5. Ý NGHĨA NỘI DUNG VÀ THỰC TIỄN
3.2 TIÊU CHUẨN XẢ THẢI
Nước thải tại khu dân cư Xuân Bắc sau khi được xử lý tại hệ thống xử lý nước thải tập trung phải đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B.
Nguồn tiếp nhận nước thải sau khi xử lý là hệ thống thoát nước khu vực sông suối xã Xuân Bắc. 3.3 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ: 3.3.1 Phương án 1 Song chắn rác Nước thải Bể điều hòa Bể lắng I Hố thu gom Máy thổi khí Bể nén bùn Bùn tuần Đem đi xử lý Nước tách bùn Bể Anoxic Nước tuần hoàn Bùn tươi
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải từ khu dân cư sau khi được xử lý sơ bộ ở bể tự hoại sẽ được thu gom về hệ thống xử lý nước thải tập trung.
Một phần các cặn rác thô có kích thước lớn như: bao nylon, vải vụn, cành cây, giấy…được giữ lại song chắn rác để loại bỏ nhằm tránh gây hư hại hoặc tắc nghẽn bơm và các công trình tiếp theo. Rác thu hồi được đem đi xử lý. Nước thải sau khi qua song chắn tiếp tục qua ngăn tiếp nhận trước khi qua bể điều hòa. Tại đây, bể sẽ gắn hệ thống sục khí nhằm giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình thải ra không đều, ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp theo. Sau đó nước thải được bơm đến bể lắng đợt I để lắng tạp chất phân tán nhỏ (chất lơ lửng) dưới dạng cặn lắng xuống đáy bể và theo các chất nổi trên bề mặt : dầu mỡ, bọt… Bùn lắng thu được được bơm qua bể nén bùn trước khi đem đi xử lý.
Nước thải tiếp tục từ bể lắng 1 được chảy về bể Anoxic. Ở đây, nước thải được hòa trộn với vi sinh vật. Trong điều kiện thiếu khí, vi sinh vật sẽ loại bỏ các hợp chất chứa N và P. Sau đó toàn bộ hỗn hợp nước và bùn hoạt tính được dẫn vào bể Aerotank. Tại đây, quá trình xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính diễn ra nhờ lượng oxy hòa tan trong nước. Các vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy và các hợp chất hữu cơ trong nước làm chất dinh dưỡng để duy trì sự sống, phát triển sinh khối và kết thành bông bùn, nhờ đó các chất hữu cơ trong nước thải giảm đáng kể. Aerotank xáo trộn hoàn toàn nhờ thiết bị sục khí. Sau đó, hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải chảy sang bể lắng II. Có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải. Bùn lắng một phần được bơm tuần hoàn lại bể Anoxic để ổn định mật độ cao vi khuẩn và tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, phần còn lại sẽ được bơm qua bể nén bùn và tiếp tục xử lý.
Nước thải sau khi lắng sẽ tràn qua máng răng cưa vào máng tràn và dẫn qua bể khử trùng để loại bỏ các loại vi sinh vật gây bệnh trong nước thải trước khi thải ra môi trường. Hàm lượng Chlorine cung cấp vào nước thải ổn định qua bơm định lượng hóa chất.. Nước thải sau khi khử trùng đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B sẽ được thải ra hệ thống thoát nước khu vực.
3.3.2 Phương án 2 Song chắn rác Song chắn rác Chlorine e Bể điều hòa Bể khử trùng SBR Hố thu gom Máy thổi khí Bể chứa bùn và nén bùn Bùn dư Chú thích Ống dẫn nước Ống dẫn bùn Ống dẫn khí, hóa chất Đem xử lý Nước tách bùn Máy thổi khí Máy ép bùn
Đem đi chôn lấp Nước thải Nguồn tiếp nhận, QCVN 14:2008/BTNMT, cột B Dd Polymer
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải từ khu dân cư sau khi được xử lý sơ bộ ở bể tự hoại sẽ được thu gom về hệ thống xử lý nước thải tập trung.
Một phần các cặn rác thô có kích thước lớn như: bao nylon, vải vụn, cành cây, giấy…được giữ lại song chắn rác để loại bỏ nhằm tránh gây hư hại hoặc tắc nghẽn bơm và các công trình tiếp theo. Rác thu hồi được đem đi xử lý. Nước thải sau khi qua song chắn tiếp
tục qua ngăn tiếp nhận trước khi qua bể điều hòa. Tại đây, bể sẽ gắn hệ thống sục khí nhằm giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình thải ra không đều, ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp theo.
