Chất ụ nhiễm Nồng độ trung bỡnh (mg/l) Tải trọng trung bỡnh (kg/ngày)
TSS 690 8280 BOD5 560 6720 COD 1250 15000 Tổng N 125 1500 NH4+ 88 1056 Tổng P 25 300
b/. Yờu cầu về chất lượng nước thải sau xử lý
Trạm xử lý nước thải được đề xuất cần xử lý đạt tiờu chuẩn TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT.
Bảng 3.14. Yờu cầu chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý tại trạm
Thụng số Đơn vị Tiờu 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)
Tiờu chuẩn TCVN 7222:2002 khụng cú yờu cầu về chỉ tiờu vi khuẩn của nước đó được xử lý. Vỡ vậy cần phải ỏp dụng những yờu cầu về chất lượng được xỏc định trong tiờu chuẩn QCVN 40:2011 để tớnh toỏn kớch thước cỏc cụng trỡnh và thiết bị khử trựng.
Để trỏnh cỏc tớnh toỏn kớch thước quỏ lớn một cỏch vụ ớch cho cỏc cụng trỡnh khử trựng, cỏc cụng trỡnh này sẽ được định kớch thước trong tỡnh huống mựa khụ. Trờn thực tế, trong mựa mưa (kộo dài khoảng 6 thỏng trong 1 năm) việc khử trựng nước thải khụng cú lợi ớch gỡ vỡ nước sụng đó bị nhiễm khuẩn do nước lũ (tràn từ cỏc miệng ống vào hố thu).
3.4.3.2. Đề xuất phương ỏn xử lý nước thải
Trờn cơ sở cỏc yờu cầu đề ra, cỏc phương ỏn cụng nghệ xử lý nước thải đụ thị cho khu vực phớa Bắc thành phố Thỏi Nguyờn được chỳng tụi đề xuất là:
Phƣơng ỏn 1:
Quy trỡnh cụng nghệ xử lý của phương ỏn này được thể hiện tại Hỡnh 3.5 với cỏc thiết bị chớnh như sau:
- Song chắn rỏc 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 khớ aeroten - Bể lắng thứ cấp
- Bể khử trựng - Bể nộn bựn
- Cỏc thiết bị pha hoỏ chất đụng keo tụ, khử trựng và cấp khớ.
Nước thải sau khi thu gom từ hệ thống được đưa đến bể điều hoà cú lắp đặt thiết bị song chắn rỏc nhằm loại bỏ cỏc tạp vật cú kớch thước lớn để đảm bảo hoạt động cho cỏc mỏy múc, thiết bị xử lý trong cụng đoạn tiếp sau. Bể điều hoà được dựng để điều hoà lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải. Tại đõy, nước thải được khuấy trộn và làm thoỏng sơ bộ nhờ hệ thống sục khớ.
Nước thải sau khi qua bể chứa điều hoà được bơm lờn bể keo tụ và lắng sơ cấp cú kết hợp ngăn trộn và ngăn phản ứng.
Bể keo tụ và lắng sơ cấp được sử dụng để tỏch cỏc tạp chất lơ lửng ra khỏi nước thải. Chất keo tụ và trợ keo tụ từ hệ thiết bị pha - chứa - định lượng hoỏ chất sẽ được bơm định lượng đưa và ngăn trộn và ngăn phản ứng của bể. Nhờ sự cú 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 phớa trờn đi đến bể aeroten, tại bể hàm lượng bựn hoạt tớnh được duy trỡ lơ lửng sẽ oxi hoỏ cỏc chất bẩn, hợp chất hữu cơ thành những chất ổn định tạo thành bụng cặn dễ lắng. Mụi trường hiếu khớ trong bể đạt được do sử dụng
hệ thống sục khớ nhằm duy trỡ hỗn hợp lỏng trong thiết bị luụn ở chế độ khuấy trộn hoàn toàn. Sau một thời gian hỗn hợp sinh khối được đưa sang bể lắng II (Bể lắng thứ cấp). Tại bể lắng II, bựn được lắng xuống tỏch ra khỏi nước đó xử lý, và một phần bựn lắng tuần hoàn trở lại bể aeroten để duy trỡ nồng độ bựn hoạt tớnh trong bể. Phần nước sạch bờn trờn của bể lắng II chảy qua bể khử trựng để trừ diệt những vi khuẩn gõy bệnh. Chất khử trựng là Clo được đưa từ hệ thống cấp dung dịch khử trựng vào bể khử trựng nhờ bơm định lượng. Nước sau khi xử lý đạt tiờu chuẩn TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT.
