STT Thông số Đơn vị Giá trị QCVN cột B 14:2008/BTNMT 1 pH - 5 – 8 5 – 9 2 BOD5 mg/l 200 – 300 50 3 TSS mg/l 120 – 180 100 4 Amoni mg/l 45-72 10 5 NO3- mg/l 25 – 30 50 6 Phosphat mg/l 8 – 12 10 7 Tổng Coliforms MPN/ 100ml 3x105 5000 8 Dầu mỡ mg/l 30 20
Kết quả phân tích chất lượng nước thải ở bảng 3.2 cho thấy có thông số vượt quá quy chuẩn cho phép trước khi thải vào môi trường. Những thông số cần xử lý của tòa nhà chung cư Simco Xuân Đỉnh trước khi thải vào môi trường là: TSS, BOD5, Tổng Coliform, Amoni.
3.2. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý phù hợp
3.2.1. Phương án 1: Công nghệ AO
36
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước bằng công nghệ AO
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước thải sinh hoạt từ các hộ, khu vực vệ sinh ăn uống sẽ được đưa đến Bể tách dầu mỡ. Bể có thiết kế nhiều ngăn để giữ lại các váng mỡ nổi trên bề mặt. Tại đây, một song chắn rác được đặt sẵn sẽ làm nhiệm vụ tách rác khỏi nước thải và được vệ sinh định kỳ hàng ngày. Sau khi tách mỡ, nước thải tiếp tục chảy sang bể điều hòa để tiếp tục các thao tác xử lý trước khi xả ra môi trường tiếp nhận. Bể điều hòa được thiết kế với hệ thống phân phối khí dạng ống có đục lỗ lắp đặt ở đáy bể giúp cho việc xáo trộn nước thải được tốt hơn và tăng cường lượng oxy hòa tan trong nước thải. Hơn nữa, việc cung cấp oxy sẽ làm giảm bớt BOD có trong nước thải.
Sau đó nước thải được dẫn sang bể Anoxic, tại đây nước thải sẽ được các vi sinh vật thiếu khí phân giải Nito và Photpho thông qua phản ứng Nitrat hóa và Phô-pho-rit.
Bể Aerotank: Nước thải của nhà máy có chỉ tiêu BOD và COD cao phù hợp với quá trình xử lý sinh học. Nước sau khi qua bể anoxic sẽ được bơm vào bể Aerotank để xử lý COD, BOD bằng phương pháp sinh học. Trong bể có bùn hoạt tính chứa các vi
Song chắn rác Bể tách mỡ Bể điều hòa Bểanoxic Bể aerotank Bể khử trùng Hố thu dầu B ùn tu ần hoàn Clorine khí Bể lắng Hệ thống thoát nước Nước thải, bể tự hoại Rác khí Bể chứa bùn và máy ép bùn Nước tách bùn Máy nén khí Xe hút bùn Xử lý
37 sinh vật hiếu khí, các vi sinh vật này sẽ sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải để làm chất dinh dưỡng để tăng sinh khối, nhờ đó các chất hữu cơ có trong nước thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật, làm giảm BOD, COD trong nước. Vì là bể sinh học hiếu khí nên trong bể có hệ thống cấp khí để cung cấp khí O2 cho vi sinh vật phát triển ổn định. Ngoài ra việc cấp khí còn có vai trò khuấy trộn đều bùn trong bể và nước thải, để bùn luôn ở trạng thái lơ lửng, tăng khả năng tiếp xúc giữa bùn và nước thải, tạo thành một hỗn hợp dịch lỏng huyền phù, nâng cao hiệu suất xử lý.
Bể lắng: Qua bể Aerotank, nước được bơm vào bể lắng. Nước thải đầu ra của bể Aerotank có chứa một phần bùn hoạt tính và lượng cặn còn sót lại chưa xử lý hết ở bể lắng sơ bộ. Bể lắng 2 có vai trò giữ lại lượng cặn và bùn trong nước. Ngoài việc loại bỏ cặn lơ lửng có trong nước, bể lắng còn có vai trò làm giảm lượng vi sinh vật có trong nước. Các vi khuẩn bám về mặt các hạt cặn lơ lửng rất nhiều, việc loại bỏ cặn lơ lửng cũng giúp loại bỏ một phần các vi sinh vật gây bệnh.
Bể khử trùng: Nước thải đầu vào bị ô nhiễm bởi Coliform, bể khử trùng được cung cấp hóa chất clorin để xử lý lượng Coliform trong nước thải.
