Hệ thống xử lý nước thải là hệ thống được tạo thành từ một số công nghệ xử lý nước đơn lẻ hợp thành, giúp giải quyết các yêu cầu xử lý nước thải cụ thể cho từng nhà máy. Mỗi loại nước thải tùy thuộc vào loại hình sản xuất mà sẽ có các công nghệ xử lý đơn lẻ khác nhau hợp thành, để tạo ra một hệ thống xử lý nước hoàn chỉnh. Một hệ thống xử lý nước thải hiệu quả và được thiết kế tốt sẽ giải quyết: 1. Xử lý được những thành phần gây ô nhiễm trong nước thải. Đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn yêu cầu
Design the Wetland system TÍNH TOÁN THIẾT KẾ WETLAND DẠNG FWS a LÝ THUYẾT CHUNG Bãi lọc trồng ngập nước(FWS) - Hệ thống mô đầm lầy hay đất ngập nước tự nhiên Dưới đáy bãi lọc lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, rải lớp vải nhựa chống thấm Trên lớp chống thấm đất vật liệu phù hợp cho phát triển thực vật có thân nhô lên khỏi mặt nước Dòng nước nước thải chảy ngang bề mặt lớp vật liệu lọc Hình dạng bãi lọc thường kênh dài hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân trồng nhô lên bãi lọc điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thuỷ kiểu dòng chảy đẩy ( plug-flow) Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system ĐƯỜNG ĐI CỦA CARBON TRONG FWS ĐƯỜNG ĐI CỦA CHẤT RẮN Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system ĐƯỜNG ĐI CỦA NI-TƠ ĐƯỜNG ĐI CỦA PHOSPHOR Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system LOẠI BỎ VI KHUẨN b TÍNH TỐN Thông số nguồn thải Chất ô nhiễm Nồng độ(mg/l) Lưu lượng: 19.000m3/day Trước xử lý BOD5 lấy 70%COD COD TSS NH3 TNK Tổng phốtpho Coliforms BOD5 TSS Nguyễn Trần Ngọc Phương 84 mg O2/l 120 mg O2/l 100 (mg/l) 13(mg/l) 30(mg/l) 1,5(mg PO43-/l) 80.000 CFU/100ml Sau xử lý 25(mg/l) 20mg/l Page Design the Wetland system TNK Co 20mg/l 400CFU/100ml Tính diện tích đất ngập nước cần thiết Chọn thiết kế hệ thống đất ngập nước theo dạng cánh đồng ngập nước bề mặt - Lưu lượng dòng thải : Q0= 19,000m3/ngàêm - Tải trọng BOD5 trước xử lý : C0 = 84 mg/l - Tải trọng BOD5 sau xử lý : C1 = 25 mg/l - Áp dụng công thức tải lượng bề mặt (ALR) tình trạng lưu lượng trung bình hàng ngày (Q0) để xác định điều kiện giới hạn kích thước hệ thống Ta có: ALR Q0 * C AW Với : ALR : Tốc độ tải lượng bề mặt (chọn BOD5 = 60kgBOD5/ha.ngày, TSS = 50 kg/ha.ngày (nguồn Donald S Brown et al.(2000), Constructed Wetlands Treatment Of Municipal Wasteqaters, USEPA-NRMRL, September 2000) Q0 : lưu lượng dòng thải vào (m3/ngày.