Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ. Công trình xử lý nước thải là hệ thống xử lý nước thải phân tán DEWATS được lựa chọn là công nghệ đã được ứng dụng nhiều nơi trên thế giới như ấn Độ, Indonesia, Nam Phi và đã chứng tỏ được tính đơn giản, hiệu quả trong việc xử lý nước thải. Một ưu điểm nổi bật của công nghệ xử lý nước thải này là việc có thể khống chế chất lượng nước thải đầu ra
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM NHIỆM VỤ MÔI TRƯỜNG Năm 2015 TÊN NHIỆM VỤ: Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ BÁO CÁO Tính toán thiết kế công nghệ, ổn định, kết cấu MÔ HÌNH MH 04 Địa điểm: xã Trực Thái – huyện Trực Ninh – tỉnh Nam Định Chủ trì nhiệm vụ: Tổ chức thực hiện: Tổ chức chủ trì: Cơ quan quản lý: Ths Vũ Hải Nam Trung tâm Đào tạo và Hợp tác quốc tế Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Vụ Khoa học, Công nghệ & Môi trường Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Nội, Tháng 7/2015 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM NHIỆM VỤ MÔI TRƯỜNG Năm 2015 TÊN NHIỆM VỤ: Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ BÁO CÁO Tính toán thiết kế công nghệ, ổn định, kết cấu MÔ HÌNH MH 04 Địa điểm: xã Trực Thái – huyện Trực Ninh – tỉnh Nam Định CHỦ TRÌ NHIỆM VỤ ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ NHIỆM VỤ TRUNG TÂM ĐÀO TẠO VÀ HỢP TÁC QUỐC TẾ GIÁM ĐỐC Th.S Vũ Hải Nam Nguyễn Thị Ánh Tuyết Hà Nội, năm 2015 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 Mục lục 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 1 1.1 Các tài liệu sử dụng để tính toán 1 1.2 Các dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán .2 1.3 Thiết kế qui mô các hạng mục: 2 1.4 Kết luận: 6 1.5 Phụ lục - Các bảng tính: .8 2 TÍNH TOÁN KẾT CẤU 12 2.1 Các tài liệu sử dụng để tính toán 12 2.2 Tính toán sức bền – kết cấu .12 3 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN MÓNG 22 3.1 Lựa chọn trường hợp tính toán ổn định: 22 3.2 Tính toán ổn định nền móng 23 3.3 Kết quả tính toán nội lực bằng phần mềm SAP 2000 25 Trung Tâm Đào tạo và 1 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội Hợp tác Quốc ĐT: +84-4-38522235 tế - Viện Khoa học Fax: +84-4-38536290 Thủy lợi Việt Nam Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 1.1 Các tài liệu sử dụng để tính toán 1.1.1 Tài liệu, tiêu chuẩn: Công trình xử lý nước thải là hệ thống xử lý nước thải phân tán DEWATS được lựa chọn là công nghệ đã được ứng dụng nhiều nơi trên thế giới như ấn Độ, Indonesia, Nam Phi và đã chứng tỏ được tính đơn giản, hiệu quả trong việc xử lý nước thải Một ưu điểm nổi bật của công nghệ xử lý nước thải này là việc có thể khống chế chất lượng nước thải đầu ra Thông số này sẽ được đưa vào như là một thông số đầu vào cho quá trình thiết kế hệ thống xử lý Các tiêu chuẩn và tài liệu sử dụng: - TCVN 7947:2008: Thoát nước – mạng lưới bên ngoài và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế - Qui chuẩn Quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT - Tài liệu hướng dẫn thiết kế DEWATS của tổ chức BORDA 1.1.1 Phương pháp tính toán: Tài liệu hướng dẫn thiết kế DEWATS của tổ chức BORDA dựa trên kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của các module của công nghệ DEWATS và được phát triển thành phần mềm trên nền Micosoft Exel để tính toán Phần mềm thiết kế DEWATS được viết với giao diện Microsoft Exel rất tiện lợi trong việc xử dụng để tính toán thiết kế và kiểm tra Phần mềm có bảo mật để người dùng không thể thay đổi thuật toán tính toán của chương trình Nguyên lý tính toán DEWATS là tính toán hiệu quả xử lý nước thải theo các chỉ tiêu COD, BOD5 Phần mềm còn có ưu điểm là ngoài việc tính toán hiệu quả xử lý còn tính toán được kích thước của các module Và việc làm việc với giao diện Micosoft Exel rất thuận tiện cho người thiết kế Chi tiết về nguyên lý tính toán và phần mềm được nêu trong tài liệu DEWATS của BORDA Trung Tâm Đào tạo và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội ĐT: +84-4-38522235 Fax: +84-4-38536290 1 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 