Chất ơ nhiễm Nồng độ trung bình (mg/l) Tải trọng trung bình (kg/ngày)
TSS 690 8280 BOD5 560 6720 COD 1250 15000 Tổng N 125 1500 NH4+ 88 1056 Tổng P 25 300
b/. Yêu cầu về chất lượng nước thải sau xử lý
Trạm xử lý nước thải được đề xuất cần xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT.
Bảng 3.14. Yêu cầu chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý tại trạm
Thông số Đơn vị Tiêu chuẩn TCVN 7222:2002 (sau xử lý lần 2)
pH --- 6 – 9 TSS mg/l 30 BOD5 mg/l 30 COD mg/l --- N tổng mg/l 15 NH4 mg/l --- P tổng mg/l 5 Coliform MPN/100ml 5000 (Theo QCVN 40:2011)
Tiêu chuẩn TCVN 7222:2002 khơng có u cầu về chỉ tiêu vi khuẩn của nước đã được xử lý. Vì vậy cần phải áp dụng những yêu cầu về chất lượng được xác định trong tiêu chuẩn QCVN 40:2011 để tính tốn kích thước các cơng trình và thiết bị khử trùng.
Để tránh các tính tốn kích thước q lớn một cách vơ ích cho các cơng trình khử trùng, các cơng trình này sẽ được định kích thước trong tình huống mùa khô. Trên thực tế, trong mùa mưa (kéo dài khoảng 6 tháng trong 1 năm) việc khử trùng nước thải khơng có lợi ích gì vì nước sơng đã bị nhiễm khuẩn do nước lũ (tràn từ các miệng ống vào hố thu).
3.4.3.2. Đề xuất phương án xử lý nước thải
Trên cơ sở các yêu cầu đề ra, các phương án công nghệ xử lý nước thải đơ thị cho khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên được chúng tôi đề xuất là:
Phƣơng án 1:
Quy trình cơng nghệ xử lý của phương án này được thể hiện tại Hình 3.5 với các thiết bị chính như sau:
- Song chắn rác và bể gom nước thải - Bể điều hoà kết hợp xử lý sơ bộ - Bể keo tụ kết hợp lắng sơ cấp - Bể xử lý sinh học hiếu khí aeroten - Bể lắng thứ cấp
- Bể khử trùng - Bể nén bùn
- Các thiết bị pha hố chất đơng keo tụ, khử trùng và cấp khí.
Nước thải sau khi thu gom từ hệ thống được đưa đến bể điều hồ có lắp đặt thiết bị song chắn rác nhằm loại bỏ các tạp vật có kích thước lớn để đảm bảo hoạt động cho các máy móc, thiết bị xử lý trong cơng đoạn tiếp sau. Bể điều hoà được dùng để điều hoà lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải. Tại đây, nước thải được khuấy trộn và làm thoáng sơ bộ nhờ hệ thống sục khí.
Nước thải sau khi qua bể chứa điều hoà được bơm lên bể keo tụ và lắng sơ cấp có kết hợp ngăn trộn và ngăn phản ứng.
Bể keo tụ và lắng sơ cấp được sử dụng để tách các tạp chất lơ lửng ra khỏi nước thải. Chất keo tụ và trợ keo tụ từ hệ thiết bị pha - chứa - định lượng hoá chất sẽ được bơm định lượng đưa và ngăn trộn và ngăn phản ứng của bể. Nhờ sự có mặt của chất keo tụ và trợ keo tụ một số kim loại nặng cũng được lắng xuống và thải ra ngoài. Hiệu suất của bể lặng đạt tới 80%.
Phần nước trong phía trên đi đến bể aeroten, tại bể hàm lượng bùn hoạt tính được duy trì lơ lửng sẽ oxi hố các chất bẩn, hợp chất hữu cơ thành những chất ổn định tạo thành bơng cặn dễ lắng. Mơi trường hiếu khí trong bể đạt được do sử dụng
hệ thống sục khí nhằm duy trì hỗn hợp lỏng trong thiết bị ln ở chế độ khuấy trộn hồn tồn. Sau một thời gian hỗn hợp sinh khối được đưa sang bể lắng II (Bể lắng thứ cấp). Tại bể lắng II, bùn được lắng xuống tách ra khỏi nước đã xử lý, và một phần bùn lắng tuần hoàn trở lại bể aeroten để duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong bể. Phần nước sạch bên trên của bể lắng II chảy qua bể khử trùng để trừ diệt những vi khuẩn gây bệnh. Chất khử trùng là Clo được đưa từ hệ thống cấp dung dịch khử trùng vào bể khử trùng nhờ bơm định lượng. Nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT.