Bể chứa bùn: Sau một thời gian hoạt động, lượng bùn trong bể lắng và bể Aerotank sẽ tăng lên làm giảm thể tích chứa nước của bể và giảm hiệu suất xử lý, vì thế cần hút lượng bùn trong bể để đảm bảo hiệu suất xử lý. Bùn được hút lên sẽ được đưa qua máy ép bùn để tách lượng nước còn lại trong bùn, giúp giảm thể tích và khối lượng bùn cần xử lý. Nước sau khi tách bùn sẽ được tuần hoàn lại bể điều hòa để xử lý.
Nước thải sau hệ thống xử lý các thông số ô nhiễm đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra nguồn tiếp nhận theo QCVN 14:2008/BTNMT Cột B.
38
3.2.2. Phương án 2: Công nghệ lọc sinh học
Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ bằng phương pháp lọc sinh học
Thuyết mình sơ đồ công nghệ:
Song chắn rác: Nước thải từ các công đoạn sản xuất, được dẫn qua song chắn rác trước khi đi vào bể tách mỡ. Việc nước được dẫn qua song chắn rác có tác dụng loại bỏ những chất thải rắn có kích thước lớn đảm bảo cho quá trình xử lý diễn ra ổn định không bị tắc nghẽn và bảo vệ các thiết bị và công trình trong hệ thống.
Bể tách mỡ: Nước thải khi qua song chắn rác sẽ giữ lại chất thải rắn rồi chảy vào bể tách mỡ. Bể tách mỡ sẽ tách và giữ dầu mỡ lại trong bể trước khi dẫn vào hệ thống xử lý, trách nghẹt bơm, đường ống và làm giảm quá trình xử lý sinh học phía sau. Dầu mỡ được giữ lại trên bề mặt của bể và định kỳ dẫn về hố thu dầu để xử lý. Nước thải sau khi tách dầu mỡ được đưa vào bể điều hòa để tiếp tục xử lý.
Bể điều hòa: Nước qua bể tách mỡ sẽ chảy trực tiếp vào bể điều hòa, để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo
Song chắn rác Bể tách mỡ Bể điều hòa Bể lắng 1 Bể lọc sinh học Bể khử trùng Hố thu dầu Clorine Bể lắng trong Hệ thống thoát nước Nước thải, bể tự hoại Rác Bể chứa bùn và máy ép bùn Nước tách bùn Máy nén khí Xe hút bùn Xử lý
39 hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này. Vì ở các thời điểm khác nhau lượng nước thải tạo ra là khác nhau, để hệ thống hoạt động liên tục, không bị gián đoạn bể điều hòa sẽ giữ nước ở những lúc cao điểm xả thải để cung cấp nước cho hệ thống xử lý những lúc lượng xả thải ít. Ngoài ra bể điều hòa còn có vai trò ổn định chất lượng nước, bể được cung cấp khí nén để hòa trộn đều nước thải và chống lắng cặn đáy bể.
Bể lắng sơ bộ: Bể lắng sơ bộ có vai trò giữ lại các chất không hòa tan, trôi lơ lửng trong nước thải làm giảm lượng chất rắn lơ lửng trong nước. Do trong nước thải có lượng lớn chất rắn lơ lửng cần xử lý, nước từ bể điều hòa được bơm sang bể lắng sơ bộ nhằm giảm lượng chất rắn lơ lửng và nâng cao hiệu suất xử lý của bể sinh học phía sau.
Bể lọc sinh học: Nước qua bể lắng sẽ được bơm vào bể lọc sinh học. Nước sẽ được phân phối đều trên bề mặt của vật liệu lọc. Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc được chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và làm cho vi sinh vật của màng phân hủy các chất hữu cơ có trong nước. Lượng không khí cần thiết cho bể được cấp nhờ quá trình thông gió tự nhiên trên bề mặt bể. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nên nước thải được làm sạch.
Bể lắng 2: Qua bể lọc sinh học, nước được bơm vào bể lắng. Nước thải đầu ra của bể lọc sinh học có chứa nhiều cặn lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo nên cần được đưa qua bể lắng 2 để lắng cặn.
Bể khử trùng: Nước thải đầu vào bị ô nhiễm bởi Coliform, bể khử trùng được cung cấp hóa chất clorin để xử lý lượng Coliform trong nước thải.