1.2 Các dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán 1.2.1 Lưu lượng thiết kế: Lưu lượng nước thải hoạt động chăn nuôi theo kết quả khảo sát tại trang trại là trung bình 25 l/con/ngày Như vậy, lưu lượng nước thải chăn nuôi trong 01 ngày đêm cần phải xử lý sẽ là: Q = n x q / 1000 Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày đêm) n: Số đầu lợn thường xuyên trong trang trại, n = 400 q: lượng nước hàng ngày cho mỗi đầu lợn, q = 25 l/con/ngày đêm Thay số ta có: Q = 400 x 25 / 1000 = 10 (m3/ngày đêm) Do đó, chọn công suất thiết kế Q = 10 (m3/ngày đêm) làm cơ sở để tính toán thiết kế 1.2.2 Chất lượng nước đầu vào: Đối với nước thải ô nhiễm hữu cơ, việc tính toán hiệu quả xử lý dựa trên nền COD và BOD5 Nồng độ COD và BOD 5 của nước thải chăn nuôi theo kết quả phân tích tại trang trại thì chất lượng nước thải sau hầm biogas hiện có như sau: COD = 1.155 (mg/l); BOD5 = 822 (mg/l) 1.3 Thiết kế qui mô các hạng mục: Sơ đồ đề xuất của hệ thống DEWATS dùng để xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi mô hình MH 04 bao gồm các hạng mục sau: - Bể lắng (Settler) - Bể vách ngăn kỵ khí dòng hướng lên (ABR) - Bể lọc kỵ khí (AF) - Bãi lọc ngang trồng cây Trung Tâm Đào tạo và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội ĐT: +84-4-38522235 Fax: +84-4-38536290 2 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 - Nguồn tiếp nhận là kênh thủy lợi bên cạnh trang trại Hình 1: Sơ đồ hệ thống DEWATS cho mô hình MH 04 1.3.1 Tính toán bể lắng (Settler) Dữ liệu đầu vào: - Nhu cầu ôxi sinh học dòng vào : BOD5 = 822 mg/l - Nhu cầu ôxi hoá học dòng vào : COD = 1.155 mg/l - Thời gian lưu nước trong bể: chọn TBL = 2,0h; - Thời gian xả thải: Txả = 8 giờ - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ngày đêm - Thời gian định kỳ cần hút bùn: TBùn = 9 tháng - Chiều rộng bể lắng: chọn WBL = 1,5 m - Độ sâu mực nước tại cửa xả: chọn HBL = 1,6m Kết quả tính toán: - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bể lắng: 18% Hàm lượng COD tại cửa ra của bể lắng: 953 mg/l - Hàm lượng BOD5 tại cửa ra của bể lắng: 670 mg/l - Chiều dài ngăn thứ nhất: LBL1 = 1,20m - Chiều dài ngăn thứ hai: LBL2 = 0,80m 1.3.2 Tính toán vách ngăn kỵ khí dòng hướng lên (ABR) Dữ liệu đầu vào: Trung Tâm Đào tạo và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội ĐT: +84-4-38522235 Fax: +84-4-38536290 3 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 Dữ liệu đầu vào để thiết kế bế xử lý vách ngăn kỵ khí dòng hướng lên là chất lượng nước đầu ra của bể lắng: - Nhu cầu ôxi sinh học dòng vào :BOD5 = 670 mg/l - Nhu cầu ôxi hoá học dòng vào : COD = 953 mg/l - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ngđ - Thời gian xả thải: Txả = 8h - Nhiệt độ trong bể xử lý : T = 250C - Số ngăn trong bể vách ngăn kỵ khí: n = 6 ngăn - Chiều rộng bể BR: chọn WBR = 1,5m - Độ cao mực nước tại cửa xả: HBR = 1,6m Kết quả tính toán: - Tỉ lệ loại bỏ BOD5 qua bể BR: 84% Hàm lượng BOD5 tại cửa ra của bể BR: 109 mg/l - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bể BR: 81% Hàm lượng COD tại cửa ra của bể BR: 183 mg/l - Chiều dài mỗi ngăn bể ABR: LBR = 0,8m - Thời gian lưu nước trong bể: 26h 1.3.3 Tính toán bể lọc kỵ khí (AF): Dữ liệu đầu vào: Tương tự như tính toán bể ABR, dữ liệu đầu vào để thiết kế bể AF là chất lượng nước đầu ra của bể ABR - Nhu cầu ôxi sinh học dòng vào : BOD5 = 109 mg/l - Nhu cầu ôxi hoá học dòng vào : COD = 183 mg/l - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ngđ - Thời gian xả thải: Txả = 8giờ - Nhiệt độ thấp nhất trong bể AF : T = 250C Trung Tâm Đào tạo và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội ĐT: +84-4-38522235 Fax: +84-4-38536290 4 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 - Độ rỗng của vật liệu lọc: 35% - Bề rộng bể AF = 1,5 m - Độ sâu mực nước tại cửa xả: HAF = 1,6m - Số ngăn trong bể lọc kỵ khí: n = 3 ngăn Kết quả tính toán: - Tỉ lệ loại bỏ BOD5 qua bể AF: 68% Hàm lượng BOD5 tại cửa ra của bể AF: 35 mg/l - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bể BR: 62% Hàm lượng