đêm) C0 : nồng độ chất thải đầu vào + Đối với sản lượng BOD5 : Aw Q0 * C0 19,000m / ng *1000l / m * 84mg / l = = 26,6 ALR 60kgBOD5 / ha.ng *10 mg / kg + Đối với TSS : Aw Q0 * C0 19,000m / ng *1000l / m *100mg / l = = 38 ALR 50kgBOD5 / ha.ng *10 mg / kg + Thể tích đầm lầy: VW = AW*h Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system Với : VW : Thể tích đầm lầy (m3) h : chiều sâu trung bình mực nước đầm (m) Chọn độ sâu trung bình mực nước đầm laø 0.8m -> VW = 38ha * 10000m / * 0.8m = 304.000 m3 + Tính thời gian lưu nước lý thuyết T AW * h * Q0 Với : T : thời gian lưu nước đầm (ngày) : hệ số độ xốp wetland Thông thường người ta chọn độ sâu trung bình 0.8m (0.8m mặt nước thoáng 1-1.5m vùng nước có phủ thực vật) = 0.8 [ 10] 38ha * 10000m / * 0.8m * 0.8 12,8 ngaøy chọn 13 ngày T= 19000m / ng + Độ dốc thủy lực nước bề mặt S v *h n Với : V : vận tốc trung bình dòng chảy (m/s) n : hệ số nhám Manning(s/m1/3), chọn n = 1,4 h : độ sâu trung bình dòng chảy(m), chọn = 0,8 S : độ dốc thủy lực độ nghiêng nước bề mặt Ta có v đo trực tiếp từ nguồn thải, chọn v = 0.1 m/s S 0.1m / s v 2 1 = =0.1875 *h * n ->S = 0.035 = 3.5% Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system + Tải trọng thuỷ lực HLR Q0 AW Với : HLR : mức tải trọng thủy lực (m/ngày) -> HLR = 19000m / ng = 0.05 m/ngaøy = cm/ngaøy 38ha * 10000m / + Kiểm tra tải trọng hữu theo BOD5 ALR Q0 * C0 19000 m / ng * 0.084 kg / m = AW 26,6ha = 60 kgBOD5 /ha.ngày + Hiệu loại bỏ BOD5 C1 C0 1 tK b N Với : C0 : nồng độ BOD5 đầu vào(mg/l) C1 : nồng độ BOD5 đầu (mg/l) t(HRT) : thời gian lưu nước (ngày) = 13 Kb : số tốc độ loại bỏ BOD riêng (T-1) T : nhiệt độ (0C) -> C1 đđđ * 84mg / l * C0 N = 1 tK b 1 13ng * 0.15 * (1.04) 25 20 1 =25 mg/l đthỏa mãn yêu cầu đề cho -> Hiệu xử lý BOD : H C1 C0 84 25 100% 100% 70,2% C1 84 + Lưu lượng nước thải sau xử lý Qe = Q0 + P -I –ET Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system Với : Qe : Lưu lượng nước sau xử lý khỏi đầm (m 3/ngày) Q0 : lưu lượng nước thải vào (m3/ngày) P : lượng mưa trung bình (mm/tháng) I : tốc độ thẩm thấu vào nước ngầm (m 3/ngày) ET : tốc độ bay (mm/tháng) Do lưu lượng nước thải đầu sau xử lý thay đổi theo mùa phụ thuộc vào yếu tố thời tiết nên ta có: - Vào mùa khô P=0 ET =130 mm/tháng = 4.3 ml/ngày -> với diện tích 38ha (~304.000m3) ET = 1.307,2 m3/ngày I = K*AW Với : K : hệ số thấm đất(cm/s) chọn K = 4*10-7cm/s -> I = 4*10-9 m/s*86400s/ngày*38 ha* 10000m2/ha = 131,328 m3/ngày Vậy vào mùa khô lưu lượng nước thải sau xử lý là: Qe = 19000 – 131,328 – 1307,2 =17.561.427 m3/ngaøy - Vào mùa mưa P = 330 mm/tháng = 11 ml/ngày -> với diện tích 38 ha(~ 304.000 m3)thì lượng mưa trung bình là: P =3344 m3/ngày ET =90 mm/tháng = ml/ngày -> với diện tích 38 ET = 912 m3/ngày I tương tự Vậy vào mùa khô lưu lượng nước thải sau xử lý là: Qe = 19000 +3344-131,328-912=23.124.672 m3/ngaøy Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system Lưu lượng nước thải đầu sau xử lý tính dựa vào lượng mưa tối đa, lượng bốc trung bình, lượng thấm tối đa nhằm cân mực nước đầm