C. Ước lượng tải lượng ô nhiễm của nước thải 1. Tải lượng các chất gây ô nhiễm
3. Dân số tương đương
Dân số tương đương là dân số gây ra một lượng chất gây ô nhiễm tương đương với lượng chất gây ô nhiễm do nước thải của một xí nghiệp nào đó tạo nên.
Trong đó
Np: dân số tương đương
Tp: tải lượng ô nhiễm của 1 đầu người
Ccn, Qcn: nồng độ và lưu lượng nước thải công nghiệp
Dân số tính toán để thiết kế trạm xử lý được tính bằng tổng dân số thành phố và dân số tương đương.
D. CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ LỰA CHỌN HỆ THỐNG XỬ LÝ
Như đã trình bày ở phần trước, nước thải trước khi xả vào nguồn cần thiết phải được xử lý để không làm ô nhiễm môi trường. Tùy theo loại nguồn nước mà chất thải sẽ xả vào chúng ta sẽ tham khảo bảng "giới hạn nồng độ tối đa của các chất ô nhiễm trong nước thải" để biết mức độ
cần thiết phải làm sạch nước thải. Tựy theo điều kiện tài chớùnh, diện tớch, nhõn lực của xớ
nghiệp để lựa chọn các hệ thống xử lý phù hợp. Để bảo đảm cho việc thiết kế hệ thống xử lý cần thiết phải thu thập các số liệu sau:
Qui trình sản xuất của xí nghiệp (trong đó phải xác định khâu nào sinh ra nước thải?
thành phần? bao nhiêu? kế hoạch giảm thiểu nước thải nếu có?)
Về lưu lượng nước thải cần thiết phải xác định tổng lượng nước thải/ng.đ, lưu lượng nước
thải theo từng giờ trong ngày, sự biến thiên lưu lượng nước thải theo giờ, ca, mùa vụ sản xuất.
Về thành phần nước thải: nên xác định các chỉ tiêu như BOD, COD, màu, SS, VSS, Total
coliform, hàm lượng các hóa chất khác nếu có (theo đặc trưng của từng loại hình sản xuất) Các qui định của Sở KHCN & MT về tiêu chuẩn nước thải.
Khi thiết kế hệ thống xử lý nhớ chú trọng đến các điểm sau:
a. Nhu cầu của chủ nhân hệ thống xử lý
Đây là một yếu tố quan trọng nhất là đối với các cộng đồng nhỏ chưa có kinh nghiệm về xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý. Nó liên hệ đến vấn đề vốn đầu tư, khả năng vận hành, nhân sự điều hành hệ thống, các thiết bị, kinh nghiệm và khả năng ảnh hưởng đến môi trường.
Đối với tất cả các đề án, điều cần thiết nhất là kỹ sư thiết kế và chủ nhân phải hiểu rõ các mục tiêu, mục đích chung để thỏa mãn được nhu cầu của chủ nhân mà vẫn bảo đảm được yêu cầu cơ bản trong việc lựa chọn phương pháp xử lý (đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép thải vào nguồn nước công cộng, có hiệu quả kinh tế, giảm nhẹ các ảnh hưởng xấu đến môi trường...) b. Kinh nghiệm
Các kinh nghiệm về thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý giúp ta có thể dự đoán trước các khả năng và hạn chế của hệ thống xử lý để có những biện pháp hỗ trợ, cải tiến thích hợp.
Kiến thức về các hệ thống xử lý giúp cho các kỹ sư loại bỏ được các yếu tố không an toàn và tính toán sai dẫn đến các thiết kế không phù hợp, lãng phí. Đối với các qui trình mới, người kỹ sư chưa có kinh nghiệm thì qui trình này phải được thử nghiệm cẩn thận ở các mô hình cũng như trong thực tiễn.
c. Yêu cầu của các cơ quan quản lý môi trường
Ở Việt Nam tiêu chuẩn nước thải được phép thải vào nguồn nước công cộng được ban hành bởi Bộ KHCN & MT. Trên nguyên tắc, các Sở KHCN & MT có quyền đưa ra các tiêu chuẩn riêng của mình nhưng các tiêu chuẩn này không được thấp hơn tiêu chuẩn của Bộ. Do đó việc tìm hiểu các qui định, tiêu chuẩn của cơ quan quản lý là hết sức cần thiết để thiết kế hệ thống xử lý đạt yêu cầu của các cơ quan này.
d.Tương thích với những thiết bị hay hệ thống sẵn có
Đối với việc nâng công suất, mở rộng một hệ thống xử lý sẵn có phải chú ý đến qui trình và thiết bị mới phải tương thích với những cái có sẵn để có thể tận dụng được nguồn nhân lực, vật lực sẵn có, tránh lãng phí.
e. Tài chính
Khả thi về mặt tài chính, các phân tích về mặt kinh tế nên dựa trên các chỉ tiêu như NPV (net present value), B/C (benefit/cost ratio), IRR (internal rate of return)... Các yếu tố về lạm phát cũng nên đưa vào để tính toán. Phải ước tính được giá vận hành và bảo trì hệ thống bao gồm các chi phí về nhân công vận hành, năng lượng, vật tư và hóa chất cung cấp cho hệ thống.
