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

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 mơ 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 nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ BÁO CÁO Tính tốn thiết kế cơng nghệ, ổn định, kết cấu MƠ 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 Hợp tác quốc tế Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Vụ Khoa học, Công nghệ & Môi trường Bộ Nông nghiệp 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 mơ 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 nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ BÁO CÁO Tính tốn thiết kế cơng nghệ, ổn định, kết cấu MƠ 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 mơ hình ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 Mục lục TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 1.1 Các tài liệu sử dụng để tính tốn 1.2 Các liệu đầu vào phục vụ tính tốn .2 1.3 Thiết kế qui mô hạng mục: 1.4 Kết luận: 1.5 Phụ lục - Các bảng tính: .8 TÍNH TỐN KẾT CẤU 12 2.1 Các tài liệu sử dụng để tính tốn 12 2.2 Tính tốn sức bền – kết cấu .12 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN MĨNG 22 3.1 Lựa chọn trường hợp tính tốn ổn định: 22 3.2 Tính tốn ổn định móng 23 3.3 Kết tính tốn nội lực phần mềm SAP 2000 25 Trung Tâm Đào tạo 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 mơ hình ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế cơng nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ 1.1 Các tài liệu sử dụng để tính tốn 1.1.1 Tài liệu, tiêu chuẩn: Cơng trình xử lý nước thải hệ thống xử lý nước thải phân tán DEWATS lựa chọn công nghệ ứng dụng nhiều nơi giới ấn Độ, Indonesia, Nam Phi chứng tỏ tính đơn giản, hiệu việc xử lý nước thải Một ưu điểm bật công nghệ xử lý nước thải việc khống chế chất lượng nước thải đầu Thông số đưa vào thông số đầu vào cho trình thiết kế hệ thống xử lý Các tiêu chuẩn tài liệu sử dụng: - TCVN 7947:2008: Thốt nước – mạng lưới bên ngồi cơng trình – Tiêu chuẩn thiết kế - Qui chuẩn Quốc gia nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT - Tài liệu hướng dẫn thiết kế DEWATS tổ chức BORDA 1.1.1 Phương pháp tính tốn: Tài liệu hướng dẫn thiết kế DEWATS tổ chức BORDA dựa kết nghiên cứu khả xử lý nước thải module công nghệ DEWATS phát triển thành phần mềm Micosoft Exel để tính tốn Phần mềm thiết kế DEWATS viết với giao diện Microsoft Exel tiện lợi việc xử dụng để tính tốn thiết kế kiểm tra Phần mềm có bảo mật để người dùng khơng thể thay đổi thuật tốn tính tốn chương trình Ngun lý tính tốn DEWATS tính tốn hiệu xử lý nước thải theo tiêu COD, BOD5 Phần mềm cịn có ưu điểm ngồi việc tính tốn hiệu xử lý cịn tính tốn kích thước module Và việc làm việc với giao diện Micosoft Exel thuận tiện cho người thiết kế Chi tiết ngun lý tính tốn phần mềm nêu tài liệu DEWATS BORDA Trung Tâm Đào tạo 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 Xây dựng thí điểm mơ hình ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế cơng nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 1.2 Các liệu đầu vào phục vụ tính tốn 1.2.1 Lưu lượng thiết kế: Lưu lượng nước thải hoạt động chăn nuôi theo kết khảo sát trang trại trung bình 25 l/con/ngày Như vậy, lưu lượng nước thải chăn nuôi 01 ngày đêm cần phải xử lý 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 trang trại, n = 400 q: lượng nước hàng ngày cho đầu lợn, q = 25 l/con/ngày đêm Thay số ta có: Q = 400 x 25 / 1000 = 10 (m3/ngày đêm) Do đó, chọn cơng suất thiết kế Q = 10 (m3/ngày đêm) làm sở để tính tốn thiết kế 1.2.2 Chất lượng nước đầu vào: Đối với nước thải nhiễm hữu cơ, việc tính tốn hiệu xử lý dựa COD BOD5 Nồng độ COD BOD nước thải chăn nuôi theo kết phân tích trang trại chất lượng nước thải sau hầm biogas có sau: COD = 1.155 (mg/l); BOD5 = 822 (mg/l) 1.3 Thiết kế