Phần bựn tạo ra ở bể lắng I và II được xả định kỳ nhờ ỏp lực thuỷ tĩnh, bựn được thỏo xuống bể nộn bựn. Tại bể nộn, bựn được làm giảm thể tớch và tự phõn huỷ, diệt trừ cỏc mầm mống gõy bệnh như trứng giun sỏn và cỏc vi sinh vật ký sinh khỏc. Phần nước tỏch ra từ bể chứa bựn được dẫn quay trở lại bể điều hồ. Bựn đó được nộn giảm thể tớch theo ống dẫn tới bể chứa bựn và định kỳ xe hầm cầu của cụng ty vệ sinh đến hỳt mang đi. Lượng bựn này đảm bảo khụng gõy hại, cú thể sử dụng trong quỏ trỡnh xử lý rỏc thải làm phõn bún hoặc phơi khụ trong sõn phơi tập trung sau đú dựng để cải tạo đất.
Phƣơng ỏn 2:
Phương ỏn này sử dụng cụng nghệ sinh học hiếu khớ (kờnh oxy hoỏ làm thoỏng kộo dài) cú kết hợp bể lắng và khử trựng để xử lý nước thải. Trong quỏ trỡnh xử lý, cỏc hợp chất của Nitơ được xử lý bằng phương phỏp sinh học, cỏc hợp chất của Photpho được xử lý bằng cỏch sử dụng FeCl3. Bựn thải được tỏch nước và xử lý hợp vệ sinh.
Quy trỡnh cụng nghệ xử lý nước thải phương ỏn 2 xem Hỡnh 3.6.
* Khu tiền xử lý
Nước thải sau khi được thu gom từ hệ thống cỏc trạm bơm sẽ được đưa vào cụng trỡnh Tiền xử lý, tại đõy cỏc loại rỏc cú kớch thước (to và nhỏ) sẽ lần lượt được loại bỏ bởi hệ thống sàng, song chắn rỏc (song chắn rỏc thụ và tinh), tiếp đú nước thải sẽ được đưa sang hệ thống bể lắng tỏch cỏt và tỏch dầu mỡ.
Dầu mỡ tỏch 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 cụ lập thủy lực bằng một ống rẽ nhỏnh đặt tại trạm bơm trờn cao, ngoại trừ cỏc vựng dõn cư kết nối vào mạng ở hạ nguồn. Một đường ống rẽ nhỏnh bờn trong trạm xử lý sẽ cho phộp rẽ nhỏnh cỏc cụng trỡnh, cỏc dõy chuyền xử lý nối tiếp nhau và đưa về cụng trỡnh xả.
* Khu xử lý sinh học (bựn hoạt tớnh)
Nước thải sau khi qua khu vực tiền xử lý sẽ được dẫn sang hệ thống kờnh oxy húa, tại đõy sẽ diễn ra quỏ trỡnh phõn hủy cỏc chất hữu cơ dạng carbon (trong vựng hiếu khớ) và phõn hủy cỏc hợp chất của Nitơ (trong vựng thiếu khớ). Cỏc hợp chất của Photpho (P) sẽ được xử lý bằng phương phỏp húa học (sử dụng FeCl3 để xử lý cỏc hợp chất của P).