Phần bùn tạo ra ở bể lắng I và II được xả định kỳ nhờ áp lực thuỷ tĩnh, bùn được tháo xuống bể nén bùn. Tại bể nén, bùn được làm giảm thể tích và tự phân huỷ, diệt trừ các mầm mống gây bệnh như trứng giun sán và các vi sinh vật ký sinh khác. Phần nước tách ra từ bể chứa bùn được dẫn quay trở lại bể điều hồ. Bùn đã được nén giảm thể tích theo ống dẫn tới bể chứa bùn và định kỳ xe hầm cầu của công ty vệ sinh đến hút mang đi. Lượng bùn này đảm bảo khơng gây hại, có thể sử dụng trong quá trình xử lý rác thải làm phân bón hoặc phơi khơ trong sân phơi tập trung sau đó dùng để cải tạo đất.
Phƣơng án 2:
Phương án này sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí (kênh oxy hố làm thống kéo dài) có kết hợp bể lắng và khử trùng để xử lý nước thải. Trong quá trình xử lý, các hợp chất của Nitơ được xử lý bằng phương pháp sinh học, các hợp chất của Photpho được xử lý bằng cách sử dụng FeCl3. Bùn thải được tách nước và xử lý hợp vệ sinh.
Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải phương án 2 xem Hình 3.6.
* Khu tiền xử lý
Nước thải sau khi được thu gom từ hệ thống các trạm bơm sẽ được đưa vào cơng trình Tiền xử lý, tại đây các loại rác có kích thước (to và nhỏ) sẽ lần lượt được loại bỏ bởi hệ thống sàng, song chắn rác (song chắn rác thô và tinh), tiếp đó nước thải sẽ được đưa sang hệ thống bể lắng tách cát và tách dầu mỡ.
Dầu mỡ tách ra từ nước thải sẽ được thu gom và quản lý theo dạng chất thải nguy hại.
Trong trường hợp gặp sự cố, trạm xử lý nước thải sẽ được cô lập thủy lực bằng một ống rẽ nhánh đặt tại trạm bơm trên cao, ngoại trừ các vùng dân cư kết nối vào mạng ở hạ nguồn. Một đường ống rẽ nhánh bên trong trạm xử lý sẽ cho phép rẽ nhánh các cơng trình, các dây chuyền xử lý nối tiếp nhau và đưa về cơng trình xả.
* Khu xử lý sinh học (bùn hoạt tính)
Nước thải sau khi qua khu vực tiền xử lý sẽ được dẫn sang hệ thống kênh oxy hóa, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ dạng carbon (trong vùng hiếu khí) và phân hủy các hợp chất của Nitơ (trong vùng thiếu khí). Các hợp chất của Photpho (P) sẽ được xử lý bằng phương pháp hóa học (sử dụng FeCl3 để xử lý các hợp chất của P).
Sau khi ra khỏi các bể thơng gió (kênh oxy hóa), nước được trung chuyển qua một cơng trình khử khí trước khi chảy vào các cơng trình lắng trong. Q trình này cần thiết để tránh hiện tượng xuất hiện bùn nổi trong bể lắng
Bùn thải sau bể lắng cấp II một phần sẽ được tuần hồn lại cho kênh oxy hóa, phần cịn lại được đưa sang khu xử lý bùn. Bùn thải sau xử lý sẽ được thu gom và đưa đi chôn lấp hợp vệ sinh.
* Khử trùng
Sau khi xử lý sinh học bình thường, để đạt tiêu chuẩn xả về Coliform là 10.000 MPN/100 ml, việc oxy hóa bằng Clo (định lượng Javel) đã được lựa chọn vì những lý do kinh tế và dễ dàng khai thác hơn so với các phương pháp khử trùng khác.
Nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT.
