3. Nội dung nghiên cứu
3.1.5. Đánh giá sơ bộ hệ thống
- Tại thời điểm khảo sát, từ thực tế và thông tin của người quản lý nhà máy cung cấp:
+ Với nước thải sinh hoạt có các chỉ tiêu:Amoni, NO3-, BOD, TSS bị vượt nhiều lần so với cột B, QCVN14:2008/BTNMT.
+ Nước thải sản xuất vì khối lượng ít nên nhà máy chưa xây dựng trạm xử lý xử lý.
+ Các thiết bị của hệ thống nước thải sinh hoạt: bơm chìm hoạt động không ổn định, không đáp ứng được với việc vận hành.
+ Tại bể lắng không có máng thu nước, hệ thống thu nước thông qua ống PVC đục lỗ rồi dẫn sang bể khử trùng, không có góc vát đáy thu bùn.
- Đánh giá hiệu quả xử lý hệ thống trước khi cải tạo
Bảng 3.4: Bảng đánh giá hiệu quả hệ thống trước khi cải tạo và yêu cầu cần đạt STT Chỉ tiêu Nồng độ đầu vào ( mg/l) Nồng độ sau xử lý trƣớc cải tạo (mg/l)
Hiệu quả đạt đƣợc của hệ thống trƣớc khi cải tạo (%) 1 BOD5 305,3 89,4 70,7 2 COD 510 189,3 62,9 3 TSS 226 82,7 63 4 NH4 + -N 75,7 32,2 57,4 7 Coliform 2,3 x 107 1,2 x 107 47,8
Từ thực trạng khảo sát, tác giả nhận thấy ở hệ thống này tồn tại nhiều vấn đề dẫn tới hệ thống xử lý nước thải chưa đạt được hiệu quả cao như mong muốn. Một số nguyên nhân có thể như sau:
- Các thiết bị hoạt động không ổn định, qua kiểm tra thì phao hỏng, đường dẫn tín hiệu về tủ điện điều khiển trục trặc, các đầu kết nối han rỉ, tiếp xúc kém Các thiết bị hoạt động không hiệu quả.
38
- Các thiết bị như: bơm chìm, máy thổi khí chưa đáp ứng được lưu lượng cần cấp vào các bể cần khí như điều hòa, bể aerotank các công trình sinh hoạt không đảm bảo được lượng khí cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển
hiệu quả xử lý kém.
- Các giai đoạn thực hiện xử lý tại công trình sinh học đang được ghép chung tổ hợp tiết kiệm được công đoạn đầu tư xây dựng và thiết bị ban đầu nhưng hiệu quả xử lý sẽ không ổn định bằng so với tách riêng từng giai đoạn thiếu khí và hiếu khí ( Bảng 3.6)
3.2. Đề xuất phƣơng án thiết kế cải tạo hệ thống 3.2.1. Đề xuất dây chuyền công nghệ cải tạo hệ thống
a. Các cơ sở đề xuất lên phƣơng án cải tạo
- Dựa vào thành phần tính chất đặc trưng của nguồn nước thải sinh hoạt vượt quy chuẩn
- Mặt bằng hiện trạng hệ thống xử lý của nhà máy - Mức vốn đầu tư của chủ đầu tư
- Nguyện vọng của cán bộ vận hành, quản lý và ban lãnh đạo của nhà máy. Trong các cơ sở trên, tác giả đã thực hiện so sánh khi đưa ra các giải pháp công nghệ khác nhau cho chủ đầu tư như: sử dụng công nghệ màng MBR để phù hợp với hiện trạng đang có. Tác giả lựa chọn 2 mặt: kinh tế và hiệu để để phân tích:
Thực tế cho thấy, chi phí đầu tư vào công nghệ màng MBR rất cao và có giá trị thường cao gấp 2,5 lần so với chi phí đầu tư áp dụng công nghệ AO ( Xét tới chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành ). Ngoài ra, khi áp dụng công nghệ màng MBR thì cần có đội ngũ vận hành ngoài kiến thức môi trường ra còn cần có kiến thức chuyên môn về điện, không gian quỹ đất để xây dựng bể ngâm màng MBR. Như vậy, tác giả đã chọn công nghệ AO áp dụng vào công trình nghiên cứu này cho chủ đầu tư vì : Chi phí đầu tư và vận hành phù hợp, tận dụng triệt để công trình hiện có, không phát sinh thêm công trình phụ khác.