Sau khi ra khỏi cỏc bể thụng giú (kờnh oxy húa), nước được trung chuyển qua một cụng trỡnh khử khớ trước khi chảy vào cỏc cụng trỡnh lắng trong. Quỏ trỡnh này cần thiết để trỏnh hiện tượng xuất hiện bựn nổi trong bể lắng
Bựn thải sau bể lắng cấp II một phần sẽ được tuần hoàn lại cho kờnh oxy húa, phần cũn lại được đưa sang khu xử lý bựn. Bựn thải sau xử lý sẽ được thu gom và đưa đi chụn lấp hợp vệ sinh.
* Khử trựng
Sau khi xử lý sinh học bỡnh thường, để đạt tiờu chuẩn xả về Coliform là 10.000 MPN/100 ml, việc oxy húa bằng Clo (định lượng Javel) đó được lựa chọn vỡ những lý do kinh tế và dễ dàng khai thỏc hơn so với cỏc phương phỏp khử trựng khỏc.
Nước sau khi xử lý đạt tiờu chuẩn TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT.
Hỡnh 3.5. Sơ đồ cụng nghệ xử lý nƣớc thải theo phƣơng ỏn 1 Bơm định lượng Nước thải Bể gom + song chắn rỏc Bể điều hũa Hệ thống cấp khớ 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 trựng Pha HC khử trựng Chứa HC khử trựng Bể nộn bựn HT bơm Bơm định lượng Nước sau xử lý Bơm bựn tuần hoàn
Hỡnh 3.6. Sơ đồ cụng nghệ xử lý nƣớc thải theo phƣơng ỏn 2 Song chắn rỏc thụ (80 mm) Song chắn rỏc tinh (6 mm) Bể khử cỏt,dầu mỡ Bể tỏch cỏt Bể chứa mỡ Kờnh oxy hoỏ Bể lắng II Bể khử trựng
Tỏi tuần hoàn và trục bựn Trục bựn sinh học Clorua sắt (FeCl3) DD khử trựng (Javel) Bựn thải Xả ra sụng Cầu Mỡ thải Chụn lấp Nước rỉ Nước rỉ Vỏng mỡ Cỏt, cặn Làm khụ rỏc Chụn lấp Rỏc B ựn tu ần ho àn
Nước thải thu gom
X ả nƣ ớc t hả i t rực tiếp ra sụng C ầu k hi gặp sự cố Ống rẽ nhỏnh Ống rẽ nhỏnh Rỏc Nước rỉ
3.4.3.3. Phõn tớch và lựa chọn phương ỏn xử lý phự hợp
Phương ỏn 1: Sử dụng bể Aeroten Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lý cao đối với nước thải đụ thị (chủ yếu là nước thải sinh hoạt). + Thao tỏc vận hành đơn giản
Nhược điểm:
+ Khụng xử lý được triệt để cỏc chất dinh dưỡng (N, P) cú trong nước thải + Đũi hỏi mặt bằng xõy dựng lớn.
+ Bể ở dạng hở nờn cú thể phỏt sinh mựi, khụng thuận tiện khi ở gần khu dõn cư.
+ Mỏy thổi khớ gõy ồn lớn.
Phương ỏn 2: Sử dụng kờnh oxy húa xử lý hữu cơ kết hợp xử lý P bằng húa chất
Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lý cao đối với nước thải đụ thị (chủ yếu là nước thải sinh hoạt). + Xử lý được cỏc chất dinh dưỡng.
Nhược điểm:
+ Đũi hỏi mặt bằng xõy dựng lớn.
+ Bể ở dạng hở nờn cú thể phỏt sinh mựi, khụng thuận tiện khi ở gần khu dõn cư.
+ Mỏy thổi khớ gõy ồn lớn.