Nước thải tiếp tục đưa sang bể SBR. SBR là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó diễn ra quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Bùn hoạt tính thực chất là các vi sinh vật vì vậy khi được trộn với nước thải với không khí có Ôxi, chúng sẽ phân hủy các chất hữu cơ tạo thành cặn và sẽ lắng xuống ở tại bể SBR. Nước trong bể SBR được gạn ra khỏi bể bằng thiết bị thu nước bề mặt sau khi ra khỏi bể và cuối cùng trước khi xả ra nguồn tự nhiện nước được cho vào bể khử trùng để khử trùng nước.
Sau khi qua bể SBR nước thải được dẫn thẳng tới bể khử trùng mà không cần phải qua bể lắng. Ta khử trùng bằng cách cho tác chất khử trùng Chlorine vào. . Nước thải sau khi khử trùng đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B sẽ được thải ra hệ thống thoát nước khu vực.
Phần bùn cần xử lý được đưa vào bể chứa và nén bùn. Bùn sinh ra có độ ẩm rất cao. Nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn bằng cách lắng (nén) cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94 – 96%) phục vụ cho việc xử lý bùn ở phía sau. Trong công nghệ này sử dụng phương pháp nén bùn trọng lựcBùn được đưa vào ống phân phối bùn ở trung tâm bể. Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kết chặt lại. Sau khi nén, bùn sẽ được tháo ra ở đáy bể. Phần nước tách bùn được đưa trở lại ngăn tiếp nhận.
Bùn từ bể nén bùn được đưa về máy ép. Sau khi ra khỏi máy ép bùn, bùn có dạng bánh và sau đó được đem đi chôn lấp. Nước từ máy ép bùn trở lại hố thu gom để được
tái xử lý.
3.4 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.4.1 So sánh 2 phương án đề xuất Bảng 3.2 Bảng so sánh bể Aerotank và bể SBR Bảng 3.2 Bảng so sánh bể Aerotank và bể SBR ĐẶC ĐIỂM Bể Aerotank Bể SBR Ưu điểm - Dễ xây dựng và vận hành - Bể Aerotank được sử dụng nhiều trong các ngành có hàm lượng chất hữu cơ cao
- Sử dụng rộng rãi
- Cấu tạo đơn giản: không cần xây dựng bể lắng II cũng như tuần hoàn bùn hoạt tính nên tốn ít diện tích xây dựng
- Hiệu suất xử lý cao: có khả năng khử Nitơ, Phospho cũng như hàm lượng chất dinh dưỡng cao.
- Có khả năng điều khiển tự động hoàn tan, ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý
Nhược điểm
- Do phải sử dụng bơm để tuần hoàn ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bể nên khi vận hành tốn nhiều năng lượng.
- Tốn nhiều diện tích xây dựng
- Cần cung cấp không khí thường xuyên cho vi sinh vật hoạt động
-Công suất xử lý nhỏ do SBR xử lý theo mẻ -Kiểm soát quá trình khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh tế, hiện đại.
-Bảo dưỡng các thiết bị khó khăn do SBR sử dụng phương tiện hiện đại.
-Cần có trình độ kỹ thuật cao cho công tác quản lý vận hành bể.
-Do bùn trong SBR không rút hết nên hệ thống thổi khí có khả năng bị tắc nghẽn. Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn đến bùn bị trôi theo ống đầu ra.
-Khi xả tốc độ dòng chảy rất lớn sẽ làm ảnh hưởng đến các hệ thống xử lý phía sau.
-Có thể xảy ra quá trình khử nitrat trong pha lắng nếu như thời gian lưu bùn dài. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nitơ đẩy lên. Hiện tượng này càng nghiêm trọng vào những ngày nhiệt độ cao.
3.4.2 Lựa chọn phương án xử lý
Từ bảng phân tích ưu, nhược điểm của 2 phương án thì cả 2 phương án đều là những mô hình hợp lý để xử lý nước thải sinh hoạt.
Tuy nhiên, hàm lượng N, P đầu vào của nguồn nước không cao và do quá trình hoạt động của bể SBR phức tạp cần đội ngũ vận hành có trình độ chuyên môn cao, cũng như có nhiều nhược điểm hơn nên em chọn phương án 1 làm cơ sở để thiết kế,tính toán.
