GIáo trình xử lý nước thải dành cho kỹ sư môi trường, giáo trình này bao gồm nhêu kiến thức công nghệ và kỹ thuật cho các kỹ sư môi trường tính toán và thiết kế các công trình xử lý nước thải các ngành và lĩnh vực khác nhau.
Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.1 Phân loại nguồn nước thải 1.2 Lưu lượng nước thải 1.3 Chất lượng nguồn nước thải 1.4 Tiêu chuẩn nước thải 1.5 Xác định mức độ lựa chọn công nghệ xử lý Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.1 Phân loại nguồn nước thải Phân loại theo nguồn gốc phát sinh: Ở đô thị, NT đô thị hay nước cống (municipal wastewater, sewage) = NTSH + NTCN + nước chảy tràn, nước thấm Phân loại theo đặc điểm nguồn thải: BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế “Nước đen” (blackwater) - nước thải vệ sinh chứa phân, nước tiểu, vi khuẩn gây bệnh, “Nước xám” (greywater) - nước thải tắm giặt, nấu ăn, chứa thành phần vô cao (chủ yếu chất rắn lơ lửng), chất tẩy rửa, dầu mỡ, NTSX chia thành hai nhóm: NTSX quy ước sạch: nước làm nguội thiết bị, ngưng tụ nước mức độ ƠN khơng lớn, chủ yếu chất rắn vô cơ, nhiệt độ cao tuần hồn xả ngồi NTSX bẩn: chứa chất ƠN khác (vơ cơ, hữu cơ); số loại NT chứa chất độc hại kim loại nặng nguy hiểm mặt vệ sinh, dịch bệnh BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.2 Lưu lượng nước thải NTSH phân chia thành nhóm Các nguồn thải xác định hay nguồn thải điểm (point source): cống xả NT sinh hoạt, NT công nghiệp Các nguồn thải phân tán hay nguồn thải không điểm (non-point source): nước chảy tràn động ruộng, nước chảy tràn đô thị (urban run-off) BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NT sinh hoạt (domestic wastewater) NT công nghiệp (industrial wastewater) NT nông nghiệp hay nước chảy tràn đồng ruộng (agricultural run-off) 1.2.1 Đo lưu lượng Về nguyên tắc, đo trực tiếp lưu lượng nguồn thải mương hay ống thải phương pháp tốt để có số liệu lưu lượng thải Các phương pháp đo lưu lượng: Đo ống kín (closed pipe) Các lưu lượng kế áp suất vi sai (Differential pressure flowmeter): Ống venturi, Ống Pitot… Lưu lượng kế từ (Magnetic flowmeter) Lưu lượng kế siêu âm (Ultrasonic flowmeter) Đo dòng chảy kênh hở (open channel) PP đơn giản (thủ công): Dùng vật – đo vận tốc dòng chảy (v) tính Q = v × A Dùng xơ/thùng để lường PP xác (liên tục, tự động hóa): Tấm chắn (weir): Hình chữ V, Hình chữ nhật Kênh (flume): Kênh Parshall (hay venturi) BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ví dụ: Đo Q với chắn chữ V (V-notch weir) Ví dụ: Góc chắn = 900 Mức nước H = 0.3 m Lưu lượng thải = 4969 x 0.32.5 = 245 m3/h BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Bảng 1.1 Lưu lượng NT từ bệnh viện (Nguồn: Trần Đức Hạ, 2002) TT Quy mô BV, giường bệnh Lưu lượng NT, m3/ngày < 100 70 100 ~ 300 100 ~ 200 300 ~ 500 200 ~ 300 500 ~ 700 300 ~ 450 > 700 > 500 Bảng 1.2 Tiêu chuẩn NT với cơng trình cơng cộng, dịch vụ (Nguồn: Trần Đức Hạ, 2002) TT Loại hình Đơn vị tính (U) Tiêu chuẩn NT, L/U/ngày Giường 200 ~ 300 Khách sạn, nhà nghỉ Nhà hàng Chỗ ngồi 50 ~80 Quán cà phê, giải khát Chỗ ngồi 10 ~ 15 Trường học Học sinh 15 ~ 25 Nhà trẻ Trẻ em 50 ~ 100 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.2.2 Ước tính lưu lượng khơng đo Ước tính dựa vào mơ hình tốn hay hệ số phát thải chấp nhận (1) Đối với NTSH Lưu lượng NTSH = 65 ~ 80% lưu lượng nước cấp Nước cấp số liệu thực tế hay tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt Đối với loại hình khác bệnh viện, cơng sở, khách sạn, dựa vào tiêu chuẩn sử dụng nước Trong điều kiện Việt Nam, tham khảo số liệu dẫn tài liệu [Trần Đức Hạ, 2002] bảng 1.1 1.2 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ (2) Đối với NTCN Lưu lượng NT dao động tuỳ thuộc vào quy mơ, tính chất sản phẩm, quy trình cơng nghệ, việc tuần hồn nước sở sản xuất Trong điều kiện khơng có số liệu đo đạc, ước tính: Theo lượng nước cấp (QNT ≤ Qcấp) Theo phương pháp “Điều tra nhanh nguồn thải” (Rapid Source Inventory Technique) WHO đề xuất (1993) (WHO Vol.1 Vol.2) Theo diện tích khu CN – 14 m3/ha/d với KCN sản xuất sản phẩm khơ, nước 14 – 28 m3/ha/d với KCN sản xuất sản phẩm “ướt” BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.2.3 Dao động lưu lượng NT Q dao động theo thời gian: ngày, tháng năm, đặc trưng bởi: Giá trị Mô tả Sử dụng Giá trị trung bình thể tích NT thu hàng ngày, tính 12 tháng liên tục năm thiết kế Tính chi phí trạm bơm, hóa chất, phát sinh bùn, tải trọng hữu Lưu lượng ngày lớn Thể tích dòng chảy lớn thu 24 liên tục Tính thời gian lưu cho bể điều hòa bể tiếp xúc clo Lưu lượng cực đại* Thể tích lớn thu giờ, dựa số liệu hàng năm Tính tốn trạm bơm NT, thiết bị đo lưu lượng, bể lắng cát, bể lắng, bể tiếp xúc clo, *Lưu lượng cực đại thường giả thiết lần lưu lượng trung bình BM KTMT - Khoa Mơi trường – Trường ĐHKH Huế Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ Ví dụ 1: Xác định thơng số lưu lượng tính tốn thiết kế trạm XLNT thị với dân số 110.000 người, có tiêu chuẩn thải nước 150 L/cap/d Các nguồn thải khác: Bảng 1.3 Hệ số không điều hoà phụ thuộc vào lưu lượng NTĐT (theo TCVN 7957:2008) Lưu lượng trung bình (QTB) Lưu lượng lớn nhất, lưu lượng cực đại (Qmax) Lưu lượng nhỏ (Qmin) Hệ số khơng điều hòa (K) Lưu lượng trung bình Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Từ bệnh viện: 220 m3/d Từ trường học: 600 m3/d Từ công nghiệp: 1400 m3/d Giải Lưu lượng NTSH: Qsh= 150 L/cap/d x 110.000 x 0,001 m3/L= 16.500 m3/d Lưu lượng NT đô thị: Qtổng = 16500 + 220 + 600 + 1400 = 18.720 m3/d Lưu lượng trung bình: QTB = 18.720 m3/d Lưu lượng TB = 18.720/24 = 780 m3/h Lưu lượng giây TB = 780/3,6 = 216,67 L/s Tra bảng 1.3 có K = 1,58 Lưu lượng lớn nhất: Qmax,h = 780 m3/h x 1,58 = 1232,4 m3/h BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 11 K0: tỷ số lưu lượng cực đại hay cực tiểu/lưu lượng trung bình Áp dụng NTCN chiếm không 45% tổng lưu lượng NTĐT Với riêng nước thải công nghiệp Xác định hệ số điều hoà NTCN cần phải dựa phân tích thống kê số liệu NT sở sản xuất Thường hay lấy giá trị K = 2,5 ~ cho nhiều trường hợp khơng có số liệu thống kê BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 10 