Hình 3.5. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải theo phƣơng án 1 Bơm định lượng Nước thải Bể gom + song chắn rác Bể điều hòa Hệ thống cấp khí HT bơm Lắng bậc 1 Pha HC keo tụ Pha HC trợ keo tụ Chứa HC keo tụ Chứa HC trợ keo tụ Bơm định lượng Bể Aeroten Lắng bậc 2 Khử trùng Pha HC khử trùng Chứa HC khử trùng Bể nén bùn HT bơm Bơm định lượng Nước sau xử lý Bơm bùn tuần hồn
Hình 3.6. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải theo phƣơng án 2 Song chắn rác thô (80 mm) Song chắn rác tinh (6 mm) Bể khử cát,dầu mỡ Bể tách cát Bể chứa mỡ
Kênh oxy hoá
Bể lắng II
Bể khử trùng
Tái tuần hoàn và trục bùn Trục bùn sinh học Clorua sắt (FeCl3) DD khử trùng (Javel) Bùn thải Xả ra sông Cầu Mỡ thải Chôn lấp Nước rỉ Nước rỉ Váng mỡ Cát, cặn Làm khô rác Chôn lấp Rác B ùn tu ần ho àn
Nước thải thu gom
X ả nƣ ớc t hả i t rực tiếp ra sông C ầu k hi gặp sự cố Ống rẽ nhánh Ống rẽ nhánh Rác Nước rỉ
3.4.3.3. Phân tích và lựa chọn phương án xử lý phù hợp
Phương án 1: Sử dụng bể Aeroten Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lý cao đối với nước thải đô thị (chủ yếu là nước thải sinh hoạt). + Thao tác vận hành đơn giản
Nhược điểm:
+ Không xử lý được triệt để các chất dinh dưỡng (N, P) có trong nước thải + Địi hỏi mặt bằng xây dựng lớn.
+ Bể ở dạng hở nên có thể phát sinh mùi, khơng thuận tiện khi ở gần khu dân cư.
+ Máy thổi khí gây ồn lớn.
Phương án 2: Sử dụng kênh oxy hóa xử lý hữu cơ kết hợp xử lý P bằng hóa chất
Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lý cao đối với nước thải đô thị (chủ yếu là nước thải sinh hoạt). + Xử lý được các chất dinh dưỡng.
Nhược điểm:
+ Đòi hỏi mặt bằng xây dựng lớn.
+ Bể ở dạng hở nên có thể phát sinh mùi, khơng thuận tiện khi ở gần khu dân cư.
+ Máy thổi khí gây ồn lớn.
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương án, chúng tôi lựa chọn
Phương án 2 để thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung cho khu vực nghiên cứu. 3.4.3.3. Thông số kỹ thuật cơ bản các cơng trình trong trạm xử lý nước thải tập trung
Do khơng có điều kiện thực hiện các thí nghiệm (Pilot) để tính tốn chính xác các thơng số kỹ thuật của trạm xử lý nước thải nên luận văn thực hiện tính tốn và mơ phỏng các q trình trong hệ thống xử lý nước thải đề xuất bằng phần mềm
STEADY, từ đó tính tốn được thơng số kỹ thuật của các cơng trình trong hệ thống. Các tham số đầu vào và yêu cầu nước sau xử lý lấy theo Bảng 3.13 và Bảng 3.14.
Hình 3.7. Sơ đồ cơng nghệ theo phƣơng án chọn thiết lập trên Steady
Sau khi thiết lập được sơ đồ cơng nghệ phương phương án chọn trên mơ hình Steady, ta tiến hành nhập dữ liệu đầu vào cho từng khối cơng trình xử lý, cụ thể như sau:
* Nhập dữ liệu cho nguồn đầu vào (Source)
* Nhập dữ liệu cho cơng trình tiền xử lý (Primary Settling)
Hình 3.9. Nhập các thơng số cho cơng trình tiền xử lý
* Nhập dữ liệu cho cơng trình xử lý sinh học
Trong cơng trình xử lý sinh học, các tham số lựa chọn cho hệ vi sinh như sau:
- Y: là hệ là hệ số sinh trưởng cực đại (mg bùn/mg BOD5 tiêu thụ). Chọn Y = 0,65.
- kd: hệ số phân huỷ nội bào (1/ngày). Chọn kd = 0,05 ngày-1. - X: nồng độ bùn hoạt tính (mg/l). Chọn X = 3000 mg/l.
Trên cơ sở tính tốn của Steady, kết quả tính tốn cân bằng vật chất của hệ thống được tính tốn và mơ tả tại Hình 3.11. Kết quả tính tốn cũng cho thấy các thông số của nước thải đầu ra hoàn toàn phù hợp với yêu cầu xử lý (Đạt TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT).
Hình 3.11. Kết quả tính tốn cân bằng chất hệ thống xử lý nƣớc thải bằng mơ hình Steady
Trên cơ sở tính tốn bằng mơ hình Steady ta cũng tính tốn được các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống. (Xem Bảng 3.15).
Bảng 3.15. Thơng số kỹ thuật cơ bản các cơng trình trong trạm xử lý nƣớc thải STT Tên cơng
trình Yêu cầu kỹ thuật lƣợng Khối
1 Song chắn rác thô
+ Khoảng cách giữa các mắt song: 80mm; + Chiều rộng song: 0,8m
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đêm + Vật liệu: thép Inox 304L
1 chiếc
2 Song chắn rác tinh
+ Khoảng cách giữa các mắt song: 40mm; + Chiều rộng song: 0,8m
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đêm + Vật liệu: thép Inox 304L
1 chiếc
3 Ống rẽ
nhánh Trong trường hợp gặp sự cố, trạm xử lý nước thải sẽ được cô lập thủy lực bằng một ống rẽ nhánh đặt tại trạm bơm trên cao, ngoại trừ các vùng dân cư kết nối vào mạng ở hạ nguồn.