lầy đất ngập nước tốt nhất, tránh nguy tràn nước, khô nước không dự tính trước cố môi trường mưa nhiều hay hạn hán Thiết kế mô hình Định dạng mô hình thiết kế - Với tổng diện tích cần thiết vùng đất ngập nước cần thiết AW = 38ha - Phân chia diện tích đất ngập nước sử dụng làm đới (Đới 1< đới từ 2-3 lần) + Đới thứ có vai trò ao oxy hoá nhằm làm giảm nồng độ BOD, COD, TSS chất ô nhiễm trước đưa vào đới thứ Với diện tích 10 + Đới thứ hai vùng có trồng thêm loài thực vật hấp thụ ô nhiễm, nhằm gia tăng hiệu xử lý ô nhiễm Với diện tích 28 - Trong đó, đới thứ chia làm khu vực để trồng loài thực vật Sậy Lục Bình Mục đích việc đưa hai loại thực vật khác nhằm tăng hiệu xử lý nguồn ô nhiễm khác Cụ thể như: + Nước thải sau qua ao oxy hoá lượng chất rắn lơ lửng hòa tan cao nên ta bố trí trồng Sậy trước Sậy loài thực vật có rễ cắm vào đáy ao có thân nhô lên khỏi mặt nước nên tạo cản trở làm tăng khả lắng chất lơ lửng Mặc khác Sậy loại có khả hấp thụ loại kim loại nặng cao loài thực vật khác nên bố trí Sậy trước loài thực vật khác Nguyễn Trần Ngọc Phương Page Design the Wetland system nhằm làm giảm nồng độ kim loại trước qua ao xử lý khác nhằm làm giảm nguy chết loài thực vật khác không chịu nồng độ kim loại cao + Tiếp theo nước thải qua ao Lục Bình lúc nước thải chủ yếu thành phần hữu cơ, Lục Bình thực vật có rễ trôi nước nên có hiệu cao việc loại bỏ hữu nước - Chọn tỷ lệ chiều dài chiều rộng vùng xử lý 5-1 tỷ lệ tối ưu từ thực tế công trình xử lý nước thải đất ngập nước ( Breen, P F& Spears, M 1995, Somes et al 1998, Persson et al 1999) Đới thứ : Diện tích 10 (100.000m2) -> chiều dài L = 600m , chiều rộng B = 167m Đới thứ hai : Diện tích 28 ha, chia làm khu vực trồng Sậy Lục Bình, khu vực 14 ->Kích thước dài rộng khu vực là: Chiều dài L = 700m, chiều rộng B = 200m Tính toán công trình khácï Tính kích thước đê bao Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 10 Design the Wetland system Chọn kích thước mặt đê bao vòng khu vực xử lý 4m, đê ngăn ao xử lý 2m Chọn kích thước đê bao 4m nhằm đảm bảo cho phương tiện giới lưu thông vào xảy cố tràn nước thải qua đê hay vỡ đê bao Kích thước chân đê bao ngoaøi: Bb = Tb + 2*(d*z) = + 2*(1.5*1) = m Trong đó: Bb : chiều rộng chân đê ( m) d : chiều cao đê (m) Tb : chiều rộng mặt đê (m) z : hệ số tỉ lệ chiều cao chiều rộng đê Kích thước chân đê ngăn ao xử lyù Bn = Tn + 2*(d*z) =2 + 2*(1.5*1) = m Bn : chiều rộng chân đê ( m) Tn : chiều rông mặt đê ngăn(m) Tính toán khối lượng thi công Tính độ sâu mực nước Ao oxy hoá Độ sâu ao h1 = hS1 +hd = 0.5 + = 1.5 m Trong h1 : độ sâu ao (m) hS1 : độ sâu đào xuống so với mặt (m), chọn h S1 = 0.5 hd : độ cao đê so với mặt (m), chọn h d = 1m ( chọn hd với chiều cao đê dọc theo mương thoát nước cụm công nghiệp) Mực