qui mô hạng mục: Sơ đồ đề xuất hệ thống DEWATS dùng để xử lý nước thải cho trang trại chăn ni mơ hình MH 04 bao gồm hạng mục sau: - Bể lắng (Settler) - Bể vách ngăn kỵ khí dịng hướng lên (ABR) - Bể lọc kỵ khí (AF) - Bãi lọc ngang trồng Trung Tâm Đào tạo 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 Xây dựng thí điểm mơ hình ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế cơng nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 - Nguồn tiếp nhận kênh thủy lợi bên cạnh trang trại Hình 1: Sơ đồ hệ thống DEWATS cho mơ hình MH 04 1.3.1 Tính tốn bể lắng (Settler) Dữ liệu đầu vào: - Nhu cầu ơxi sinh học dịng vào : BOD5 = 822 mg/l - Nhu cầu ôxi hố học dịng vào : COD = 1.155 mg/l - Thời gian lưu nước bể: chọn TBL = 2,0h; - Thời gian xả thải: Txả = - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ngày đêm - Thời gian định kỳ cần hút bùn: TBùn = tháng - Chiều rộng bể lắng: chọn WBL = 1,5 m - Độ sâu mực nước cửa xả: chọn HBL = 1,6m Kết tính tốn: - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bể lắng: 18%  Hàm lượng COD cửa bể lắng: 953 mg/l - Hàm lượng BOD5 cửa 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 tốn vách ngăn kỵ khí dịng hướng lên (ABR) Dữ liệu đầu vào: Trung Tâm Đào tạo 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 Xây dựng thí điểm mơ hình ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 Dữ liệu đầu vào để thiết kế bế xử lý vách ngăn kỵ khí dịng hướng lên chất lượng nước đầu bể lắng: - Nhu cầu ơxi sinh học dịng vào :BOD5 = 670 mg/l - Nhu cầu ơxi hố học dịng vào : COD = 953 mg/l - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ngđ - Thời gian xả thải: Txả = 8h - Nhiệt độ bể xử lý : T = 250C - Số ngăn bể vách ngăn kỵ khí: n = ngăn - Chiều rộng bể BR: chọn WBR = 1,5m - Độ cao mực nước cửa xả: HBR = 1,6m Kết tính tốn: - Tỉ lệ loại bỏ BOD5 qua bể BR: 84%  Hàm lượng BOD5 cửa bể BR: 109 mg/l - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bể BR: 81%  Hàm lượng COD cửa bể BR: 183 mg/l - Chiều dài ngăn bể ABR: LBR = 0,8m - Thời gian lưu nước bể: 26h 1.3.3 Tính tốn bể lọc kỵ khí (AF): Dữ liệu đầu vào: Tương tự tính tốn bể ABR, liệu đầu vào để thiết kế bể AF chất lượng nước đầu bể ABR - Nhu cầu ơxi sinh học dịng vào : BOD5 = 109 mg/l - Nhu cầu ơxi hố học dịng vào : COD = 183 mg/l - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ngđ - Thời gian xả thải: Txả = 8giờ - Nhiệt độ thấp bể AF : T = 250C Trung Tâm Đào tạo 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 Xây dựng thí điểm mơ hình ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế công nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 - Độ rỗng vật liệu lọc: 35% - Bề rộng bể AF = 1,5 m - Độ sâu mực nước cửa xả: HAF = 1,6m - Số ngăn bể lọc kỵ khí: n = ngăn Kết tính tốn: - Tỉ lệ loại bỏ BOD5 qua bể AF: 68%  Hàm lượng BOD5 cửa bể AF: 35 mg/l - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bể BR: 62%  Hàm lượng COD cửa bể BR: 70 mg/l - Thời gian lưu nước bể: 16,1h - Chiều dài ngăn bể BR: LBR = 1,20m - Chiều cao lớp vật liệu lọc = 0,55m 1.3.4 Tính toán bãi lọc ngang trồng (HGF – Horizontal Gravel Filter) Dữ liệu đầu vào: Tương tự tính tốn bể ABR bể AF, liệu đầu vào để thiết kế bãi lọc ngang HGF chất lượng nước đầu bể AF - Nhu cầu ôxi sinh học dòng vào :BOD5 = 35 mg/l - Nhu cầu ơxi hố học dịng vào : COD = 70 mg/l - Lưu lượng dòng thải: Q = 10 m3/ ngày đêm - Nhiệt độ tính tốn bãi lọc ngang: T = 250C - Độ dốc ngang: 1,0% - Độ sâu tầng lọc: 0,5 m Kết tính tốn: - Tỉ lệ loại bỏ BOD5 qua bãi lọc ngang HGF: 15% Trung Tâm Đào tạo 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 Xây dựng thí điểm mơ 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 nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế cơng nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04  Hàm lượng BOD5 