Một đường ống rẽ nhánh bên trong trạm xử lý sẽ cho phép rẽ nhánh các cơng trình, các dây chuyền xử lý nối tiếp nhau và đưa về cơng trình xả.
+ Số lượng dây chuyền: 1
+ Lưu lượng tối đa: 12.000 m3/ngày.đêm + Đường kính đường ống: 600 mm + Độ dốc tối thiểu: 0,3%
1 hệ thống
4 Bể khử
cát/dầu + Số lượng bể: 02 bể; + Thời gian lưu: 10 phút
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đêm
02 bể
5 Kênh oxy
hóa + Số lượng dây chuyền: 02 + Lưu lượng xử lý mỗi dây chuyền: 6.000m3/ngày.đêm + Tuổi bùn: 8 ngày
+ Tổng thể tích: 65.000 m3
+ Độ sâu hiệu dụng: 4m
+ Nhu cầu Oxy xử lý BOD5: 1,21 kg O2/kgBOD5 + Nhu cầu Nitrat hóa: 4,6 kg O2/kgNH4
6 Khử Photpho
+ Tỷ lệ Fe/P áp dụng để xử lý: 1,5
+ Lượng FeCl3 yêu cầu theo lý thuyết: 450 kg/ngày. 7 Bể lắng
cấp 2
+ Số lượng dây chuyền: 02
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đêm + Loại bể lắng: bể lắng đứng, hình trịn + Thể tích 1 bể: 3500m3
+ Chiều cao hiệu dụng: 3,5m
02 bể
8 Khử
trùng Sau khi xử lý sinh học bình thường, để đạt tiêu chuẩn xả về Coliform là 10.000 MPN/100 ml, việc oxy hóa bằng Clo (định lượng Javel) đã được lựa chọn vì những
lý do kinh tế và dễ dàng khai thác hơn so với các phương pháp khử trùng khác.
Việc khử trùng diễn ra trong một buồng tiếp xúc được trang bị các tấm cản đảm bảo việc nước chảy thành dòng chảy đều. Một ống rẽ nhánh cho phép làm cơng trình ngừng hoạt động trong mùa mưa.
+ Tiêu thụ Javel 14%: 90 đến 460 l/ngày
+ Thời gian lưu trong cơng trình tiếp xúc khử trùng: 30 phút
3.4.4. Mơ phỏng các q trình thủy lực trên mạng thốt nước khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên
Trên cơ sở mạng lưới thu gom và xử lý nước thải đề xuất, chúng tôi thực hiện mô phỏng các quá trình thủy lực diễn ra trong hệ thống bằng phần mềm SWMM – Version 5 (2004) nhằm mục đích kiểm tra tính khả thi của hệ thống, đồng thời xác định các thơng số cơ bản của mạng thốt nước đề xuất.
3.4.4.1. Xem xét các tham số đầu vào
a/. Phân chia lưu vực thoát nước
Việc xác định lưu vực là một vấn đề phức tạp, thơng thường có 2 cách phân chia tiểu lưu vực như sau:
+ Đối với khu tự nhiên, địa hình có độ dốc lớn thì lưu vực được phân chia bằng đường phân thủy thông qua dữ liệu địa hình.
+ Đối với khu đơ thị là khu vực có độ dốc nhỏ hoặc tương đối bằng phẳng, có sự biến đổi địa hình khơng rõ rệt.
Để thuận tiện cho tính tốn, dựa trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:110 000 và phân mềm MapInfo, ta ước lượng chia khu vực nghiên cứu thành 10 tiểu lưu vực thoát nước (bao gồm cả thoát nước mưa và nước thải sinh hoạt). Cụ thể như sau:
Bảng 3.16. Phân chia số lƣợng tiểu lƣu vực
STT Tên lƣu vực Diện tích
(ha)
Bề rộng (m)
1 Lưu vực A – Đường Dương Tự Minh 15 412
phía trên đường Bắc Kạn
3 Lưu vực C – Đường Bắc Kạn cạnh cầu Gia Bẩy 9 130 4 Lưu vực D – Đường Hoàng Văn Thụ và đường Minh
Cầu
17 570
5 Lưu vực E – Phường Túc Duyên 12 200