Các hệ thống nên mang lại hiệu quả kinh tế (thu lại do không phải trả thuế môi trường, từ nguồn năng lượng, phân bón thu được)
f. Các vật tư, thiết bị
Các thiết bị sử dụng phải là các loại có sẵn và dễ tìm trên thị trường để bảo đảm nhu cầu về phụ tùng thay thế khi có sự cố, không làm gián đoạn việc vận hành hệ thống xử lý và tiến độ xây dựng.
Phải dự trù về khả năng cung cấp các loại vật tư sử dụng cho hệ thống kể cả điện năng trong tương lai để hệ thống không bị gián đoạn do vấn đề khan hiếm các loại vật tư này.
g. Nhân sự
Nhân sự để vận hành và bảo trì hệ thống sau này kể cả những kỹ thuật viên. Các nhân sự này phải được tập huấn về cơ chế xử lý, các sự cố có thể xảy ra, cách khắc phục...
Các hệ thống xử lý phải tương ứng với trình độ kỹ thuật của địa phương, có thể tận dụng nguồn nhân lực địa phương (giảm chi phí đầu tư, cũng như dễ dàng tìm nhân sự vận hành các thiết bị).
h.Tính mềm dẻo
Có khả năng nâng công suất khi nhà máy có yêu cầu tăng sản lượng.
E. SƠ ĐỒ CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ
Sử dụng bể tự hoại và bãi lọc ngầm để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt
Phần thiết kế bể tự hoại và bãi lọc ngầm sẽ được trình bày kỹ trong môn Xử Lý Nước Thải II.
Các qui trình để xử lý nước cống rãnh hoặc nước thải các nhà máy công nghiệp
Nước thải
Bùn hoặc chất rắn
Ghi chú: trên đây chỉ là một số sơ đồ tiêu biểu, tùy theo điều kiện chúng ta có thể lắp thêm hoặc thay đổi các thành phần của qui trình.
Các điểm cần chú ý khi thiết kế các qui trình xử lý
1. Tính khả thi của qui trình xử lý: tính khả thi của qui trình xử lý dựa trên kinh nghiệm, các số liệu, các ấn bản về các nghiên cứu trên mô hình và thực tế. Nếu đây là những qui trình hoàn toàn mới hoặc có các yếu tố bất thường, các nghiên cứu trên mô hình là rất cần thiết.
2. Nằm trong khoảng lưu lượng có thể áp dụng được. Ví dụ như các hồ ổn định nước thải không thích hợp cho việc xử lý nước thải có lưu lượng lớn.
3. Có khả năng chịu được sự biến động của lưu lượng (nếu sự biến động này quá lớn, phải sử dụng bể điều lưu)
4. Đặc tính của nước thải cần xử lý (để quyết định qui trình xử lý hóa học hay sinh học) 5. Các chất có trong nước thải gây ức chế cho quá trình xử lý và không bị phân hủy bởi quá
trình xử lý.
6. Các giới hạn do điều kiện khí hậu: nhất là nhiệt độ vì nó ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của các quá trình hóa học và sinh học.
7. Hiệu quả của hệ thống xử lý: thường được chỉ thị bằng tính chất của nước thải đầu ra.
8. Các chất tạo ra sau quá trình xử lý như bùn, chất rắn, nước và khí đều phải được ước tính về số lượng. Thông thường thì người ta dùng các mô hình để xác định phần này.
9. Xử lý bùn: việc chọn qui trình xử lý bùn nên cùng lúc với việc lựa chọn qui trình xử lý nước thải để tránh các khó khăn có thể xảy ra sau này đối với việc xử lý bùn.
10. Các giới hạn về môi trường: hướng gió thịnh trong năm, gần khu dân cư, xếp loại nguồn nước... có thể là các yếu tố giới hạn cho việc lựa chọn hệ thống xử lý.
11. Các hóa chất cần sử dụng: nguồn và số lượng, các yếu tố làm ảnh hưởng đến việc tăng lượng hóa chất sử dụng và giá xử lý.