Nước thải sau hệ thống xử lý các thông số ô nhiễm đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra nguồn tiếp nhận theo cột B, QCVN 14:2008/BTNMT, đáp ứng đủ điều kiện xả vào hồ sinh học hoặc xả ra nguồn tiếp nhận khác.
3.2.3. Lựa chọn công nghệ
Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cần đáp ứng được yêu cầu sau: - Đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT/B. - Đảm bảo mức độ an toàn khi có sự thay đổi về lưu lượng và nồng độ - Đơn giản, dễ vận hành, phù hợp với vốn đầu tư, chi phí vận hành. - Phù hợp với điều kiện sẵn có của cơ sở về diện tích, địa chất… - So sánh hai phương án đề xuất.
40 Bảng 3.3 So sánh 2 phương án Phương án 1 (Công nghệ AO) Phương án 2 (Lọc sinh học) Ưu Điểm
- Chi phí vận hành tương đối thấp. - Có thể tăng công suất hoạt động của nhà máy
- Bảo vệ môi trường tránh khỏi ô nhiễm nước và cung cấp nguồn nước sạch. - Tiết kiệm năng lượng, vận hành dễ dàng
- Tải trọng chất ô nhiễm thay đổi ở giới hạn rộng trong ngày.
- Ít tiêu thụ năng lượng.
Nhược Điểm
- Tiêu thụ nhiều năng lượng.
- Sử dụng kết hợp nhiều hệ vi sinh, hệ thống vi sinh dễ bị nhạy cảm khi điều kiện vận hành thay đổi hoặc nước thải đầu vào biến đổi lớn.
- Tồn vật liệu lọc do đó giá thành vận hành và quản lí cao.
- Không khí ra khỏi bể lọc thường có mùi hôi thối xung quanh bể lọc có nhiều ruồi, muỗi.
- Chỉ xử lý được nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm không cao.
- Cấu tạo phức tạp.
- Hiệu suất quá trình phục thuộc vào nhiệt độ không khí.
Căn cứ vào yêu cầu đối với nước thải đầu ra, xét thấy cả hai phương án trên đều cho hiệu quả xử lý tốt (đạt tiêu chuẩn nước thải loại B theo QCVN 14:2008/BTNMT). Tuy nhiên phương án 2 sau một thời gian hoạt động thì phải vệ sinh vật liệu lọc tránh bị tắc nghẽn vật liệu lọc, ứ đọng nên phải lau chùi phức tạp, hiệu suất xử lý không ổn định, quá trình xử lý sẽ gây mùi khó chịu, phát sinh nhiều ruồi muỗi.
Vì vậy, phương án 1 sẽ mang nhiều tính ưu việt và phù hợp hơn để xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho chung cư Hồng Hải hơn phương án 2.
3.3. Tính toán trạm xử lý
Lượng nước thải trung bình trong 1 giờ là:
41
3.3.1. Song chắn rác
1. Nhiệm vụ
Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất, rác thải có kích thước lớn ( > 5 mm). Đây là công trình đầu tiên trong trạm xử lý nước thải.
2. Tính toán
- Chiều cao lớp nước trong mương trước song chắn rắc: h = Qmax
s v × Bk Trong đó:
Qmaxs : Lưu lượng giây lớn nhất (m3/s). Qsmax = Qmax h 3600 = 26,04 3600 = 7,23 × 10 −3 (m3⁄s)
v: Vận tốc nước chảy trước SCR, phạm vi 0,7 ÷ 1,0 (m/s), chọn v = 0,8 (m/s). Bk: Đường kính ống dẫn nước thải, Bk = 0,13 (m).
h = 7,23 × 10 −3 0,8 × 0,13 = 0,07 (m) = 70 (mm) - Số khe hở của SCR: n = Qmax s × K v × h × b Trong đó:
+ n: Số khe hở cần thiết của SCR.
+ Qmaxs : Lưu lượng giây lớn nhất (m3/s).
+ v: Vận tốc nước chảy trước SCR, phạm vi 0,7 ÷ 1,0 (m/s), chọn v = 0,8 (m/s).
+ b: Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 ÷ 25 mm, chọn b = 16 (mm) = 0,016 (m).
+ K: Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cào rác của SCR cơ giới, K = 1,05.
𝑛 = 7,23 × 10
−3 × 1,05
0,8 × 0,07 × 0,016 = 8,47 (𝑘ℎ𝑒) Chọn n = 9 khe → Có 10 hanh song chắn rác.