39
Xét về hiệu quả: Công nghệ màng MBR có thể đưa ra chất lượng nước đầu ra đạt A so với công nghệ AO. Nhưng yêu cầu đầu ra của hệ thống chủ đầu tư chỉ yêu cầu đạt cột B theo báo cáo đánh giá tác động môi trường của nhà máy được cơ quan chức năng thẩm định thông qua.
Kết luận: Dựa vào thực tại và mong muốn của chủ đầu tư, tác giả quyết định lựa chọn ứng dụng công nghệ AO vào cải tạo hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy Jeil Kovi.
40
b. Đề xuất dây chuyền công nghệ
Đường nước Đường khí Đường hồi
Hình 3. 6: Sơ đồ công nghệ đề xuất cải tạo
Wc Bể phốt Nhà bếp Bể tách mỡ Hố thu gom Bể điều hòa Bể thiếu khí Bể hiếu khí Bể lắng sinh học Bể khử trùng Bể chứa bùn Máy thổi khí Hút bùn định kì
41
c. Thuyết minh công nghệ
Nước thải từ 2 nguồn: Nấu ăn và vệ sinh của cán bộ công nhân viên của nhà máy. Nước thải WC được đưa vào bể phốt xử lý sơ bộ và được dẫn về hố thu gom nước thải.
Nước thải từ quá trình nấu ăn sau khi đi qua bể tách dầu mỡ được dẫn về hố thu gom. Như vậy, 2 nguồn sẽ đổ vào công trình đầu tiên trong hệ thống xử lý nước thải đó là hố thu gom.
Hố thu gom là nơi đầu tiên tiếp nhận các nguồn nước thải khác nhau, đây cũng là nơi tập trung và trung chuyển nước thải tới bể điều hòa bằng 2 bơm chìm lưu lượng 1,67 m3/h chạy theo chế độ phao điện gồm 2 mức :
Mức cạn : 2 bơm cùng nghỉ
Mức đầy : 1 bơm chạy, 1 bơm nghỉ- Chạy luân phiên nhau Bể điều hòa
Bể điều hòa với chức năng ổn định về nồng độ và lưu lượng nước thải. Nước được bơm sang bể thiếu khí bằng 2 bơm chìm với lưu lượng dòng khống chế theo công suất thiết kế của hệ thống (1,67 m3/h). Để điều chỉnh lưu lượng, ta điều chỉnh van bơm xả hồi trong bể điều hòa sao cho lưu lượng nước vào bể thiếu khí luôn ổn định, tránh tình trạng quá tải. Bơm tại bể điều hòa được chạy theo chế độ phao gồm 2 mức và chạy theo timer :
Mức cạn : 2 bơm cùng nghỉ
Mức đầy : 1 bơm chạy, 1 bơm nghỉ- Chạy luân phiên nhau
Để tránh trường hợp lắng cặn và gây mùi, bể điều hòa được thiết kế thêm hệ thống phân phối khí thô.
Bể thiếu khí
Bể thiếu khí được chia làm 2 ngăn : Thiếu khí 1, thiếu khí 2.
Ngăn thiếu khí 1 là ngăn đầu tiên tiếp nhận nước thải từ bể điều hòa bơm qua, đây là ngăn sẽ có sự đảo trộn giữa bùn vi sinh từ ngăn hiếu khí và lắng
42
bơm hồi về với nước thải từ bể điều hòa qua bởi máy khuấy chìm. Nước từ ngăn thiếu 1 tự chảy sang ngăn thiếu khí 2 thông qua ống thông vách.