COD tại cửa ra của bể BR: 70 mg/l - Thời gian lưu nước trong bể: 16,1h - Chiều dài mỗi ngăn bể BR: LBR = 1,20m - Chiều cao lớp vật liệu lọc = 0,55m 1.3.4 Tính toán bãi lọc ngang trồng cây (HGF – Horizontal Gravel Filter) Dữ liệu đầu vào: Tương tự như tính toán bể ABR và bể AF, dữ liệu đầu vào để thiết kế bãi lọc ngang HGF là chất lượng nước đầu ra của bể AF - Nhu cầu ôxi sinh học dòng vào :BOD5 = 35 mg/l - Nhu cầu ôxi hoá học dòng vào : COD = 70 mg/l - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ ngày đêm - Nhiệt độ tính toán trong bãi lọc ngang: T = 250C - Độ dốc ngang: 1,0% - Độ sâu tầng lọc: 0,5 m Kết quả tính toán: - Tỉ lệ loại bỏ BOD5 qua bãi lọc ngang HGF: 15% Trung Tâm Đào tạo và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội ĐT: +84-4-38522235 Fax: +84-4-38536290 5 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 Hàm lượng BOD5 tại cửa ra của bãi lọc ngang: 30 mg/l - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bãi lọc ngang HGF: 14% Hàm lượng COD tại cửa ra của bãi lọc ngang: 60 mg/l - Thời gian lưu nước trong bể: 1,08 ngày - Chiều dài bãi lọc ngang: LHGF = 11,90m - Bề rộng bãi lọc ngang: WHGF = 3,50 m 1.4 Kết luận: - DEWATS được tính toán thiết kế dựa trên nền COD và BOD 5 Từ các công trình DEWATS được xây dựng tại các nước trên thế giới và các công trình DEWATS được xây dựng ở Việt Nam đã kiểm chứng rằng kết quả tính toán các chỉ tiêu COD và BOD5 là tin cậy - Về hiệu quả xử lý N và P: Việc loại bỏ N xảy ra theo các bước: Oxi hóa amoni, nitrat hóa và khử Nitrat Trong quá trình này, dưới tác dụng của các nhóm vi khuẩn như Nitrosoma và Nitrobacter thì NH3 bị thành Nitrit (NO2), nitrate (NO3) và cuối cùng thành N tự do và được hấp thụ bởi các loại cây trồng có khả năng hấp thụ N cao Trong DEWATS, hiệu quả xử lý N phụ thuộc điều kiện phát triển của hệ vi sinh vật nói trên và khả năng hấp thụ của các loại cây trồng Nguyên tắc xử lý P trong nước thải của DEWATS là phương pháp sinh học dựa trên khả năng tích lũy hợp chất P Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải ra các phần tích lũy dư thừa (nhóm vi khuẩn Acinetobactor chẳng hạn) Photpho được tách ra khỏi nước thải qua bùn dư hoặc muối kết tủa Hiệu quả loại bỏ P trong nươc thải phụ thuộc vào điều kiện phát triển của các nhóm vi khuẩn này và xảy ra đồng thời với quá trình loại bỏ COD, BOD5 Trong tính toán DEWATS không tính được chính xác hiệu quả xử lý N và P ở module này Tuy nhiên, kết quả từ việc xử lý N, P thông qua các công trình DEWATS được thiết kế theo đúng hướng dẫn có thể đạt tới gần 90% (Tổng N Trung Tâm Đào tạo và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội ĐT: +84-4-38522235 Fax: +84-4-38536290 6 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 đầu vào = 16,6mg/l; tổng N đầu ra = 1,85 mg/l – Mẫu nước quan trắc tại công trình DEWATS bệnh viện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam ngày 30/7/2007) Như vậy, kết quả tính toán thiết kế công nghệ nước thải đầu ra như sau: ST Chỉ tiêu ĐVT Thiết kế Tiêu chuẩn Chi chú T 1 COD mg/l 60 150 QCVN 40:2011 2 BOD5 mg/l 30 50 QCVN 14:2008 Trung Tâm Đào tạo và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội ĐT: +84-4-38522235 Fax: +84-4-38536290 7 Xây dựng thí điểm mô hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ Báo cáo Tính toán thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mô hình số 04 Sử dụng phần mềm SAP 2000 để tính toán nội lực cho kết quả như sau: Nội lực trong dầm: - Mô men lớn nhất trong dầm: M = 62,09 kG.m Nội lực trong cột: Nội lực Điểm A B M (kG.m) -19,70 49,53 N (kG) -558,42 -333,27 1 C D E F 5,50 -17,32 11,85 -34,55 -816,96 -561,81 -502,47 -247,32 Tính toán sức bền cột Ứng suất lớn nhất trong cột tính theo công thức SBVL: Trong đó: F: Diện tích tiết diện cột, F = 0,2 x 0,2 = 0,004 m2 W: Mô đun chống uốn, m3 Như vậy, ứng suất lớn nhất trong cột là: Nội lực (kg/cm2) Điểm A B 2,87 C 4,55 D 2,45 E 2,70 F 2,14 3,21 Như vậy, ứng suất lớn nhất trong cột tại điểm B là max = 4,55 (kg/cm2) BTCT M250 có [] = 130 kG/cm2 Ta thấy max = 4,55 kG/cm2