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ THEO PHƯƠNG ÁN CHỌN
4.1 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN
4.1.1 Lưu lượng :
Hệ thống xử lý nước thải hoạt động 24/24, vậy lượng nước thải đổ ra liên tục. Lưu lượng trung bình ngày: Qngđtb = 800(m3/ngàyđêm)
Lưu lượng trung bình giờ: Qtbh =Qtb ngđ
24 = 800
24 = 33.3(m3/h) Lưu lượng trung bình giây: Q𝑠tb=Qtbh
3,6 =33,3
3,6 = 9.25(l/s)
Bảng 4.1 Hệ số không điều hòa chung
Hệ số không điều hòa chung K0
Lưu lượng nước thải trung bình qtb (l/s)
5 10 20 50 100 300 500 1000 5000
K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44
K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71
(Nguồn: Điều 3.2 – TCXDVN 51:2008)
Với lưu lượng 9.25 l/s, ta tính nội suy theo bảng 4.1. Kết quả là: Kmax = 2,1
Kmin = 0.46
Lưu lượng lớn nhất giờ:
Qhmax = Qh𝑡𝑏× 𝐾𝑚𝑎𝑥 = 33.3 × 2,1 = 69.93(m3/h) = 0,019(m3/s) Lưu lượng nhỏ nhất giờ:
Qminh = Qh𝑡𝑏 × 𝐾𝑚𝑖𝑛 = 33.3 × 0,46 = 15.318(m3/h) = 0,0043(m3/s) 4.2.2 Mức Độ Cần Thiết Xử Lý Mức độ cần thiết xử lý hàm lượng SS: SS = SSv− SSr SSv × 100 = 280 − 100 280 = 0,64 = 64(%) Trong đó:
SSv – Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu vào (mg/l);
SSr – Hàm lượng chất rắn lở lửng trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước (mg/l);
Mức độ cần thiết xử lý hàm lượng BOD:
BOD = BOD5 v− BOD5r BOD5v × 100 = 350 − 50 350 = 0,85 = 85 (%) Trong đó:
BOD5𝑣 – Hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào (mg/l);
4.2.3 Hiệu suất cần thiết xử lý nước thải Bảng 4.2 Hiệu suất cần thiết xử lý nước thải Bảng 4.2 Hiệu suất cần thiết xử lý nước thải
Công trình BOD SS Tổng Nitơ
Song chắn rác Cvào (mg/l) 350 250 70 H (%) 4 4 0 Cra (mg/l) 336 240 70 Bể điều hòa Cvào (mg/l) 336 240 70 H (%) 5 0 0 Cra (mg/l) 319.2 240 70 Bể lắng I Cvào (mg/l) 319.2 240 70 H (%) 25 50 0 Cra (mg/l) 239.4 120 70 Bể Anoxic Cvào (mg/l) 239.4 120 70 H (%) 10 10 75 Cra (mg/l) 215.46 108 17.5 Bể Aerotank Cvào (mg/l) 215.46 108 17.5 H (%) 80 0 25 Cra (mg/l) 43 108 13 Bể lắng II Cvào (mg/l) 43 108 13 H (%) 0 70 0 Cra (mg/l) 43 32.4 13
Khử trùng
Cvào (mg/l) 43 32.4 13
H (%) 0 0 0
Cống thoát 43 30,4 13
QCVN 14:2008/BTNMT, cột B 50 100 50
4.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.2.1 Bể lắng I (bể lắng đứng)
a. Nhiệm vụ
Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải qua bể điều hòa. Ở đây các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy. Hàm lượng chất lơ lửng sau khi qua bể lắng đợt I cần đạt 150 mg/l.
b. Tính toán
Tính toán kích thước bể
Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm tính theo công thức: 𝑓 = 𝑄𝑡𝑏 𝑠 𝑉𝑡𝑡 = 0,00925 0,03 = 0.31(𝑚 2) Trong đó:
𝑄𝑡𝑏𝑠 – Lưu lượng tính toán trung bình giây, Q = 33.3 m3/h = 0,00925 m3/s; Vtt – Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30 mm/s = 0,03 m/s (Điều 7.60 – TCXDVN 51:1008). Chọn Vtt = 0,03 m/s;
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng tính theo công thức: 𝐹 =𝑄𝑡𝑏 𝑠 𝑣 = 0,00925 0,0008 = 11.5625(𝑚 2) Trong đó:
v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (Điều 6.5.4 - TCXDVN 51:2006 ). Chọn v = 0,8 mm/s = 0,0008 m/s;
Số bể lắng không ít hơn 2 và tất cả các bể phải làm việc đồng thời (Điều 7.51 – TCXDVN 51:2008). Chọn 2 bể lắng đứng.