nước ao :chọn hn1 = 0.8m Ao xử lý trồng sậy Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 11 Design the Wetland system Do mực nước ao xử lý thực vật thường thấp hơn1.2m đảm bảo hiệu xử lý ( EPA, 9-1999), nên chọn mực nước ao xử lý có phủ thực vật 1m Độ sâu ao h2 = h1+0.2 =1.5+0.2=1.7m ->Độ sâu phải đào xuống là:hS2 =0.7m Ao xử lý trồng lục bình h3 = h2 =1.7m ->Độ sâu phải đào xuống :h S3= 0.7m Kiểm tra mực nước thực ao xử lý Do độ chênh địa hình ao xử lý 0.1m, nên ta có mực nước thực ao hn1 = 0.8m hn2 = + 0.1 = 1.1m hn3 = hn2 + 0.1 = 1.2m Thoả điều kiện mực nước ao có phủ thực vật có mực nước thấp 1.2m Với hn1 : mực nước ao oxy hóa(m) hn2 : mực nước ao xử lý trồng Sậy(m) hn3 : mực nước ao xử lý trồng Lục Bình ( m) Khối lượng đất phải đào R = S1* hS1+ S2* hS2 + S3* hS3 Trong R : thể tích đất phải thi công đào(m 3) S1 : diện tích ao oxy hoá(m2), S1=10 = 100.000m2 S2 : diện tích ao xử lý trồng Sậy (m2), S2=14ha = 140.000m2 Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 12 Design the Wetland system S3 : diện tích ao xử lý trồng Lục Bình(m2), S3=14ha = 140.000m2 -> R = 100.000*0.5 + 2*140.000*0.7 = 246.000m3 Các thông số thủy lực ao xử lý Theo Kadlec Knight (1996) thông số thủy lực ao xử lý : thông số độ dốc, tải trọng thủy lực, độ sâu đặt ống thải đầu vào ra, thời gian lưu nước thực tế ao xử lý tính sau: * Ao xử lý trồng Lục Bình + Thông số độ dốc Sd L * Si d0 Trong đó: L : chiều dài ao xử lý(m), L = 700 m Si : độ dốc đáy, Si =0.1/700 (0.1 độ chênh lệch đáy ) Sd : thông số độ dốc d0 : độ sâu nguồn nước ra(m), d0 = 1.2m -> S d 700 * (0.1 / 700) 0.17 + Taûi trọng thủy lực HLR Q 19.000 0.135 m/ngày S3 140.000 Trong đó: S3 : diện tích ao xử lý trồng Lục Bình(m2) + Thông số tải lượng M1 HLR * L2 d 04 * a Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 13 Design the Wetland system Trong đó: M1 : thông số tải lượng a : mật độ thực vật, a = 1*107 d-1m-1 chọn a = 1*107 d-1m-1 vùng có thực vật dày đặc a = 5*107 d-1m-1 vùng có thực vật thưa thớt -> M 0.135 * 700 3,2 *10 1.2 *1 *10 Với M1 trên, chọn tỉ lệ di 0.85 d0 -> d i 0.82 *1.2 0.984m Với di : độ sâu nước đầu vào(m) + Vận tốc nước ao vi Q 19000 96.5 m/ngaøy = 1,11cm/s b * di 200 * 0.984 Với b : chiều rộng ao = 200m + Thời gian lưu nước thực tế ao LB T S * hn * 140000 * 1.2 * 0.8 7,1 ngaøy Q0 19000 *Ao xử lý trồng Sậy + Thông số độ dốc Sd L * Si d0 Trong đó: L : chiều dài ao xử lý(m), L = 700m Si : độ dốc đáy, Si =0.1/700 (0.1 độ chênh lệch đáy ) Sd : thông số độ dốc d0 : độ sâu nguồn nước ra(m), d0 = 1.02m Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 14 Design the Wetland system -> S d 700 * (0.1 / 700) 0.1 1,02 + Tải trọng thủy lực HLR Q 19000 0.135 m/ngày S2 140000 + Thông số tải lượng M1 HLR * L2 d 04 * a Trong đó: M1 : thông số tải lượng a : mật độ thực vật, a = 1*107 d-1m-1 0.135 * 700 6,36 *10 -> M 1,02 *1 *10 Từ M1 Sd chọn tỉ leä di 0.85 d0 d i 0.85 *1,02 0.867m + Vận tốc nước ao vi Q 19000 109,6 m/ngaøy = 7,6 cm/s b * di 200 * 0.867 + Thời gian lưu nước thực tế ao xử lý trồng Sậy T S * hn * 140000 * 1.1 * 0.8 6,5 ngày Q0 19000 *Ao oxy hóa: chọn thời gian lưu từ 4-6h Chọn 5h Dung tích thực tế khu vực xử lý VT = S1*hn1 + S2*hn2 + S3*hn3 = 100000*0.8 + 140000*1.1 + 140000*1.2 = 402.000 m3 Hieäu xử lý chất ô nhiễm qua ao Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 15 Design the Wetland system Ao oxy hoá _ Nồng độ BOD đầu C1 * C0 * 84 44mg / l N 25 20 1 tK b * 0.15 * 1.04 Với : C0 : nồng độ BOD5 đầu vào(mg/l) t(HRT) : thời gian lưu nước (ngày) chọn ngày Kb : số tốc độ loại bỏ BOD riêng (T-1) T : nhiệt độ (0C) _ Hiệu xử lý H C1 C0 84 44 100% 100% 48% C1 84 Ao xử lý trồng Sậy _ Nồng độ BOD đầu ra(nếu tính mặt thoáng không phủ thực vật) C1 * C0 * 44 21mg / l N 25 20 1 tK b 6,5 * 0.15 * 1.04 _ Nồng độ đầu chưa bao gồm hiệu xử lý thực vật Theo tài liệu nghiên cứa Kathe Seidel(1976) hiệu loại bỏ ô nhiễm BOD sau qua ao xử lý trồng Sậy từ 90-100%, với mật độ thông thường từ 80-120 cây/m2, chọn mật độ 100 cây/m 2, từ ta tính nồng độ đầu thực sau ao xử lý trồng Sậy xem hiệu xử lý 90% Ctt 44 ( 44 * 90) 4,4mg / l 100 Với Ctt : nồng độ BOD5 thực tế đầu (mg/l) Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 16 Design the Wetland system _ Mật độ thực vật bố trí theo tài liệu tham khảo nên điều chỉnh thích hợp theo điều kiện khí hậu thổ nhưỡng vùng Ao xử lý trồng Lục Bình _ Nồng độ BOD đầu (nếu tính mặt thoáng không phủ thực vật) C1 * C0 * 21 9,1mg / l N 25 20 1 tK b 7.1 * 0.15 * 1.04 _ Ta có hiệu loại bỏ BOD Lục Bình từ 80-90%, ta chọn hiệu xử lý 85% nồng độ chất BOD đầu Ctt 21 ( 21 * 85) 3,15mg / l 100 _ Mật độ bố trí Lục Bình phụ thuộc vào khả phát triển yếu tố khí hậu Theo kết thực nghiệm sử dụng Lục Bình để xử lý nước bãi rác mật độ trồng thí nghiệm khoảng 20-40 cây/m 2, chọn mật độ bố trí 30 cây/m2, mật độ điều chỉnh vận hành tùy theo phát triển Nguyễn Trần Ngọc Phương Page 17 ... CFU/100ml Sau xử lý 25(mg/l) 20mg/l Page Design the Wetland system TNK Co 20mg/l 400CFU/100ml Tính diện tích đất ngập nước cần thiết Chọn thiết kế hệ thống đất ngập nước theo dạng cánh đồng ngập nước. .. nhằm cân mực nước đầm lầy đất ngập nước tốt nhất, tránh nguy tràn nước, khô nước không dự tính trước cố môi trường mưa nhiều hay hạn hán Thiết kế mô hình Định dạng mô hình thiết kế - Với tổng... thực vật có rễ trôi nước nên có hiệu cao việc loại bỏ hữu nước - Chọn tỷ lệ chiều dài chiều rộng vùng xử lý 5-1 tỷ lệ tối ưu từ thực tế công trình xử lý nước thải đất ngập nước ( Breen, P F& Spears,