Trờn cơ sở phõn tớch ưu nhược điểm của cỏc phương ỏn, chỳng tụi lựa chọn
Phương ỏn 2 để thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung cho khu vực nghiờn cứu. 3.4.3.3. Thụng số kỹ thuật cơ bản cỏc cụng trỡnh trong trạm xử lý nước thải tập trung
Do khụng cú điều kiện thực hiện cỏc thớ nghiệm (Pilot) để tớnh toỏn chớnh xỏc cỏc thụng số kỹ thuật của trạm xử lý nước thải nờn luận văn thực hiện tớnh toỏn và mụ phỏng cỏc quỏ trỡnh trong hệ thống xử lý nước thải đề xuất bằng phần mềm
STEADY, từ đú tớnh toỏn được thụng số kỹ thuật của cỏc cụng trỡnh trong hệ thống. Cỏc tham số đầu vào và yờu cầu nước sau xử lý lấy theo Bảng 3.13 và Bảng 3.14.
Hỡnh 3.7. Sơ đồ cụng nghệ theo phƣơng ỏn chọn thiết lập trờn Steady
Sau khi thiết lập được sơ đồ cụng nghệ phương phương ỏn chọn trờn mụ hỡnh Steady, ta tiến hành nhập dữ liệu đầu vào cho từng khối cụng trỡnh xử lý, cụ thể như sau:
* Nhập dữ liệu cho nguồn đầu vào (Source)
* Nhập dữ liệu cho cụng trỡnh tiền xử lý (Primary Settling)
Hỡnh 3.9. Nhập cỏc thụng số cho cụng trỡnh tiền xử lý
* Nhập dữ liệu cho cụng trỡnh xử lý sinh học
Trong cụng trỡnh xử lý sinh học, cỏc tham số lựa chọn cho hệ vi sinh như sau:
- Y: là hệ là hệ số sinh trưởng cực đại (mg bựn/mg BOD5 tiờu thụ). Chọn Y = 0,65.
- kd: hệ số phõn huỷ nội bào (1/ngày). Chọn kd = 0,05 ngày-1. - X: nồng độ bựn hoạt tớnh (mg/l). Chọn X = 3000 mg/l.
Trờn cơ sở tớnh toỏn của Steady, kết quả tớnh toỏn cõn bằng vật chất của hệ thống được tớnh toỏn và mụ tả tại Hỡnh 3.11. Kết quả tớnh toỏn cũng cho thấy cỏc thụng số của nước thải đầu ra hoàn toàn phự hợp với yờu cầu xử lý (Đạt TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT).
Hỡnh 3.11. Kết quả tớnh toỏn cõn bằng chất hệ thống xử lý nƣớc thải bằng mụ hỡnh Steady
Trờn cơ sở tớnh toỏn bằng mụ hỡnh Steady ta cũng tớnh toỏn được cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản của hệ thống. (Xem Bảng 3.15).
Bảng 3.15. Thụng số kỹ thuật cơ bản cỏc cụng trỡnh trong trạm xử lý nƣớc thải STT Tờn cụng
trỡnh Yờu cầu kỹ thuật lƣợng Khối
1 Song chắn rỏc thụ
+ Khoảng cỏch giữa cỏc mắt song: 80mm; + Chiều rộng song: 0,8m
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm + Vật liệu: thộp Inox 304L
1 chiếc
2 Song chắn rỏc tinh
+ Khoảng cỏch giữa cỏc mắt song: 40mm; + Chiều rộng song: 0,8m
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm + Vật liệu: thộp Inox 304L
1 chiếc
3 Ống rẽ
nhỏnh Trong trường hợp gặp sự cố, trạm xử lý nước thải sẽ được cụ lập thủy lực bằng một ống rẽ nhỏnh đặt tại trạm bơm trờn cao, ngoại trừ cỏc vựng dõn cư kết nối vào mạng ở hạ nguồn.
Một đường ống rẽ nhỏnh bờn trong trạm xử lý sẽ cho phộp rẽ nhỏnh cỏc cụng trỡnh, cỏc dõy chuyền xử lý nối tiếp nhau và đưa về cụng trỡnh xả.