- Chiều rộng của song chắn rác:
Bs = S × (n − 1) + (b × n) = 0,008 × (9 − 1) + (0,016 × 9) = 0,208 (m)
Chọn chiều rộng cửa đặt song chắn rác Bs = 0,21 (m). Trong đó:
42 + S : Chiều dày của mỗi thanh song chắn, thường lấy S = 0,008 (m).
+ b: Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 ÷ 25 mm, chọn b = 16 (mm) = 0,016 (m).
+ n: Số khe hở, n = 9 (khe).
- Kiểm tra sự lắng cặn ở phần mở rộng trước SCR, vận tốc nước thải trước SCR (Vkt) không được nhỏ hơn 0,4 m/s.
Vkt = Qmax s
Bs × h=
7,23 × 10−3
0,21 × 0,07 = 0,49 (m s)⁄ Vkt = 0,5 (m/s) > 0,4 (m/s) => Thoả mãn điều kiện lắng cặn.
- Tổn thất áp lực qua song chắn rác:
hs = ξ × vmax 2
2g × K1 Trong đó:
+ vmax: Vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng với Qmax, chọn vmax = 0,8 (m/s). + K1: Hệ số ứng với sự tổn thất do vướng rác ở song chắn rác, K1 = 2 ÷ 3, chọn K1 = 3. + g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). + ξ: Trở lực cục bộ của SCR: ξ = β × (S b) 4 3 ⁄ × sinα = 2,42 × (0,008 0,016) 4 3 ⁄ × sin 60o = 0,83 Trong đó:
+ β: Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh chắn, chọn thanh chắn hình chữ nhật, β = 2,42.
α: Góc nghiêng của SCR so với mặt phẳng.
=> Tổn thất áp lực qua song chắn: ℎ𝑠 = 𝜉 ×𝑣𝑚𝑎𝑥 2 2𝑔 × 𝐾1 = 0,83 × 0,82 2 × 9,81 × 3 = 0,08 (𝑚) - Chiều dài phần mở rộng trước SCR:
L1 = Bs− Bk 2 × tanφ=
0,21 − 0,13
2 × tan20o = 0,11 (m) Trong đó:
+ Bs : Chiều rộng của song chắn rác, Bs = 0,21 (m). + Bk: Đường kính ống dẫn nước thải, Bk = 0,13 (m). + φ: Góc nghiêng chỗ mở rộng, chọn φ = 20o.
- Chiều dài phần mở rộng sau SCR:
L2 = L1 × 0,5 = 0,11 × 0,5 = 0,055 (m) - Chiều dài của bể chứa để lắp đặt SCR:
L = L1 + L2 + Ls
43 Ls là chiều dài phần mương đặt SCR, Ls ≥ 1m (Theo giáo trình Xử lý nước thải, PGS.TS Hoàng Huệ). Chọn Ls = 1m.
=> L = 0,11 + 0,055 + 1 = 1,165 (m) Chọn L = 1,5 (m).
- Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt SCR: H = h + hs + hbv = 0,053 + 0,08 + 0,5 = 0,633 (m) Trong đó:
+ hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,5 (m). + hs: Tổn thất áp lực qua SCR, hs = 0,08 (m).
+ h: Chiều cao lớp nước trong mương, h = 0,053 (m). Chọn H = 0,65 (m).
- Chiều dài của mỗi thanh là: Lt = H
sinα = 0,45
sin60o = 0,52 (m) Trong đó:
+ Song chắn rác đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 60o.
Bảng 3.4 Tóm tắt các thông số thiết kế mương và song chắn rác
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài mương L m 1,5
2 Chiều rộng mương Bs m 0,21
3 Chiều cao mương H m 0,65
4 Số thanh song chắn rác - Thanh 10
5 Chiều dài phần mở rộng trước
song chắn L1 m 0,11
6 Chiều dài phần mở rộng sau
song chắn L2 m 0,055
7 Góc nghiêng song chắn α Độ 60
8 Khoảng cách giữa các khe b mm 16
9 Bề dày thanh chắn S mm 8
10 Chiều dài thanh song chắn Lt mm 52
3.3.2. Bể tách dầu mỡ
3.3.2.1. Nhiệm vụ
Bể tách dầu mỡ có chức năng tách sơ bộ dầu mỡ ra khỏi nước thải, tránh tình trạng bám dính các cặn bẩn dầu mỡ gây tắc, nghẽn thiết bị, đường ống.
44 -Thể tích của bể dầu mỡ là:
𝑉 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 26,04 × 1,5 = 39,06 (𝑚3)