cửa bãi lọc ngang: 30 mg/l - Tỉ lệ loại bỏ COD qua bãi lọc ngang HGF: 14%  Hàm lượng COD cửa bãi lọc ngang: 60 mg/l - Thời gian lưu nước 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 tính tốn thiết kế dựa COD BOD Từ cơng trình DEWATS xây dựng nước giới cơng trình DEWATS xây dựng Việt Nam kiểm chứng kết tính tốn tiêu COD BOD5 tin cậy - Về hiệu xử lý N P: Việc loại bỏ N xảy theo bước: Oxi hóa amoni, nitrat hóa khử Nitrat Trong trình này, tác dụng nhóm vi khuẩn Nitrosoma Nitrobacter NH3 bị thành Nitrit (NO2), nitrate (NO3) cuối thành N tự hấp thụ loại trồng có khả hấp thụ N cao Trong DEWATS, hiệu xử lý N phụ thuộc điều kiện phát triển hệ vi sinh vật nói khả hấp thụ loại trồng Nguyên tắc xử lý P nước thải DEWATS phương pháp sinh học dựa khả tích lũy hợp chất P Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải phần tích lũy dư thừa (nhóm vi khuẩn Acinetobactor chẳng hạn) Photpho tách khỏi nước thải qua bùn dư muối kết tủa Hiệu loại bỏ P nươc thải phụ thuộc vào điều kiện phát triển nhóm vi khuẩn xảy đồng thời với trình loại bỏ COD, BOD5 Trong tính tốn DEWATS khơng tính xác hiệu xử lý N P module Tuy nhiên, kết từ việc xử lý N, P thơng qua cơng trình DEWATS thiết kế theo hướng dẫn đạt tới gần 90% (Tổng N Trung Tâm Đào tạo 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 Xây dựng thí điểm mơ 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 nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế cơng nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 đầu vào = 16,6mg/l; tổng N đầu = 1,85 mg/l – Mẫu nước quan trắc cơng trình DEWATS bệnh viện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam ngày 30/7/2007) Như vậy, kết tính tốn thiết kế cơng nghệ nước thải đầu sau: ST Chỉ tiêu ĐVT Thiết kế Tiêu chuẩn Chi T COD mg/l 60 150 QCVN 40:2011 BOD5 mg/l 30 50 QCVN 14:2008 Trung Tâm Đào tạo 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 Xây dựng thí điểm mơ 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 nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế cơng nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 Ứng suất lớn dầm: Trong đó: M: Mô mem uốn lớn dầm, M = 73,73 kG.m W: Mô đun chống uốn, m3 Thay số ta được: kG/m2 = 1,9661 kG/cm2 BTCT M250 có [] = 130 kG/cm2 Ta thấy max = 1,9661 kG/cm2 < [] = 130 kG/cm2 Vậy kết cấu đảm bảo điều kiện bền 2.2.2 Tính tốn dầm, cột bể - Tính tốn kết nội lực dầm, cột bể lắng: Sơ đồ tính toán nội lực dầm, cột bể lắng sau: + Tải trọng tiêu chuẩn: Tải trọng phân bố dầm qdtc = (0,15x1+0,1x0,2)x2.500 = 425 kG/m Tải trọng phân bố dọc cột: qctc = 0,2x0,2x2.500 = 100 kG/m + Tải trọng tính tốn: Tải trọng phân bố dầm qdtt = 1,05 x 425 = 446,25 kG/m Tải trọng phân bố cột qctt = 1,05 x 100 = 105 kG/m Sơ đồ chịu lực mái bể lắng sơ đồ dầm liên tục nhịp hình vẽ sau: q=1.234kg/m q=236 kg/m A Trung Tâm Đào tạo 13 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội F 1,08m q=236 kg/m D 1,48m q=236 kg/m 2,43m B C Hợp tác Quốc ĐT: +84-4-38522235 tế - Viện E Khoa Fax: +84-4-38536290 học Thủy lợi Việt Nam Xây dựng thí điểm mơ hình ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải phi tập trung (DEWATS) để xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi lợn quy mô vừa nhỏ khu vực Đồng Bắc Bộ Báo cáo Tính tốn thiết kế cơng nghệ - kết cấu - ổn định – Mơ hình số 04 Sử dụng phần mềm SAP 2000 để tính tốn nội lực cho kết sau: Nội lực dầm: - Mô men lớn dầm: M = 62,09 kG.m Nội lực cột: Nội lực Điểm A B M (kG.m) -19,70 49,53 N (kG) -558,42 -333,27 C D E F 5,50 -17,32 11,85 -34,55 -816,96 -561,81 -502,47 -247,32 Tính tốn sức bền cột Ứng suất lớn cột tính theo cơng 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 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 cột điểm B max = 4,55 (kg/cm2) BTCT M250 có [] = 130 kG/cm2 Ta thấy max = 4,55 kG/cm2