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ Ví dụ 2: Tính lưu lượng TB lớn cho khu dân cư 10.000 người Tiêu chuẩn cấp nước 200 L/cap/d 80% nước cấp chuyển thành nước thải vào cống Giả thiết lưu lượng lớn gấp lưu lượng TB Giải Bước Ước tính QTB ngày QTB,d = 200 L/cap/d x 0,80 x 10.000 x 0,001 m3/L = 1.600 m3/d Bước Tính QTB QTB,h = 1600 m3/d x d/24 h = 66,67 m3/h Bước Ước tính Qmax Qmax,h = 66,67 m3/h x = 200 m3/h BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 12 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.3 Đặc điểm chất lượng nước thải - Trường hợp thiết kế cho nguồn thải tồn (NM Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Bảng 1.4 Lượng chất ô nhiễm người thải vào hệ thống nước thị ngày (Theo TCVN 7957:2008) hoạt động, nâng cấp hệ thống XLNT,…): quan trắc đầy đủ, theo chuỗi thời gian thông số đặc trưng: SS, BOD5/COD, N, P,… giá trị TB, khoảng biến thiên,… quan trắc thông số khác có ảnh hưởng đến q trình xử lý: pH, nhiệt độ, độ kiềm, kim loại nặng,… khoảng giá trị - Trường hợp thiết kế với nguồn thải chưa tồn (NM chưa Thành phần 60 -65 BOD5 NT lắng 30 – 35 BOD5 NT chưa lắng NH4-N hoạt động): tham khảo NT nhà máy tương tự, tham khảo tư liệu ước tính theo PP điều tra nhanh (hệ số phát thải) - NTSH thường tương đồng (thành phần định tính, định lượng) địa phương khác NTCN thay đổi, loại hình sản xuất BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Giá trị (g/cap/d) SS 65 Phospho (P2O5) Cl- 3,3 10 Chất hoạt động bề mặt 2,0 - 2,5 Nếu NT qua bể tự hoại nồng độ SS giảm 55-65% BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 13 14 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.4 Các tiêu chuẩn xả thải Nước thải xả vào nguồn phải đáp ứng quy định tiêu chuẩn môi trường hành: QCVN 14:2008/BTNMT Giá trị tối đa cho phép thông số ô nhiễm NTSH thải nguồn nước tiếp nhận không vượt giá trị Cmax : Cmax = C K Trong đó: QCVN 14:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt (thay TCVN 6772:2000) QCVN 40:2011/BTNMT-Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia NT công nghiệp (thay QCVN 24:2009) Các QCVN khác Bộ TNMT ban hành nước thải công nghiệp cụ thể (01:2008-NT chế biến cao su; 11:2008 – NT chế biến thủy sản; 12:2008 – NT Công nghiệp giấy; 13:2008 – Công nghiệp dệt may,…) BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 15 C giá trị nồng độ thông số ô nhiễm quy định Bảng quy chuẩn K hệ số tính tới quy mơ, loại hình sở dịch vụ, sở công cộng chung cư quy định Bảng quy chuẩn Khơng áp dụng cơng thức tính Cmax cho pH tổng coliforms BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 16 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Bảng Giá trị thông số ô nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt Bảng 2: Giá trị hệ số K ứng với loại hình sở dịch vụ, sở công cộng chung cư Cột A: thải vào nguồn nước dùng cấp cho sinh hoạt Cột B: thải vào nguồn nước không dùng cấp cho sinh hoạt BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 17 18 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ QCVN 