mặc dù, đa nhiều phơng án nhằm quản lý lợng chất thải rắn phát sinh Tuy nhiên, vấn đề quản lý chất thải rắn nớc ta vấn đề xúc nan giải, khả thu gom rác địa phơng cha đợc cải thiện, trung bình thu gom đợc 50-80% điều đáng quan tâm loại rác thải không đợc phân loại (rác thải công nghiệp, bệnh viện, sinh hoạt v.v.) chôn lấp lẫn lộn I.3 Vấn đề nớc rác bãi chôn lấp Khi bãi chôn lấp vào hoạt động phát sinh lợng nớc rác đáng kể với thành phần tính chất phức tạp gây nhiều tác hại đến môi trờng xung quanh Hàng ngày bãi chôn lấp thải 100 - 500m Theo kết thống kê 23 năm nớc rác bãi Tây Mỗ 634.902 ngày thải 100m Còn Bãi Nam Sơn lợng nớc rác hình thành xử lý tháng 1055 m3, tháng (3407m3), tháng (4721m3), tháng (365 m3) với mức độ ô nhiễm cao thể qua số BOD gấp 60 lần, COD gấp 68 lần tiêu chuẩn cho phép [URENCO] Trong năm gần đây, nhà quản lý bãi chôn lấp quan tâm tới việc thu gom xử lý nớc rác Tuy nhiên loại nớc thải khó xử lý có nhiều hệ thống thiết kế nhng không hoạt động đợc nh hệ thống xử lý nớc rác bãi Nam Sơn có số hệ thống hoạt động nhng không đạt đợc hiệu suất đề II - thành phần tính chất nớc rác II.1 Quá trình hình thành nớc rác Nớc rỉ rác (còn gọi nớc rác) nớc bẩn thấm qua lớp rác ô chôn lấp, kéo theo chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dới bãi chôn lấp Nớc rác đợc hình thành nớc thấm vào ô chôn lấp Nớc thấm vào rác theo cách sau: + Nớc sẵn có tự hình thành phân huỷ rác hữu bãi chôn lấp; + Mực nớc ngầm dâng lên vào ô chôn rác; + Nớc rỉ vào qua cạnh ô chôn rác; + Nớc từ khu vực khác chảy qua thấm xuống ô chôn rác; Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học + Nớc ma rơi xuống khu vực chôn lấp rác trớc phủ đất trớc ô chôn rác đóng lại; + Nớc ma rơi xuống khu vực bãi chôn lấp sau ô rác đợc đóng; * Lu lợng nớc rác phụ thuộc vào: + Lớp chống thấm: Lớp chống thấm có tác dụng ngăn cản trình thấm nớc rác từ bãi chôn lấp tới nguồn nớc mặt nớc ngầm Do ảnh hởng tới lu lợng nớc rác Đối với bãi chôn lấp hợp vệ sinh, lớp đất dới bãi chôn lấp phải có tính đồng phải có hệ số thấm nhỏ 10-7 cm/s + Diện tích + Thời gian: lu lợng nớc rác bãi chôn lấp thay đổi theo thời gian chôn lấp: năm, năm, 10 năm + Loại, độ dày lớp phủ: phủ bãi chôn lấp vật liệu khác nh nilông, đất trồng Loại độ dày lớp phủ có ảnh hớng tới khả xâm nhập nớc ma, nớc mặt vào bãi chôn lấp khả thoát nớc rác Dự đoán khối lợng nớc rác: Khối lợng nớc rác đặc tính địa chất tầng đất nằm dới đáy bãi chôn lấp yếu tố chính, định khả pha loãng tự nhiên chất ô nhiễm nớc rác trớc chất chảy đến nguồn nớc ngầm Việc dự báo lợng nớc rác tạo thành đợc dựa vào Phơng pháp cân nớc Sơ đồ cân nớc biểu diễn nh sau: Trong đó: Dòng 1: Nớc thải phía bãi rác Dòng 2: nớc từ vật liệu phủ bề mặt Dòng 3: Nớc từ chất thải rắn Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học Dòng 4: Nớc có bùn Dòng 5: Vật liệu phủ trung gian Dòng 6: Nớc tiêu thụ trình hình thành khí bãi rác Dòng 7: Nớc bay Dòng 8: Rác đợc nén Dòng 9: Nớc thoát từ đáy * Phơng trình cân nớc biểu diễn nh sau: SSW = WSW + WTS + WCM + WA - WLG - WWV - WE + WB(L) Trong đó: SSW - Lợng nớc tích trữ rác bãi rác (kg/m3) WSW - Độ ẩm ban đầu rác thải (kg/m3) WTS - Độ ẩm ban đầu bùn từ trạm xử lý (kg/m3) WCM - Độ ẩm ban đầu vật liệu phủ (kg/m 3) WA - Lợng nớc thấm từ phía (nớc ma) (kg/m3) WLG - Lợng nớc thất thoát trình hình thành khí thải (kg/m 3) WWV - Lợng nớc thất thoát bay theo khí thải (kg/m3) WE - Lợng nớc thất thoát trìng hoá bề mặt (kg/m 3) WB(L)- Lợng nớc thoát từ phía đáy bãi rác (kg/m3) Trên sở phơng trình cân nớc, số liệu lợng ma, độ bốc hơi, hệ số giữ nớc rác sau nén ta tính đợc lợng nớc rác rò rỉ xuyên qua rác nén đất bao phủ II.2 Thành phần nớc rác - Thành phần nớc rác khó xác định có nhiều yếu tố tác động lên hình thành nớc rác: + Thời gian chôn lấp : thành phần nớc rác thay đổi theo thời gian chôn lấp, nớc rác từ bãi chôn lấp lâu năm có lợng chất ô nhiễm thấp nớc rác từ bãi chôn lấp + Điều kiện khí hậu, mùa, độ ẩm: yếu tố ảnh hởng tới tốc độ phản ứng phân huỷ bãi chôn lấp ảnh hởng tới thành phần nớc rác + Mức độ pha loãng với nớc mặt nớc ngầm + Loại rác chôn lấp + Ngoài nhiều yếu tố khác nh : độ nén, chiều dày nguyên liệu làm lớp phủ ảnh hởng tới thành phần nớc rác - Thành phần nớc rác thay đổi theo giai đoạn khác qúa trình phân huỷ sinh học Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang Đồ án môn học + Trong giai đoạn đầu, tạo thành hợp chất hữu nh axit béo, amino axit, axit cacboxilicGiai đoạn kéo dài vài năm sau chôn lấp, phụ thuộc vào chất không đồng rác Đặc trng nớc rác giai đoạn này: - Nồng độ axit béo dễ bay cao; - pH thấp; - BOD cao; - Tỷ lệ BOD/COD cao; - Nồng độ NH4+ nitơ hữu cao; + Đến giai đoạn tạo khí metan, sản phẩm cuối khí metan khí cacbonic Giai đoạn tạo khí metan có thẻ tiếp tục đến 100 năm lâu Đặc trng nớc rác giai đoạn này: - Nồng độ axit béo dễ bay thấp; - pH trung tính kiềm; - BOD thấp; - Tỷ lệ BOD/COD thấp; - Nồng độ NH4+ cao; Các số liệu tiêu biểu thành phần tính chất nớc rác từ bãi chôn lấp lâu năm đợc đa bảng II.2 Bảng II.2: Bảng số liệu thành phần tính chất nớc rác từ bãi chôn lấp lâu năm.[I - 145] Thành phần Nhu cầu oxy hoá sinh hoá (BOD5), mg/l Tổng lợng cacbon hữu (TOC), mg/l Nhu cầu oxy hoá hoá học (COD), mg/l Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), mg/l Nitơ hữu cơ, mg/l Amoniac, mg/l Nitrat, mg/l Tổng lợng phốt pho, mg/l Othophotpho, mg/l Độ kiềm theo CaCO3 pH Canxi, mg/l Clorua, mg/l Tổng lợng sắt, mg/l Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Bãi (dới năm) Khoảng 2000-20000 1500- 20000 3000-60000 200-2000 10-800 10-800 5-40 5-100 4-80 1000-10000 