12. Năng lượng sử dụng: nguồn và ảnh hưởng của nó đến giá xử lý.
13. Nhân lực: kể cả công nhân và cán bộ kỹ thuật. Cần phải tập huấn đến mức độ nào.
14. Vận hành và bảo trì: cần phải cung cấp các điều kiện, phụ tùng đặc biệt nào cho quá trình vận hành và bảo trì.
15. Độ tin cậy của hệ thống xử lý bao gồm cả trường hợp chạy quá tải hay dưới tải.
16. Độ phức tạp của hệ thống xử lý.
17. Tính tương thích với các hệ thống và thiết bị có sẵn.
18. Diện tích đất cần sử dụng, kể cả khu vực đệm cho hệ thống xử lý.
F. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Theo bản chất của phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng thành phương pháp lý học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học. Một hệ thống xử lý hoàn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên. Tuy nhiên tùy theo tính chất của nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta có thể cắt bớt một số các công đoạn.
Theo mức độ xử lý người ta có thể chia làm xử lý sơ cấp, xử lý thứ cấp, xử lý tiên tiến hay xử lý cấp ba.
1. Các phương pháp lý học (cơ học) 2. Các phương pháp sinh học 3. Xử lý sơ cấp
4. Xử lý thứ cấp 5. Xử lý cấp ba
I. SONG CHẮN RÁC 1.Chức năng, cấu tạo và vị trí
Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo. Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác. Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực của dòng chảy người ta phải thường xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách cào rác thủ công hoặc cơ giới. Tốc độ nước chảy (v) qua các khe hở nằm trong khoảng (0,65m/s ≤ v ≤ 1m/s). Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộng khe hở của các song thay đổi.
Các giá trị thông dụng để thiết kế song chắn rác
Chỉ tiêu Cào rác thủ công Cào rác cơ giới
Kích thước của các thanh
• Bề dầy (in) 0,2 á 0,6 0,2 á 0,6
• Bề bản (in) 1,0 á 1,5 1,0 á 1,5
Khoảng cỏch giữa cỏc thanh (in) 1,0 á 2,0 0,6 á 3,0
Độ nghiêng song chắn rác theo trục thẳng đứng
(độ) 30 á 45 0 á 30
Vận tốc dũng chảy (ft/s) 1,0 á 2,0 2,0 á 3,25 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Ghi chú: in x 25,4 = mm ft/s x 0,3048 = m/s
Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm xử lý nhỏ có lượng rác <
0,1m3/ng.đ. Khi rác tích lũy ở song chắn, mỗi ngày vài lần người ta dùng cào kim loại để lấy rác ra và cho vào máng có lổ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý tiếp tục. Song chắn rác với cào rác cơ giới hoạt động liên tục, răng cào lọt vào khe hở giữa các thanh kim loại;
cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ phận truyền động.
Cào rác cơ giới có thể chuyển động từ trên xuống dưới hoặc từ dưới lên theo dòng nước.
Khi lượng rác được giữ lại lớn hơn 0,1 m3/ng.đ và khi dùng song chắn rác cơ giới thì phải đặt máy nghiền rác. Rác nghiền đưọc cho vào hầm ủ Biogas hoặc cho về kênh trước song chắn.
Khi lượng rác trên 1 T/ng.đ cần phải thêm máy nghiền rác dự phòng. Việc vận chuyển rác từ song đến máy nghiền phải được cơ giới hóa.
Song chắn rác được đặt ở những kênh trước khi nước vào trạm xử lý. Hai bên tường kênh phải chừa một khe hở đủ để dễ dàng lắp đặt và thay thế song chắn. Vì song chắn làm co hẹp tiết diện ướt của dòng chảy nên tại vị trí đặt song chắn tiết diện kênh phải được mở rộng. Để tránh tạo thành dòng chảy rối kênh phải mở rộng dần dần với một góc ϕ = 20o.
2. Mở rộng kênh nơi đặt song chắn rác (Trần Hiếu Nhuệ & Lâm Minh Triết, 1978) Song chắn rác phải đặt ở tất cả các trạm xử lý không phân biệt phương pháp dẫn nước tới là tự chảy hay có áp. Nếu trong trạm bơm đó có song chắn rác với khe hở 16 mm thì có thể không đặt song chắn rác ở trạm xử lý nữa.
Hiệu suất của song chắn phụ thuộc rất nhiều vào mức độ chính xác trong tính toán kích thước và tổn thất áp lực của nước qua nó.