40:2011/BTNMT Giá trị tối đa cho phép thông số ô nhiễm NTCN thải nguồn nước tiếp nhận không vượt giá trị Cmax : Cmax = CKq Kf Trong đó: Bảng Giá trị thơng số nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải công nghiệp C giá trị nồng độ thông số ô nhiễm (theo bảng quy chuẩn) Kq: hệ số lưu lượng/dung tích nguồn tiếp nhận (các bảng 2,3 quy chuẩn) Kf: hệ số lưu lượng nguồn thải (bảng quy chuẩn) BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 19 TT Thông số Đơn vị Giá trị C A B - 50 150 5,5 - Màu pH - 6-9 BOD5 (200C) mg/l 30 50 COD mg/l 75 150 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 11 Crom (VI) mg/l 0,05 0,1 18 Tổng Xianua mg/l 0,07 0,1 20 Tổng dầu mỡ khoáng mg/l 10 23 Amoni (tính theo N) mg/l 10 24 Tổng Nitơ mg/l 20 40 25 Tổng Phơtpho (tính theo P) mg/l 31 Coliform MPN/100ml 3000 5000 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 20 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Bảng Hệ số Kq nguồn tiếp nhận nước thải sông, suối, kênh, mương, khe, rạch Lưu lượng dòng chảy nguồn tiếp nhận nước thải (Q, m3/s) Hệ số Kq Bảng Hệ số Kq hồ, ao, đầm Dung tích nguồn tiếp nhận nước thải (V, m3) Hệ số Kq V ≤ 10 x 106 0,6 Q 50 0,9 10 x 106 < V ≤ 100 x 106 0,8 50 < Q 200 V > 100 x 106 1,0 200 < Q 500 1,1 Q > 500 1,2 Các giá trị Q, V tính trung bình từ tháng khô kiệt năm liên tiếp Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Các tiêu chuẩn CLN nguồn tiếp nhận Bảng Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf Lưu lượng nguồn thải (F, m3/24h) Hệ số Kf F ≤ 50 1,2 50 < F ≤ 500 1,1 500 < F ≤ 5.000 1,0 F > 5.000 0,9 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 21 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.5 Xác định mức độ công nghệ xử lý nước thải 1.5.1 Xác định mức độ xử lý Trường hợp đơn giản: dựa vào đối chiếu đặc trưng nước thải với yêu cầu xả thải: Mức độ xử lý = [Nồng độ chất ÔN NT] - [Nồng độ chất ÔN cần đạt theo tiêu chuẩn] Trường hợp chi tiết (tính đến đặc điểm nguồn tiếp nhận) phải dựa trên: yêu cầu CLN (theo mục đích sử dụng nước) khả tự làm nguồn tiếp nhận Mức độ xử lý = [Nồng độ chất ÔN NT] - [Nồng độ chất ƠN cần đạt theo tính tốn] Nồng độ chất ƠN cần đạt theo tính tốn: nồng độ mà sau pha lỗng chịu chuyển hóa nguồn nhận (nếu có) đạt tiêu chuẩn sử dụng nước điểm tính tốn hạ lưu BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt (thay TCVN 5942:1995) QCVN 09:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm (thay TCVN 5944:1995) QCVN 10:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước biển ven bờ (thay TCVN 5943:1995) 23 22 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ (1) Q trình pha lỗng NT với nước nguồn Số lần pha loãng nước thải: n Trong : Q'q Cnth Cng q C Cng (1.1) Q’: Lượng nước nguồn tham gia pha loãng nước thải: Q' a Q (1.2) Q, q: Lưu lượng nước sông (tần suất 95%) nước thải Cng, Cnth: Nồng độ chất ÔN nước sơng nước thải C: Nồng độ chất ƠN hỗn hợp nước sơng nước thải điểm tính tốn a: phần nước sơng tham gia pha lỗng với nước thải (hệ số pha loãng) Từ (1.1) (1.2) ta có: aQ q Cnth q (C Cng ) Cng Cnth n (C Cng ) Cng (1.3a) (1.3b) BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 24 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Trường hợp pha lỗng NT sơng xn Trường hợp xả NT vào hồ: Số lần pha lỗng (cơng thức Ruffel): n x Q, Cng Hệ số pha loãng a (FrolovRodzilles): a: hệ số thực nghiệm: 1 ea x a Q 1 ea x q E a . q (1.5) : hệ số hình thái dòng chảy: x xn (1.6) nd: số lần pha loãng ban đầu: Xả nước thải tầng mặt điểm tính tốn q, điểm Cnth xả n (1.4) q 0,0118 H q 0,00118 H nc: số lần pha loãng bản: Xả nước thải ven bờ (1.9) nc 1 0,412( x x 0,6270,0002( x ) ) (1.11) x Xả nước thải xa bờ Xả nước thải tầng đáy E: hệ số khuếch tán rối; với sông lớn, chảy qua đồng bằng: E : hệ số vị trí cống xả nước thải (= xả nước thải ven bờ; = 1,5 xả nước thải lòng sông) d = nd nc (1.8) v H tb tb 200 q 0,0087 H n d q 0,000435H (1.10) 25 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ví dụ Xác định độ tăng hàm lượng SS hồ chứa vị trí cách cống xả nước thải tầng mặt ven bờ 200 m Độ sâu hồ chứa nước 3,0 m; lưu lượng nước thải 0,025 m3/s; hàm lượng SS nước thải 150 mg/L Giả thiết hàm lượng SS nước hồ trước nhận thải mg/L Giải: 0,025 0,0118 32 3,68 Số lần pha loãng ban đầu theo (1.9): nd 0,025 0,00118 32 (1.12) x: Khoảng cách tiết diện tính tốn, (1.7) m: - xả nước ven bờ: x 6,53H hô1,167 (1.13) vtb: vận tốc TB dòng chảy, m/s Htb: độ sâu TB dòng chảy, m BM KTMT - Khoa Mơi trường – Trường ĐHKH Huế x ) x 0,410,0064( x n 1,85 2,32( ) c x - xả nước xa bờ: x 4,41Hhô1,167 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế (1.14) 26 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ (2) Q trình oxy hòa tan Phương trình Streeter-Phelps: Thời gian đạt điểm tới hạn: tth (1.15) (1.16) Trường hợp tính đến pha lỗng: k1,ng t k t (Lnth Lng ).e 1,nth Lbs n Khoảng cách tiết diện tính tốn x theo (1.13): x = 6,53x31,167 = 23,53 Số lần pha loãng theo (1.11): 200 0,6270, 0002 23,53 200 nc 0,412 2,58 23,53 Số lần pha loãng chung (theo 1.8): n = 3,68 x 2,58 = 9,5 Độ tăng hàm lượng chất lơ lửng hồ xác định theo (1.1) là: 150 C 15,8 mg/L 9,5 Lng: BOD nước nguồn điểm trước xả nước thải, mg/L; Lbs: BOD bổ sung nước thời gian t, thường 1,0 - 2,5 mg/L; k1,ng k1,nth- số tốc độ tiêu thụ oxy sinh hóa nước nguồn hỗn hợp nước sông với nước thải, điều kiện 20oC, thông thường lấy 0,1 ngày-1 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 27 Lt Lng e (1.17) 28 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ Ví dụ Xác định BOD hỗn hợp nước sông và nước thải sau 0,5 ngày , biết rằng: - BOD nước sông 10 mg/L; nước thải 150 mg/L - Tại thời điểm 0,5 ngày, số lần pha loảng n 45 - Nhiệt độ nước sông 250C Giải: Ở điều kiện 20oC số tốc độ tiêu thụ oxy sông K1=0,1 ngày-1 Xác định hệ số K1 25oC: K1250 C 0,11,0472520 0,121 (ngày -1) 15010e0,121x0,5 1,5 13,8 (mg/L) 45 BM KTMT - Khoa Mơi trường – Trường ĐHKH Huế (3) Tính mức độ xử lý theo SS Cân khối SS nước sơng thời điểm tính tốn sau tiếp nhận nước thải : a Q Cng q Cnth (a Q q) (Cng b) 29 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ (1.18) b: Độ tăng hàm lượng SS nguồn sau tiếp nhận nước thải (xác định theo TCVN 7957:2008) Hàm lượng chất ƠN tính theo BOD5 bổ sung nước sông chọn là: 1,5 mg/L Hàm lượng chất ƠN tính theo BOD5 lớn tiết diện tính tốn sau điểm xả nước 0,5 ngày xác định theo biểu thức (1.17) là: Lt ,max 10 e0,121x0,5 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Cnth b ( aQ 1) Cng q (1.19) Hiệu xử lý theo SS : E (%) C0 Cnth 100 (1.20) SS C0 C0 hàm lượng SS nước thải trước xử lý, mg/L; Cnth hàm lượng SS nước thải sau xử lý, mg/L BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 30 Quy trình xác định Lnth,tt (4).Tính mức độ xử lý theo BOD BOD NT xả nguồn thỏa mãn điều kiện: BOD hỗn hợp nước sơng với nước thải điểm tính tốn không lớn giá trị cho phép theo QCVN 08:2008/BTNMT DO điểm tính tốn lớn giá trị quy định theo yêu cầu QCVN 08:2008/BTNMT Không lớn giá trị cho phép theo QCVN 14:2008/BTNMT QCVN khác Hiệu suất xử lý nước thải theo BOD : L L EBOD nth,tt 100 (1.21) L0 L0: nồng độ BOD nước thải trước xử lý, mg/L; Lnth,tt: nồng độ BOD nước thải tính theo điều kiện trên, mg/L BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 31 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 32 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ (a).Xác định BOD5 NT xả nguồn theo q trình tiêu thụ ơxy sinh học Phương trình cân khối BOD5 điểm tính tốn : (b) Xác định BOD5 NT xả nguồn để trì DO u cầu điểm tính tốn không kể đến khuếch tán ôxy bề mặt Yêu cầu sau xả nước thải ngày, hàm lượng DO nước sông thấp nhất, đạt giá trị theo QCVN Cân DO điểm tính tốn sau ngày: q.Lnth.e k1,nth t a.Q.Lng e k1,ng t (q a.Q).Lcp (1.22) t: thời gian pha lỗng nước sơng với nước thải từ điểm xả đến điểm tính tốn, ngày; k1,ntn k1,ng - số tốc độ tiêu thụ ôxy nước thải nước nguồn; thường lấy = 0,1 ngày–1 (ở 20oC) Từ (1.22) xác định BOD yêu cầu nước thải sau xử lý: Lnth Lcp a.Q k t (Lcp Lng e ng ) knth t knth t q.e e (1.23) BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế a.Q.Ong (a.Q.Lng e q.Lnth.e 2 k1,nth ) (a.Q q).Oyc (1.24) Từ đây, xác định nồng độ BOD5 nước thải xả vào nguồn: Lnth 33 2.k1,ng a.Q 2.k 2.k 2.k (Ong Oyc Lng e 1,ng ).e 1,nth Oyc e 1,nth (1.25) q BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 34 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ (c).Xác định BOD5 NT xả nguồn để trì nồng độ DO u cầu điểm tính tốn có kể đến khuếch tán ôxy bề mặt Giải La từ hệ phương trình gồm phương trình (1.15) (1.16) (giải lặp) k1.La k1.tth k2 tth e ) Da ek2 tth Dth k k (e (1.26) k D (k k ) ln 1 a k k1.La tth k2 k1 Ví dụ 3: Xác định mức độ xử lý cần thiết để chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cho thành phố K Biết : - Lưu lượng nước thải q = 0,736 m3/s - BOD5 nước thải L0 = 274 mg/L - Hàm lượng SS nước thải: C0 = 282 mg/L - Điểm kiểm tra nước sông phục vụ cho trạm cấp nước theo chiều dòng chảy x = 4,5 km theo đường thẳng xn =4,1 km - Lưu lượng nước sông nhỏ (tần suất 95%) Q = 24 m3/s - Vận tốc trung bình dòng chảy sơng là: vtb = 0,45 m/s - Độ sâu TB sông ứng với lưu lượng nhỏ nhất: Htb = 2,13 m - BOD5 nước sông = 2,2 mg/L - Hàm lượng DO nước sông = mg/L - Hàm lượng SS nước sông = 10 mg/L Da: độ thiếu hụt ôxy nước nguồn trước xả thải: Da = DObh – Dong Dth: độ thiếu hụt ôxy điểm tới hạn: Dth = DObh – DOyc La: BOD hỗn hợp nước thải nước sông thời điểm xả thải Tính Lnth từ La: Lnth a.Q ( La Lng ) La (1.27) q BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 35 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 36 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Giải: (1) Xác định hệ số pha loãng a: x 4,5 Hệ số hình thái sơng (1.6): xn 4,1 1,1 Hệ số khuếch tán rối (1.7): E E 0,0048 1,1.1,5.3 0,308 q 0,736 a 38 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ c) Xác định nồng độ BOD5 u cầu để đảm bảo hàm lượng ơxy hòa tan nước sơng có kể đến q trình làm thoáng bề mặt: DObh 20oC = 9,17 mg/L; DOyc = mg/L Da= 9,17 – = 1,17 (mg/L) 0,1.La 0,1.tth 100,2.tth ) 1,17.100,2.tth 3,17 0,2 0,1 (10 0,2 1,17(0,2 0,1) Thay vào (1.26) có hệ phương trình: lg 1 0,1 0,1.La t th 0,2 0,1 Dth= 9,17 – = 3,17 (mg/L) Lcp a.Q k t (Lcp Lng 10 ng ) knth t q.10knth t 10 0,83.24 0,1.0,115 10 (4 2,2.100,1.0,115) 4.100,1.0,115 55,7 mg/L 0,736 b) Xác định nồng độ BOD5 yêu cầu để đảm bảo hàm lượng ơxy hòa tan nước sơng mà khơng kể đến q trình làm thống bề mặt Giải lặp cho tth = 2,5 ngày; La = 11,38 mg/L Tính Lnth theo (1.27): 0,83.24 a.Q (11,47 2,2) 11,47 260 mg/L (La Lng ) La 0,736 q a) Vì La) Lc) so sánh Lnth với Lnth,cp = 30 mg/L (QCVN 14:2008, cột A) nth anth ) Vì Lnth Lnth,cp Lnth = 30 mg/L a.Q 2.k 2.k 2.k Lnth (Ong Oyc Lng 10 1,ng ).10 1,nth Oyc.10 1,nth q Lnth 0,83.24 (8 2,2.102.0,1 ).102.0,1 6.102.0,1 16,7 mg/L 0,736 Mức độ xử lý BOD = (274 – 30).100/274 = 89 % ) Theo sơ đồ, Lanth Lbnth) nên tính tiếp trường hợp c) BM KTMT - Khoa Mơi trường – Trường ĐHKH Huế C0 Cnth 282 31,04 100 100 88,98 % C0 282 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 37 4500 0,115 ngày vtb = 0,45 m/s t 0,45.86400 0,83.24 1) 10 31,05 mg/L 0,736 Hiệu xử lý : 1 e 1 2,72 0,83 Q a x 24 e 1 2,720,308 4500 q 0,376 (3) Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết theo BOD5 : a) Xác định nồng độ BOD5 yêu cầu nước thải xả nguồn theo q trình tiêu thụ ơxy sinh học a.Q 1) Cng q 0,75( 0,308.3 4500 Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Cnth b( ESS a x BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế Lnth (2) Xác định mức độ xử lý nước thải theo SS : vtb.Htb 0,45.2,13 0,0048 200 200 Do xả xa bờ, theo (1.5): a . Theo (1.4): Chương NGUỒN NƯỚC THẢI, TIÊU CHUẨN THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 39 BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 40 10 Chương Các cơng trình xử lý điều kiện tự nhiên 5.1.2 Tính tốn thiết kế bãi lọc ngập nước Nguyên tắc: Xem wetland hệ xử lý sinh học dính bám, dòng đẩy (plug-flow); q trình chuyển hóa chất thải (BOD, N) theo quy luật động học bậc Các thông số thiết kế: thời gian lưu thủy lực, tải trọng hữu hay chất dinh dưỡng, tải trọng thủy lực, chiều cao lớp nước bề mặt, diện tích cần thiết, thơng số thiết kế