Tại bể thiếu khí 2 sẽ xảy ra quá trình khử nitrat, bước thứ hai theo sau
quá trình nitrat hóa, là quá trình khử NO2- thành khí N2, NO, N2O được thực
hiện trong môi trường thiếu khí với máy khuấy chìm . Nước thải từ ngăn 2 sẽ tự chảy sang bể hiếu khí thông qua ống thông vách.
Bể hiếu khí
Nước từ ngăn thiếu khí 2 sẽ tự chảy sang ngăn hiếu khí. Nước thải đi qua ngăn này nhằm chuyển hóa (hay xử lý) chất hữu cơ bằng vi sinh. Ở ngăn này được lắp hệ thống phân phối khí nhằm đảo trộn bùn trong ngăn này để xử lý các chất ô nhiễm. Những chất hòa tan như COD, amoni sẽ được chuyển hóa thành các sản phẩm là CO2, NO3
-
, H2O. Hệ phân phối khí dạng đĩa khí tinh cung cấp khí cho bể nhằm nuôi sống vi sinh và tăng khả năng xử lý của vi sinh.
Toàn bộ lượng khí cung cấp cho các bể được cấp nhờ 02 máy thổi khí. Trong bể cũng được bố trí bơm chìm để tuần hoàn hỗn hợp bùn hoạt tính và lượng nước quay trở về thiếu khí. Nước thải được chảy tiếp tục sang bể lắng đứng.
Bể lắng
Nước sau khi qua bể hiếu khí được tự chảy qua bể lắng. Tại đây bùn và vi sinh vật được tách khỏi hỗn hợp nước (vi sinh từ bể hiếu khí sang). Ở đây áp dụng kỹ thuật lắng trọng lực, tại ngăn lắng được bố trí 02 bơm tuần hoàn bùn và nước về bể thiếu khí và phá bọt tại các ngăn của bể hiếu khí. Bơm được chạy theo timer luân phiên nhau.
Nước trong sau khi lắng được thu sang bể khử trùng. Bể khử trùng
Nước bể lắng dẫn qua bể khử trùng được trộn với javen bổ sung từ hệ thống hóa chất và bơm định lượng. Tại đây, nước thải và javen được đảo trộn đều với nhau trước khi đi ra ngoài môi trường thoát nước chung.
43
3.2.2. Mô tả phƣơng án cải tạo
- Công nghệ:
+ Bổ sung thêm bể thiếu khí vào hệ thống
+ Bổ sung hệ thống hóa chất khử trùng bằng javen thay cho clo dạng viên nén như hiện trạng
- Thiết bị:
+ Tận dụng bơm chìm bể khử trùng chuyển về bể lắng làm bơm tuần hoàn + Bổ sung các thiết bị mới: bơm chìm hố gom, bể điều hòa, máy khuấy chìm, bồn hóa chất, bơm định lượng, bơm tuần hoàn bể hiếu khí, bơm bể khử trùng mới, máy thổi khí.
- Mặt bằng
+ Tận dụng lại khối bể sẵn có, chia thêm vách ngăn
+ Giữ nguyên vị trí các nắp thăm và bố trí thêm nắp thăm vào các bể của hệ xử lý nhằm phục vụ cho công tác vận hành và bảo trì được thuận lợi và dễ dàng.
+ Bổ sung máng thu nước, góc vát.
Bảng 3.5: Phương án cải tạo mặt bằng xây dựng trạm xử lý nước thải
STT Đầu mục trƣớc cải tạo Phƣơng án cải tạo
1 Bể điều hòa Chia thành 2 ngăn: ngăn điều hòa và ngăn thiếu khí 1
2 Bể hiếu khí Chia thành 2 ngăn: ngăn thiếu khí 2 và hiếu khí
3 Nắp thăm Bổ sung thêm 2 nắp thăm vào các vị trí bể thiếu khí và bể điều hòa.
Như vậy, trước và sau cải tạo có 1 số thay đổi. Số lượng bể tăng bể, nắp thăm tăng lên nhằm phục vụ cho quá trình cải tạo hệ thống và lắp đặt công trình.
44
3.3. Tính toán các công trình 3.3.1. Hố thu gom 3.3.1. Hố thu gom
Thể tích hiệu dụng của bể gom: V hiệu dụng = Q max x t = 1,67 x
= 0,835 m
3
. Chọn V hiệu dụng = 1 m3 Trong đó:
t là thời gian lưu nước trong bể (30 đến 60 phút). Chọn t = 30 phút. Chiều sâu xây dựng bể:
H xd = H hd + H bv = 1 + 0,5 = 1,5 m Trong đó:
H hd : là chiều cao mực nước trong bể. Chọn H hd = 1 m H bv: là chiều cao bảo vệ . Chọn H bv = 0,5 m
Diện tích hố thu gom
F=
= = 1 ( m2 ) Tính toán lựa chọn bơm chìm
Lưu lượng bơm cần đạt ở ngưỡng tối ưu đó là 1,67 m3
/h, cột áp yêu cầu: 3 mH2O
Lựa chọn bơm hãng APP_Đài Loan cho bể. Tra catalog thiết bị, ta ra được thông số của bơm có công suất: 0,37 kw, điện 1 phase.
Bể vận hành 1 bơm chạy, 1 bơm nghỉ, luân phiên nhau.
Bảng 3.6: Thông số thiết kế của hố thu gom
Thông số thiết kế bể
STT Thông số Đơn vị Số lƣợng
1 Thể tích hiệu dụng m3 1
2 Chiều cao hiệu dụng m 1
45
Thông số thiết kế bể
4 Chiều cao xây dựng m 1,5
5 Diện tích m2 1
6 Thể tích xây dựng m3 1,5
Thông số thiết bị công nghệ của bể
STT Diễn giải Thông số
1 Hãng sản xuất Evergush- Đài Loan
2 Model EF-05T 3 Công suất (kw) 0,37 kw 4 Cột áp (mH2O) 3 5 Điện áp 3 phase/380v 6 IP 68 7 Kích thước đầu ra DN50 3.3.2. Bể điều hòa Thể tích bể điều hòa V hiệu dụng = Qtb h x t x k “ Trang 162-Tập 1”, [3] = 1,67 x 6 x 1,2 = 12,024 m3
Tính toán lượng khí cấp vào bể điều hòa Q không khí = V hiệu dụng x qkk
= 12,024 x 0,015
= 0,18036 ( m3 không khí/ phút) Trong đó:
q kk là lưu lượng khí cần thiết để xáo trộn từ 0,01 đến 0,015 m3 không khí/m3 nước thải/phút “trang 42”, [4]. Chọn q kk = 0,015.
46
Chọn hệ thống phân phối khí thô là đĩa khí Janger/Đức có đường kính 105 mm, lưu lượng khí thoát ra mỗi đĩa từ 2- 12 m3
/h [5]. Chọn 3 m3/h.
N=
= 3,6 ( đĩa). Chọn 4 đĩa để thiết kế bố trí trong bể. Tính toán đường ống khí trong bể điều hòa
Đường kính ống khí chính xuống bể điều hòa: [4]
Dc = √
= √
= 0,018 (m). Chọn ống nhựa PVC 27, C3
Trong đó:
Vận tốc dòng khí trong đường ống (10- 15) m/s. Chọn v= 12 m/s “ Trang 77”, [4]
Tính toán bơm chìm bể điều hòa
Lưu lượng bơm cần đạt ở ngưỡng tối ưu đó là 1,67 m3/h, cột áp yêu cầu: 3 mH2O
Lựa chọn bơm hãng APP_Đài Loan cho bể. Tra catalog thiết bị, ta ra được thông số của bơm có công suất: 0,37 kw, điện 1 phase.
Bể vận hành 1 bơm chạy, 1 bơm nghỉ, luân phiên nhau.
Bảng 3.7: Thông số thiết kế bể điều hòa
Thông số thiết kế bể
STT Thông số Đơn vị Số lƣợng
1 Thể tích hiệu dụng m3 12,024
2 Chiều cao hiệu dụng m 2,5
3 Chiều cao bảo vệ m 0,3
4 Chiều cao xây dựng m 2,8
47
Thông số thiết bị công nghệ của bể
STT Diễn giải Thông số
1 Hãng sản xuất Evergush- Đài Loan
2 Model EF-05T 3 Công suất (kw) 0,37 kw 4 Cột áp (mH2O) 3 5 Điện áp 3 phase/380v 6 IP 68 7 Kích thước đầu ra DN50 3.3.3. Cụm bể A-O
Ta có : Công suất trạm: Q= 40 m3/ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: Q tbh
= 1,67 m3/h Lưu lượng trung bình phút: Q tb
p
= 0,027 m3/phút Lưu lượng trung bình giây: Q tbs = 4,63 x 10-4 m3/s Lựa chọn nhiệt độ môi trường làm trung bình: 20oC
Bảng 3.8: Bảng thông số nước thải đầu vào hệ thống
Thông số Đơn vị Giá trị Kí hiệu
Nhu cầu oxygen sinh học mg/L 305,3 BOD
Nhu cầu oxygen sinh học hòa tan mg/L 244,24 sBOD
Nhu cầu oxygen hóa học mg/L 510 COD
Nhu cầu oxygen hóa học hòa tan mg/L 408 sCOD
Tổng chất rắn lơ lửng mg/L 226 TSS0
Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi mg/L 180,8 VSS0
Tổng kjeldahl Nitrogen mg/L 77 TKN
Nitrogen trong ammonia mg/L 75,7 NH4-N
48
Bảng 3.9: Chất lượng nước yêu cầu đầu ra
Thông số Đơn vị Giá trị Kí hiệu
Nhu cầu Oxygen sinh học mg/L 72 BODe
Nitrogen trong Ammonia mg/L 14,4 (Ne)NH4-Ne
Tổng chất thải rắn lơ lửng mg/L 144 TSSe
Nitrogen trong Nitrate mg/L 12 NO3-Ne
Bảng 3.10: Thông số lựa chọn thiết kế
Các thông số lựa chọn khi thiết kế
Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trích dẫn
Chiều sâu của bể Anoxic
Hanoxic 2,8 m Thực trạng hệ thống
Chiều cao an toàn của bể anoxic hsafe,anoxic 0,5 m Khoảng 0,5 m Khoảng cách từ đáy bể đến bề mặt đĩa thổi khí hdiffusers 0,3 m Thường từ 0,2 ~ 0,5 (0,3) m Hệ số Alpha (tốc độ OTR nước thải so với nước sạch)
α 0,65 unitless Giá trị điển hình 0,65
Hệ số Beta (Tỉ lệ DO bão hòa so với nước sạch)
β 0,95 unitless Giá trị điển hình 0,95 ~ 0,98 (0,95) Hệ số tắc nghẽn đĩa
thổi khí
F 0,90 unitless Giá trị điển hình 0.65 ~ 0.9 (0.9) Nồng độ MLSS đầu
ra
XTSS 3.000 mg/L 2000 ~ 3000 mg/L
(3000 mg/L) Oxygen hòa tan
(DO) trong bể sục khí Aerobic
DO 2 mg/L Giá trị tối ưu cho
49
Các thông số lựa chọn khi thiết kế
Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trích dẫn
Hệ số an toàn (SF = TKNpeak
/TKNavg)
SF 1 Giá trị tối ưu điển
hình cho thiết kế
Hệ số động học của quá trình Oxy hóa COD ở 20oC (Henze et al 1995, Barker & Dold 1997)
Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của VSV Oxy hóa COD
µmax,COD,20 6 g VSS/g VSS.d Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hằng số tốc độ bán phần quá trình Oxy