4,5-7,5 50-1500 200-3000 50-1200 Bãi lâu năm Trung bình (trên 10 năm) 10000 6000 18000 500 200 200 25 30 20 3000 6,0 250 500 60 100-200 80-160 100-500 100-400 80-120 20-40 5-10 5-10 4-8 200-1000 6,6-7,5 50-200 100-400 20-200 Trang 10 Đồ án môn học Thuyết minh lu trình công nghệ: Hệớc tuần hoàn động tơng Khử nh phơng án tự trùng N thống hoạt Clo nhng phơng án ta thay hệ thống Aeroten hệ thống lọc sinh học, bể lọc sinh học có khả xử lý Nitơ tổng tốt nhiều so với hệ thống Aeroten, Bể điều Bể Lọc Lọc Bể Nguồn ta Nớc rác sử dụngvà sinh học Nhng nớc thải ởsinh phải khử trùng trớctiếp đa không hoà hồ đông sinh lắng lắng sơ keo học học 2 nhận vào nguồn tiếp nhận tụ V.2.3 Phơng án Sơ đồ hệ thống xử lý: Bể điều Hệ thống xử lý bùn cặn UASB Bể Thẩm Nguồn Aeroten hoà thấu Trong đó: Thẩm ngợc (RO - Reverse Osmosis) thấu ng tiếp lắng sơ ợc nhận (RO) * Thuyết minh lu trình công nghệ: Nớc rác Nớc rác từ hố thu gom qua song chắn rác vào bể điều hoà lắng sơ Sau nớc đợc dẫn qua hệ thống xử lý kỵ khí hiếu khí (UASB Aeroten) để loại bỏ hầu hết BOD5 COD Nớc rác sau xử lý sinh học đợc đa qua hệ Hệ thống xử thấu thống thẩm lý bùn cặn ngợc (RO) để loại bỏ thành phần hữu không phân huỷ sinh học Nitơ để nớc thải đầu đạt tiêu chuẩn xả thải vào nguồn tiếp nhận V.3 Đánh giá lựa chọn phơng án thích hợp * Ưu nhợc điểm phơng án xử lý Phơng án Phơng án Ưu điểm - Hệ thống vận hành đơn giản Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Nhợc điểm - Lợng bùn thải tạo thành lớn Trang 21 Đồ án môn học - Chi phí đầu t không cao - Tận dụng đợc ao hồ tự nhiên - Nớc sau xử lý khử trùng - Chiếm diện tích đất lớn - Khó xử lý nớc rác Phơng án - Hiệu suất xử lý cao nớc thải - Lợng bùn thải tạo thành lớn chứa hàm lợng N, P lớn - Chi phí đầu t cao - Tiết kiệm lợng - Dễ tắc nghẽn - Giảm việc trông coi - Dễ sinh mùi Phơng án - Hiệu suất xử lý cao (đối với thành - Chi phí đầu t cao phần hữu không tan Nitơ) - Dễ tắc nghẽn - Lợng bùn thải tạo thành nhỏ - áp dụng cho nớc rác cũ - Diện tích nhỏ * Lựa chọn phơng án thích hợp: Từ bảng phân tích u, nhợc điểm phơng án ta thấy: Phơng án thích hợp vì: + Khu vực bãi chôn lấp thờng có quỹ đất lớn nên khắc phục nhợc điểm phơng án chiếm nhiều diện tích + Tại khu vực tận dụng đợc nhiều ao hồ tự nhiên + Đặc biệt, hệ thống vận hành không phức tạp chi phí đầu t không cao Với phơng án này, để xử lý nớc rác lắp đặt thêm hệ thống bể UASB phía trớc bể Aeroten, nhng để bể xử lý sinh học làm việc hiệu cần phải loại bỏ tối đa thành phần có khả gây độc hại hệ thống nh : kim loại nặng, Ca2+,cũng nh phải tạo môi trờng tối u cho hoạt động phát triển vi sinh vật ( hàm lợng chất dinh dỡng, pH, nhiệt độ) Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 22 Đồ án môn học VI - tính toán thiết kế số thiết bị dây chuyền xử lý nớc rác VI.1 Tính toán bể