khác BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 13 5-13 Chương Các cơng trình xử lý điều kiện tự nhiên ln C0 ln Ct ln f 0,7 K T ( Av )1,75 Theo định nghĩa thời gian lưu: t (1) Tính toán bãi lọc ngập nước bề mặt (FWS wetland) Phương trình hiệu suất xử lý BOD theo thời gian lưu: , 75 Ct f e 0, 7 KT Av t [5.1] C0 C0- BOD nước thải chưa xử lý, mg/L Ct- BOD nước thải sau xử lý, mg/L t- thời gian lưu nước thải, ngày KT số phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải Ở 20oC, K20 = 0,0057 d–1 T 20 [5.2] Ở nhiệt độ t: KT K 20 với = 1,1 f – hệ số thực nghiệm, đại diện phần BOD không bị loại lắng đầu bãi; thường chọn f = 0,52 - 0,62 với nước thải sinh hoạt Av - diện tích bề mặt riêng hoạt tính vi sinh vật , m2/m3; thường chọn Av = 15,0 m2/m3 0,7 - Hệ số thực nghiệm BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế t [5.3] C0 Vw A ( d m n d w ) Q Q Q- lưu lương nước thải trung bình, Q = (Qin+Qout)/2, A - diện tích hữu ích bãi lọc, m2 dm- độ sâu lớp đất lọc, m dw- chiều cao lớp nước bề mặt, m n - hệ số, thường n=0,75 5-14 e KT t ' [5.6] KT tính từ K20 theo phương trình (5.2), K20 tính theo: [5.4] K 20 K 37,31 4,172 [5.7] Giá trị Ko nước thải sinh hoạt chọn 1,839 d-1 nước thải công nghiệp có COD cao chọn 0,198 d-1 Thời gian lưu nước t’: m3/d t' Từ phương trình (5.4) xác định diện tích hữu ích bãi lọc ngập nước: Qt Q (ln C0 ln Ct ln f ) A [5.5] d m n d w 0,7 K T ( Av )1, 75 ( d m n d w ) A d Q [5.8] d- chiều sâu lớp vật liệu lọc phụ thuộc vào loại lớp đất phía trên, m - hệ số độ rỗng lớp vật liệu lọc Từ (5.6) (5.8), diện tích bề mặt bãi lọc SSF: Thường diện tích cơng trình phụ trợ 30% tổng diện tích bãi lọc BM KTMT - Khoa Mơi trường – Trường ĐHKH Huế 14 Chương Các cơng trình xử lý điều kiện tự nhiên (2).Tính tốn bãi lọc dòng chảy ngầm (SSF wetland) Hiệu suất xử lý BOD với bãi lọc SSF: C Từ phương trình [5.1] xác định thời gian lưu thủy lực cần thiết: t Chương Các cơng trình xử lý điều kiện tự nhiên 15 5-15 A Q t' Q (ln C0 ln Ct ) d KT d [5.9] BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 16 5-16 Chương Các cơng trình xử lý điều kiện tự nhiên Diện tích mặt cắt ướt vng góc với chiều dòng chảy lớp vật liệu lọc Ac: Q Ks S Wetland design: First order model (Kadlec & Knight, 1996) [5.10] BOD (mg/l) Ac Chương Các cơng trình xử lý điều kiện tự nhiên Ks- Hệ số thấm lọc (hay độ dẫn thủy lực) vật liệu lọc, m3/m2/d S- Độ dốc đáy lớp vật liệu lọc Theo Reed (1988), đại lượng KsS không lớn 8,6 m/d Độ rỗng , hệ số Ks phụ thuộc vào kích thước hạt vật liệu lọc xác định theo bảng sau: Loại vật liệu lọc Kích thước hạt tối đa 10%, mm Độ rỗng Hệ số thấm lọc Ks m3/m2/d 0,42 0,39 0,35 420 480 500 Cát trung bình Cát lớn Đá sỏi BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ĐHKH Huế 17 Model parameter values Pollutant BOD5 FWS wetland k20 (m/y) θ (Kadlec & Knight, 1996) SSF wetland k20 (m/y) θ C* (for both wetlands) 34 1.00 180 1.00 – mg/L 1000* 1.00 3000* 1.00 – mg/L Total-N 22 1.05 27 1.05 < 1.5 mg/L Total-P 12 1.00 12 1.00 < 0.02 mg/L Faecal Coliforms 75 1.00 95 1.00