3. Kích thước song chắn
Số khe hở n giữa các thanh của song chắn rác được xác định theo công thức:
q = WVS = b. n . h1 .VS (4.1) (4.2.) trong đó qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/giây)
b: chiều rộng khe hở giữa các thanh (m)
W: diện tích tiết diện ướt của song chắn (m2) (W không nhỏ hơn 2Wk khi cào rác thủ công và không nhỏ hơn 1,2Wk khi cào rác cơ giới, với Wk diện tích tiết diện ướt của kênh dẫn nước vào) VS: tốc độ nước qua song chắn (m/sec), chọn Vs = 0,7 m/giây khi lưu lượng trung bình và > 1 m/giây khi lưu lượng tối đa để tránh va chạm giữa rác và song chắn
h1: chiều sâu lớp nước qua song chắn (m), thường bằng chiều sâu lớp nước trong kênh dẫn vào.
Công thức (4.2) không tính tới độ thu hẹp của dòng chảy khi dùng cào rác cơ giới. Để tính tới độ thu hẹp người ta đưa hệ số ko = 1,05. Khi đó:
(4.2a)
Chiều rộng tổng cộng của song chắn là:
BS = b(n - 1) + S.n (4.3)
với S: chiều dày của mỗi thanh
Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn rác:
(4. 4) Nếu ϕ = 20o thì
L1 = 1,37 (BS - BK) (4 .4a) với BK: chiều rộng của kênh dẫn vào
Chiều dài đoạn thu hẹp lại sau song chắn chọn bằng:
L2 = 0,5 L1 (4.5)
Trong trường hợp song chắn rác đặt chéo một góc γ so với hướng nước chảy trên mặt bằng (hình 4.4) có thể chọn:
BS = 0,83 BS
(Các công thức trên trích dẫn từ tài liệu của Trần Hiếu Nhuệ & Lâm Minh Triết, 1978)
Để tránh lắng cặn, tốc độ của nước ở đoạn kênh mở rộng trước song chắn không được dưới 0,4 m/giây khi lưu lượng nhỏ nhất.
Hiện nay ở một số nước trên thế giới người ta còn dùng máy nghiền rác (communitor) để nghiền rác có kích thước lớn thành rác có kích thước nhỏ và đồng nhất để dễ dàng cho việc xử lý ở các giai đoạn kế tiếp, máy nghiền rác đã được thiết kế hoàn chỉnh và thương mại hóa nên trong giáo trình này không đưa ra các chi tiết của nó. Tuy nhiên nếu lắp đặt máy nghiền rác trước bể lắng cát nên chú ý là cát sẽ làm mòn các lưỡi dao và sỏi có thể gây kẹt máy. Mức giảm áp của dòng chảy biến thiên từ vài inches đến 0,9 m.
Sơ đồ lắp đặt của một máy nghiền rác
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposa II. BỀ LẮNG CÁT
1. Chức năng, vị trí
Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải. Trong nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này. Vì vậy trong các trạm xử lý nhất thiết phải có bể lắng cát.
Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp. Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sau song chắn có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn. Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng. Ở đây phải tính toán thế nào để cho các hạt cát và các hạt vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống còn các chất lơ lửng hữu cơ khác trôi đi.
Có ba loại bể lắng cát chính: bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy (dạng chữ nhật hoặc vuông), bể lắng cát có sục khí hoặc bể lắng cát có dòng chảy xoáy.
Các giá trị tham khảo để thiết kế bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy (hình chữ nhật)
Thông số Giá trị
Khoảng biến thiên Giá trị thông dụng
Thời gian lưu tồn nước (giây) 45 - 90 60
Vận tốc chuyển động ngang ft/s 0,8- 1,3 1,0
Tốc độ lắng của các hạt ft/min
• Giữ lại trên lưới 0,21 mm 3,2 - 4,2 3,8
• Giữ lại trên lưới 0,15 mm 2,0 - 3,0 2,5
Độ giảm áp % độ sâu diện tích ướt trong kênh dẫn
30 - 40 36
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Ghi chú: ft/s × 0,3048 = m/s ft/min × 0,3048 = m/min
Chú ý thời gian lưu tồn nước nếu quá nhỏ sẽ không bảo đảm hiệu suất lắng, nếu lớn quá sẽ có các chất hữu cơ lắng. Các bể lắng thường được trang bị thêm thanh gạt chất lắng ở dưới đáy, gàu múc các chất lắng chạy trên đường ray để cơ giới hóa việc xả cặn.
Loại bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy hình vuông được áp dụng hơn 50 năm qua và có thể lắp đặt thêm bộ phận cơ giới để lấy cát ở đáy bể.