đông keo tụ Để thuận tiện vận hành chọn bể đông keo tụ làm ngăn ngăn phản ứng ngăn tạo Mỗi ngăn có thiết bị khuấy trộn riêng V.1.1.Tính toán ngăn phản ứng VI.1.1.1 Tính thể tích ngăn phản ứng Chọn thời gian lu nớc ngăn phản ứng t = phút Thể tích cần thiết ngăn là: V = Qt = 300 x = 0.8333m 24 60 [12] Chọn V = m3 với: Chiều cao: 0,5m + 0,2m (chiều cao dự trữ) Chiều rộng: m Chiều dài: m VI.1.1.2 Tính công suất cánh khuấy Ngăn phản ứng dùng cánh khuấy chân vịt để hoà tan hoá chất keo tụ vào nớc Cánh khuấy chân vịt quay với tốc độ lớn 200 - 300 v/ph Bảng VI.1: Các thông số cánh khuấy chân vịt Thông số Đơn vị Giá trị Đờng kính cánh (d) Mm 300 Số vòng quay (n) v/s 4.5 Bề rộng cánh (b) Mm 125 Hệ số trở lực ma sát (A) 0.62 Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 23 Đồ án môn học Chế độ dòng chảy nd Re = = 997.03kg / m = 0.8910 MS ? m 25oC có Re = 997.03 x 4.5 x0.3 = 45.3710 0,8910 Công suất tiêu tốn cánh khuấy N = An d Khi bắt đầu mở máy công suất máy cần để thắng lực ma sát lực quán tính N=Ng+Nm Công suất để thắng lực ma sát Nm = N = An d Ng: Công suất tiêu tốn để thắng lực quán tính N g = kn d k 3,87 3,87 [12] b 0,125 3,87 x 0,484 D N c ( A k ) n d 0,3 4,5 997,03(0,62 0,484) 243,74W Công suất động điện: N đc = Nc [12] : Hiệu suất truyền động từ động sang cánh khuấy = 0,6 - 0,7 Chọn =0,65 N đc = 243.74 = 375W 0.65 Công suất thực tế động N tt = N đc [12] : Hệ số an toàn động Chọn =1,25 N tt = 1.25 x375 = 468.75W Quy chuẩn Ntt = 500w VI.1.2 Tính toán ngăn tạo VI.1.2.1 Tính thể tích ngăn tạo Chọn thời gian lu nớc thải t = 30 phút Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 24 Đồ án môn học Thể tích ngăn là: V 300 30 x 6,25m 24 60 Bể hình chữ nhật Chọn kích thớc bể là: Chiều dài = 5m Chiều rộng = 2,5m Chiều cao = 0,5m + 0,2m VI.1.2.2 Tính công suất máy khuấy Ngăn tạo dùng cánh khuấy kiểu bàn có tốc độ quay 30 - 40v/ph Bảng VI.2: Các thông số cánh khuấy kiểu bàn Thông số Đơn vị Giá trị Đờng kính cánh (d) mm 1250 Số vòng quay (n) v/ph 0,5 Bề rộng cánh (b) mm 200 Hệ số trở lực ma sát (A) mm 1,77 Coi thông số t0, , giống nh bể phản ứng Công suất tiêu tốn cánh khuấy: N = An d [12] Khi bắt đầu mở máy công suất máy cần để thắng lực ma sát lực quán tính N=Ng+Nm Công suất để thắng lực ma sát: Nm = N = An d Ng Công suất tiêu tốn để thắng lực quán tính N g = kn d k 3,87 3,87 [12] b 0,2 3,87 x 0,31 D 2,5 N c ( A k ) n d 1,25 x0.5 x997,03(1,77 0,31) 791,1W Công suất động điện: N đc = Nc [12] : Hiệu suất truyền động từ động sang cánh khuấy =0.6-0.7 Chọn =0.65 N c 791,1 1217,1W 0,65 Công suất thực tế động cơ: N tt = N đc : Hệ số an toàn động Chọn = 1,25 N tt 1,25 x1217,1 1521,4W Quy chuẩn Ntt=1625w Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 25 Đồ án môn học VI.1.3 Tính bể hoá chất VI.1.3.1 Bể chứa phèn * Tính thể tích bể chứa phèn Sử dụng phèn sắt FeSO4.7H2O Với hiệu suất loại SS > 80% nồng độ phèn tối u là: C FeSO4 H O = 300mg / l Lợng phèn cần dùng là: m = QxC = 0,3x300 = 90 (kg/ngđ) Thực tế có: mtt = xm : Hệ số dự trữ Chọn = 1,2 mtt = 1,2 x90 = 108 kg/ngđ m FeSO4 mtt x152 108 x152 59,05 (kg/ngđ) 278 278 Chọn FeSO4 = 60 (kg/ngđ) Lợng nớc cần để pha chế FeSO410% C FeSO4 = m FeSO4 x100 m FeSO4 + m H 2O = 10 mh2O = 540kg / ngd Khối lợng dung dịch là: m = 540 + 60 = 600 (kg/ngđ) Khối lợng riêng dung dịch FeSO4 10% 997,08kg/m3 Thể tích dung dịch là: V = mdd 600 = = 0.6m FeSO4 997.08 Nếu sau ngày đêm lại pha phèn kích thớc bể là: V = 0,6m3 Chọn bể hình chữ nhật với kích thớc nh sau: Chiều dài : 1,5m Chiều rộng : 0,8m Chiều cao : 0,5m +0,2m (chiều cao dự trữ) * Tính công suất cánh khuấy bể chứa phèn Để pha phèn ngời ta dùng cánh khuấy chân vịt với thông số nh Công suất tiêu tốn cánh khuấy N = An d Khi bắt đầu mở máy công suất máy cần để thắng lực ma sát lực quán tính N = Ng + Nm Công suất để thắng lực ma sát: Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 26 Đồ án môn học Nm = N = An d Ng Công suất tiêu tốn để thắng lực quán tính N g = kn d k = 3.87 = 3.87 b 0.125 = 3.87 x = 0.156 D 0.8 N c = ( A + k )n d = 1.25 x0.5 x997.08(0.62 + 0.156) = 295.16.1W Công suất động điện: N đc = Nc : Hiệu suất truyền động từ động sang cánh khuấy =0.6 - 0.7 Chọn =0,65 N c 295,16 454,1W 0.65 Công suất thực tế động N tt = N đc : Hệ số an toàn động Chọn =1,25 N tt 1,25 x 454 567,6W Quy chuẩn Nt t = 625 W VI.1.3.2 Tính lợng PAA cần dùng (chất trợ keo) PAA giúp cho hạt keo dính kết vào tạo thành hạt keo có kích th ớc lớn dễ dàng bị lắng Lợng PAA tối u 0,05 - 2% Chọn 1,8% = 1,810-3 (kg/m3) lợng PAA cần dùng là: mPAA = 1,810-3 x 300 = 0,54 (kg/ngđ) VI.1.4 Tính bể lắng keo (bể lắng cấp 1) Qúa trình lắng bể trình lắng tự nhiên, có hấp thụ SS dòng thải Diện tích bể lắng : f = Q vt [12] Trong : vt vận tốc lắng hạt Chọn v t = 2,16m/h theo biểu đồ hiệu suất lắng thời gian lắng f 300 5,78m 24.x 2,16 Chọn bể lắng bể lắng đứng hình trụ đờng kính bể : D = Lớp công nghệ môi trờng A- K45 4f = x5.78 = 2.72m [12] Trang 27 Đồ án môn học Chọn đờng kính bể 3m f = 7m2 Diện tích ống trung tâm xác định nh sau: f tt = Q v1 V1 : Vận tốc nớc ống trung tâm Chọn v1 = 27 m/h f = 300 = 0.13m 27 x 24 Đờng kính ống trung tâm: d tt = f tt = x0.13 = 0.4m [12] Chiều dài ống trung tâm: Ltt=vdt Vd : Vận tốc nớc dâng ống trung tâm Chọn vd = 1,8 m/h t: Thời gian cần thiết nớc thải bể lắng Chọn t = 20 phút Ltt 1,8 20 0,6m 60 Phần ống loe: Đờng kính lấy dl = 1,35 dtt = 1,35 x 0,4 = 0,54 (m) Chiều dài Hl = dl = 0,54 (m) Chọn góc nghiêng mặt phẳng chắn so với phơng ngang 170 khoảng cách từ đỉnh chắn đến cạnh tạo mặt phẳng ngang là: h2 = tg170x0.5dtc dtc = 1,2 dl h2 = 0,1 m Bể cặn tự chảy xuống đáy hồ chọn góc tạo tờng đáy bể mặt phẳng ngang 45 Chọn đờng kính đáy bể ngăn chứa bùn d = 1m chiều cao ngăn chứa bùn là: hb = tg 45 o Dd = tg 45 o = 1m 2 Vậy tổng chiều cao xây dựng bể là: H = htt + hl + h2 + hb=1 + 0,1 + 0,54 + 0,6 = 2,24 (m) Chọn chiều cao bể 2,5m VI.2 Tính toán bể Aeroten Bể aeroten dùng để oxy hoá hợp chất hữu có khả oxy hoá sinh học Tác nhân oxy hoá bùn hoạt tính Các thông số đầu vào: Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 28 Đồ án môn học - Q = 300 (m3/ngày) - SSv = 50 (mg/l) - BODv = 2000 x(1-0.6) = 800 (mg/l) - t0 = 250C - NH4+ = 11 (mg/l) Lựa chọn thông số: - Độ tro nớc thải z = 0.3 - Giá trị thông số động học : Y = 0.6 Kd = 0,04 ngày - Hàm lợng sinh khối bể : X = 3500mg/l Thông số đầu ra: BODr = 50 mg/l NH4ra+=1 mg/l Khi hiệu suất khử BOD5 bể aeroten = BODv BODr 800 50 = = 93.75% BODv 800 [13] Hiệu suất khử NH4+ bể aeroten kết hợp + + NH v NH r 11 = = = 90.9% + 11 NH 4v [13] Thể tích bể Aeroten W= t.Q t: Thời gian cần thiết để oxy hoá BOD NH4+ Q: Lu lợng nớc thải VI.2.1 Tính bể theo điều kiện nitrat hóa Thời gian cần thiết để Nitrat hoá tính theo công thức tN = V N0 N = Q N X [13] N0 : Hàm lợng NH4+ đầu vào N0 = 11 mg/l N : Hàm lợng NH4+ đầu N = mg/l N : tốc độ sử dụng NH4+ vi khuẩn Ntrat hoá theo đầu Ta có: N = KN KN + N [13] àN YN [13] Trong đó: K = Tốc độ tăng trởng riêng vi khuẩn điều kiện ổn định N = N max ( N DO )( )(e 0.098(t 15) )[1 0.833(7.2 pH Ư] N + K N K o2 + DO [13] N max = 0.45 ngày-1 150C Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 29 Đồ án môn học Lợng oxy hoà tan bể phải đảm bảo DO = 2mg/l Chọn K0 = 1.2 K n = 10 0.051T 1.158 = 10 0.051x 251.158 = 1.309 Chọn pH = 7.5 N = 0.45( K 11 )( )(e 0.098( 2515) )[1 0.833(7.2 7.5 Ư] = 0.837 11 + 1.309 1,2 + N 0.837 3,35 YN 0.25 Vì YN = 0,1 - 0,3 Chọn YN = 0,25 N = 3.35 x1 = 1.45 1.309 + Thời gian lu bùn là: CN = Y N K dN Chọn KdN = 0,04 ngày CN = = 3.58 ngày 0.22 x1.45 0.04 Tính XN: Thành phần hoạt tính vi khuẩn Nitrat hoá bùn hoạt tính XN = fNX fN = + 0.22( NH 4+v NH r ) + + 0.6( BOD5v BOD5 r ) + 0.22( NH v NH r ) fN = 0.22(11 1) = 0.005 0.6(800 50) + 0.22(11 1) [13] XN = fNX = 3500x0,005 = 17,5 tN = V 11 = = 0.4 ngày = 9,6 h Q 17.5.x1.45 Vậy thể tích bể aeroten V = Q.t = 300 x 0,4 = 120 m3 VI.2.2 Tính thể tích bể theo điều kiện khử BOD5 Tốc độ oxy hoá BOD5 (mg/l) cho mg/l bùn hoạt tính ngày CN = Y K d [13] Lấy thời gian lu bùn thời gian lu bùn khử NH4 Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 30 + Đồ án môn học c = 4.15 ngày Y=0.6 Kd= 0.055 = 1 ( + 0.055) = 0.49 (mgBOD5/mg bùn.ngày) 0.6 4.15 Thời gian cần thiết để khử BOD5 t BOD5 = V BOD5v BOD5 r 800 50 = = = 44 ngày Q X 0.49 x3500 Thể tích bể aeroten tính theo khử BOD5 là: V = Q x t = 300 x 0,44 = 132 m3 Thể tích bể aeroten nitrat hoá nhỏ thể tích bể aeroten khử BOD Vậy để đạt hiệu xử lý cho trờng hợp chọn thể tích bể aeroten tính theo khả khử BOD5 Vậy thể tích bể aeroten V=132m3 ứng với thời gian lu nớc thải t = 0,44 ngày Chọn bể aeroten hình hộp chữ nhật với V=132m3 Vậy kích thớc bể : Chiều cao bể : 4m + 0,3m Chiều dài bể : 9,5m Chiều rộng bể: 3,5m Tính toán lợng không khí cần thiết: Lợng oxy cần thiết để oxy hoá BOD5 NH4+ là: OC = Q( BOD5v BOD5 r ) 4,57( N N ) 1,42 Px + 1000 f 1000 [13] OC0 : Lợng O2 cần thiết điều kiện tiêu chuẩn phản ứng 200C f : Hệ số chuyển đổi BOD5 COD f = 0,45 - 0,68 Chọn f = 0,55 Px : Phần sinh khối xả theo bùn d Px = YbQ(BOD5v-BOD5r)10-3 Px = 0.6 x 300(800-50)10-3 = 135 OC = 300(800 50) 4,57(11 1) 1,42 x135 + = 217.44 kg/ngđ 1000 x0.55 1000 OC = OC Cs 1 x x T 20 C s C d 1024 [13] Cs : Nồng độ oxy bão hoà nớc 20C Cs=9.08 mg/l Cd= 1,5 - Chọn Cd = mg/l Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 31 Đồ án môn học : Hệ sổ điều chỉnh lợng O2 tổn hao phân tử có nớc thải =0,6 - 0,9 Chọn =0,8 OC = 217.44 9.08 1 x x = 310 kg/ngđ 25 20 9.08 1.024 0.8 Tính lợng không khí cần thiết: Qk = OC f OU OU: Năng suất hoà tan oxy thiết bị OU = Ouxh h: Chiều sâu bể h = m f: Hệ số an toàn f = 1,5 - Chọn f = 1,8 Dùng hệ thống phân phối khí có bọt khí kích thớc trung bình với =0,8 Ou = 7grO2/m3 OU= x = 28grO2/m3 Qk = 310 x1000 1.8 = 19929 kg/ngđ 28 Phân bố ống cấp khí : Chọn ống phân phối khí bố trí dọc theo trục bể Diện tích bề mặt bể : F = 3,5 x 9,5 = 33,27m2 Bố trí dàn ống cấp khí với khoảng cách Trên ống bố trí ống nhánh dài 1m đặt vuông góc với ống cách 0,3 m Trên nhánh khoan lỗ D5 cách 10 cm thành hàng dọc Số lỗ ống nhánh n1 = 10 lỗ Số nhánh dàn ống : n = 9,5/0,3 = 32 nhánh Số lỗ dàn ống : 10 x 32 = 320 lỗ Diện tích lỗ D5 : flỗ = 19.62510-6 m2 Tổng diện tích lỗ dàn ống f lo Lu lợng không khí qua dàn ống : Q= = 320 x19.625.10 = 6.3 x10 m2 19929 = 0.23m / s 24 x3600 Vận tốc khí qua lỗ: vk = 0.23 = 18m / s 6.3 x10 x VI.3 Tính toán bể lắng thứ cấp Diện tích bể lắng theo công thức: S= Q ì (1 + ) ì X X t ì VL [13] Trong đó: Xt - nồng độ cặn dòng tuần hoàn, Xt = 8000 (mg/l) X - nồng độ bùn hoạt tính bể, X = 3500 (mg/l) Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 32 Đồ án môn học - h ệ số tuần hoàn = Qt X 3500 = = = 0,78 Q X t X 8000 3500 VL - vận tốc nớc xuống dòng tuần hoàn tạo (m/s) với VL = Vmax ì e-Kx cl x10 [13] Trong đó: CL = 0,5 x Ct = 4000(ml/l) Vmax = 7m/h K = 600 80 < SVI < 150 (ml/g) VL = 7.e-600.4000.10 S= = 0,64 (m/h) 300(1 + 0.78)3500 = 15,2 (m2) 24 x8000 x0.64 + Nếu kể diện tích buồng phân phối trung tâm: S = 1,1 ì 15,2 =16,72 (m2) Do đờng kính bể D = 4,6 (m) Chọn D = (m) Diện tích bể 19,6 m2 + Đờng kính buồng ống phân phối trung tâm: d = 0,25 ì D = 1,25 (m) + Diện tích buồng ống phân phối trung tâm: f = ì d2/4 =1,23 (m2) [13] [13] + Diện tích vùng lắng bể: SL = 19,6 - 1,23 = 18,37 (m2) + Tải trọng thủy lực: a= Q = SL 300 18.37 = 16,33 (m3/ m2 ngày) [13] + Vận tốc lên dòng nớc bể: V = 16,33/24 = 0,68 (m/h) + Máng thu nớc đợc đặt vòng tròn có d = 0,8 ì D = m + Chiều dài máng thu nớc (chu vi) L = ì d = 3,14 ì =12,57 (m) + Tải trọng thu nớc 1m chiều dài máng: aL = Q = 300 L 12.57 = 23,87 (m3/m2 ngày) + Tải trọng bùn: b= (Q + Qt ) ì C = 24 ì S L 1,78 x300 x3500 x10 24 x18.37 = 4,2 (kg/m2.h) [13] Xác định chiều cao bể: + Chọn chiều cao bể: H = m Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 33 Đồ án môn học + Chiều cao dự trữ mặt thoáng h1 = 0,3 m + Chiều cao cột nớc bể: 4,7 m gồm: + Chiều cao phần nớc h2 = 2,5 m + Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 30% tâm h3 = 0,3 ì Rbể = 1,5 m + Chiều cao phần chứa bùn cặn hình trụ: h4 = H - h1 - h2 - h3 = - 0,3 -1,5 - 2,5 = 0,7 (m) + Thể tích phần chứa bùn: Vb = S ì h4 = 19,6 ì 0,7 = 13,72 (m3) + Nồng độ bùn trung bình bể: Ctb = 1,5 ì 8000 C L + Ct 1,5C t = = = 6000 (mg/l) 2 + Lợng bùn chứa bể lắng: Gb= Vb ì Ctb = ì 13,72= 82,32 (kg) + Thời gian lu nớc bể lắng: Dung tích bể lắng: V = H ì S = 4,7 ì 19,6 = 92,12 m3 Lu lợng nớc vào bể lắng Ql = Q ì (1+) = 300 ì 1,78 = 534 (m3/ngày) Thời gian lắng: t = [13] V 92.12 = = 0,17 ngày = 4,2 (h) QL 534 VI.4 Tính toán hồ sinh học Chọn thời gian lu nớc hồ : t = 15 (ngày) Thể tích hồ cần : V=15 x 300 = 4500 (m3) Chọn chiều sâu hồ h = (m) Diện tích hồ : F = 4500/3 = 1500 (m2) Tài liệu tham khảo GS.TS Trần Hiếu Nhuệ, TS ứng Quốc Dũng, TS Nguyễn Thị Kim Thái Quản lý chất thải rắn Chất thải rắn đô thị : Tập Nhà xuất xây dựng Hà Nội - 2001 TS Đặng Xuân Hiển Bài giảng xử lý nớc thải Trung tâm kỹ thuật Môi trờng đô thị khu công nghiệp ĐTM dự án xây dựng bãi chôn lấp phế thải đô thị Tây Mỗ - Hà Nội - 1998 Bộ KH, CN & MT : Báo cáo trạng môi trờng Việt Nam -1998- 1999 Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 34 Đồ án môn học PGS.TS Lơng Đức Phẩm Công nghệ xử lý nớc thải biện pháp sinh học Nhà xuất giáo dục Bộ KH, CN & MT: Dự thảo đề án xây dựng kế hoạch xử lý triệt để sở gây ô nhiễm môi trờng nghiêm trọng Hà Nội - 8/1999 Hớng dẫn kỹ thuật Xử lý ô nhiễm môi trờng bãi chôn lấp hoạt động đóng bãi PGS.TS Nguyễn Thị Sơn Bài giảng vi sinh môi trờng Cục Môi trờng: Báo cáo trạng Môi trờng Hà Nội - 1998- 1999 10 Ngân hàng giới, Cục bảo vệ Môi trờng - CIDA Báo cáo diễn biến Môi trờng Việt Nam 2004 - Chất thải rắn 11 Báo cáo : "Điều tra khảo sát đánh giá hoạt động hai bãi chôn lấp Tây Mỗ & Nam Sơn đề xuất biện pháp làm giảm thiểu ô nhiễm môi trờng." 12 Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế hệ thống xử lý nớc bãi Nam Sơn 13 TS Trịnh Xuân Lai Tính toán thiết kế công trình xử lý nớc thải Nhà xuất Xây dựng 2000 Lớp công nghệ môi trờng A- K45 Trang 35