+ Số lượng dõy chuyền: 1
+ Lưu lượng tối đa: 12.000 m3/ngày.đờm + Đường kớnh đường ống: 600 mm + Độ dốc tối thiểu: 0,3%
1 hệ thống
4 Bể khử
cỏt/dầu + Số lượng bể: 02 bể; + Thời gian lưu: 10 phỳt
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm
02 bể
5 Kờnh oxy
húa + Số lượng dõy chuyền: 02 + Lưu lượng xử lý mỗi dõy chuyền: 6.000m3/ngày.đờm + Tuổi bựn: 8 ngày
+ Tổng thể tớch: 65.000 m3
+ Độ sõu hiệu dụng: 4m
+ Nhu cầu Oxy xử lý BOD5: 1,21 kg O2/kgBOD5 + Nhu cầu Nitrat húa: 4,6 kg O2/kgNH4
6 Khử Photpho
+ Tỷ lệ Fe/P ỏp dụng để xử lý: 1,5
+ Lượng FeCl3 yờu cầu theo lý thuyết: 450 kg/ngày. 7 Bể lắng
cấp 2
+ Số lượng dõy chuyền: 02
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm + Loại bể lắng: bể lắng đứng, hỡnh trũn + Thể tớch 1 bể: 3500m3
+ Chiều cao hiệu dụng: 3,5m
02 bể
8 Khử
trựng Sau khi xử lý sinh học bỡnh thường, để đạt tiờu chuẩn xả về Coliform là 10.000 MPN/100 ml, việc oxy húa bằng Clo (định lượng Javel) đó được lựa chọn vỡ những
lý do kinh tế và dễ dàng khai thỏc hơn so với cỏc phương phỏp khử trựng khỏc.
Việc khử trựng diễn ra trong một buồng tiếp xỳc được trang bị cỏc tấm cản đảm bảo việc nước chảy thành dũng chảy đều. Một ống rẽ nhỏnh cho phộp làm cụng trỡnh ngừng hoạt động trong mựa mưa.
+ Tiờu thụ Javel 14%: 90 đến 460 l/ngày
+ Thời gian lưu trong cụng trỡnh tiếp xỳc khử trựng: 30 phỳt
3.4.4. Mụ phỏng cỏc quỏ trỡnh thủy lực trờn mạng thoỏt nước khu phớa Bắc thành phố Thỏi Nguyờn
Trờn cơ sở mạng lưới thu gom và xử lý nước thải đề xuất, chỳng tụi thực hiện mụ phỏng cỏc quỏ trỡnh thủy lực diễn ra trong hệ thống bằng phần mềm SWMM – Version 5 (2004) nhằm mục đớch kiểm tra tớnh khả thi của hệ thống, đồng thời xỏc định cỏc thụng số cơ bản của mạng thoỏt nước đề xuất.
3.4.4.1. Xem xột cỏc tham số đầu vào
a/. Phõn chia lưu vực thoỏt nước
Việc xỏc định lưu vực là một vấn đề phức tạp, thụng thường cú 2 cỏch phõn chia tiểu lưu vực như sau:
+ Đối với khu tự nhiờn, địa hỡnh cú độ dốc lớn thỡ lưu vực được phõn chia bằng đường phõn thủy thụng qua dữ liệu địa hỡnh.
+ Đối với khu đụ thị là khu vực cú độ dốc nhỏ hoặc tương đối bằng phẳng, cú sự biến đổi địa hỡnh khụng rừ rệt.
Để thuận tiện cho tớnh toỏn, dựa trờn bản đồ địa hỡnh tỷ lệ 1:110 000 và phõn mềm MapInfo, ta ước lượng chia khu vực nghiờn cứu thành 10 tiểu lưu vực thoỏt nước (bao gồm cả thoỏt nước mưa và nước thải sinh hoạt). Cụ thể như sau:
Bảng 3.16. Phõn chia số lƣợng tiểu lƣu vực
STT Tờn lƣu vực Diện tớch
(ha)
Bề rộng (m)
1 Lưu vực A – Đường Dương Tự Minh 15 412
phớa trờn 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 Tỳc Duyờn 12 200