Diện tích mỗi bể trong mặt bằng sẽ là: 𝐹1 =𝐹 + 𝑓 2 = 11.56 + 0,31 2 = 5.94(𝑚 2) Trong đó: n – Sổ bể lắng đứng.
Đường kính của mỗi bể tính theo công thức: 𝐷 = √4 × 𝐹1
𝜋 = √
4 × 5.94
𝜋 = 2,75(𝑚) Chọn đường kính bể D = 2,2m.
𝑑 = √4 × 𝑓1 𝜋 = √
4 × 0.155
𝜋 = 0,44(𝑚) Trong đó:
f1 – Diện tích tiết diện ống trung tâm của 1 bể (m2); f1 = f : 2 = 0,31 : 2 = 0,155 m2
Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng:
ℎ𝑡𝑡 = 𝑣 × 𝑡 = 0,0005 × 2 × 3600 = 3,6(𝑚) Trong đó:
v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s. Chọn v = 0,0005 m/s;
t – Thời gian lắng, t = 1,5 – 2,5h. Chọn t = 2h.
Chiều cao tính toán của vùng lắng H = 2,7 – 3,8m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008)
thỏa mãn điều kiện.
Chiều cao phần nón của bể lắng đứng: ℎ𝑛 = ℎ2+ ℎ3 = (𝐷 − 𝑑𝑛
2 ) × tan 𝛼 = (2,8 − 0,6
2 ) × tan 600 = 1,9(𝑚) Trong đó:
h2 – Chiều cao lớp nước trung hòa (m);
h3 – Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể (m); D – Đường kính của bể lắng, D = 2,8m;
dn – Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,6m;
- Góc nghiêng của đáy bể so với phương ngang, không lấy nhỏ hơn 500 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008), chọn = 600;
Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của vùng lắng và bằng 3,6m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008).
Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao phần loe và bằng 1,35 lần đường kính ống trung tâm (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán các công trình thiết kế - Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân).
𝑑𝑙 = ℎ𝑙 = 1,35 × 𝑑 = 1,35 × 0,44 = 0,6(𝑚)
Đường kính tấm chắn dòng lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008)
𝑑𝑐 = 1,3 × 𝑑𝑙 = 1,3 × 0,6 = 0,78(𝑚)
Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008).
Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức:
𝐿 = 4 × 𝑄𝑡𝑏 𝑠 𝑣𝑘 × 𝜋 × (𝐷 + 𝑑𝑛) = 4 × 0,00925 0,015 × 𝜋 × (2,8 + 0,6)= 0,28(𝑚) Trong đó:
vk – Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008, vk 20 mm/s). Chọn vk = 15 mm/s = 0,015 m/s;
Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:
𝐻 = ℎ𝑡𝑡 + ℎ𝑛 + ℎ𝑏𝑣 = 3,6 + 1,9 + 0,3 = 5,8(𝑚)
Trong đó:
htt – Chiều cao tính toán của vùng lắng, htt = 3,6m; hn – Chiều cao phần hình nón, hn = 1,9m;
hbv – Chiều cao từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,3m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008);
Tính toán máng thu nước
Dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể để thu nước: thiết kế máng vòng đặt theo chu vi vành trong bể, đường kính ngoài của máng là đường kính trong của bể.
Đường kính máng thu nước:
𝐷𝑚= 0,8 × 𝐷 = 0,8 × 2,8 = 2.24(𝑚) Bề rộng máng thu nước: 𝐵𝑚 =𝐷 − 𝐷𝑚 2 = 2,8 − 2.24 2 = 0,28(𝑚) Chiều cao máng thu nước: hm = 0,2m.
Diện tích mặt cắt ngang của máng:
𝐹𝑚 = 𝐵𝑚 × ℎ𝑚 = 0,28 × 0,2 = 0,044(𝑚2) Chiều dài máng thu nước: