4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.2.4. Thiết kế lại hồ sinh học
Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rác cho hồ sinh học mới dựa trên các yếu tố sau:
- Lưu lượng và thành phần nước rác.
- Tiêu chuẩn thải nước rác sau khi xử lý vào nguồn.
- Điều kiện thực tế về quy hoạch, xây dựng và vận hành của bãi chôn lấp. - Điều kiện về địa chất công trình và địa chất thủy văn.
- Điều kiện về kỹ thuật (xây dựng, lắp ráp và vận hành). - Khả năng về vốn đầu tư.
Nước rác có thành phần rất phức tạp và nồng độ độc hại cao vì vậy không thể chỉ xử lý bằng phương pháp hóa lý hay sinh học mà phải xử lý kết hợp giữa phương pháp hóa lý và sinh học. Do vậy việc đề xuất dây chuyền công nghệ sau để xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn lấp rác đã đóngnhư sau:
Nguồn tiếp nhận
Hình 3.4: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước rỉ rác
Thuyết minh sơ đồ:
Nước thải trước khi vào hố thu (bể điều hòa)đi qua song chắn rác thô. Mục đích là để loại bỏ những loại rác có kích thước lớn, bảo vệ bơm trong hố thu (bể điều hòa). Nước thải từ hố thu(bể điều hòa)được bơm luân phiên bằng 2 bơm chìm đến song chắn rác tinh để tách các loại rác, đá, sỏi kích thước ≥1mm ra khỏi nước thải. Rác qua song chắn rác thô và song chắn rác tinh được vớt lên bằng thủ công và đem đi chôn lấp.
Nước thải sau khi tách rác theo các ống dẫn đi vào hồ tùy tiện. Tạiđây nước thải được xử lý bằng hai quá trình diễn ra song song đó là quá trình ôxy hóa hiếu khí chất nhiễm bẩn hữu cơ và quá trình phân hủy metan cạn lắng nhằm mục đích
Nước thải Song chắn
rác thô Song chắn rác tinh Hồ tùy tiện Bãi lọc ngầm Bể điều hòa
loại bỏ các BOD và COD có trong nước thải từ 70% - 85%, ngoài ra hàm lượng chất lơ lửng cũng được xử lý một phần khi đi qua hồ tùy tiện. Nước thải sau khi được xử lý trong hồ được dẫn tiếp đến bãi lọc ngầm để tiếp tục xử lý, nước thải trong bãi lọc ngầm được làm sạch đến 56%-86% (lượng BOD và COD < 25mg/l, các loại vi khuẩn gây bệnh như E.coli và Coliform bị tiêu diệt gần như hoàn toàn). Các chất ô nhiễm được xử lý triệt để tại công trình này. Nước thải sau khi xử lý đạt yêu cầu nguồn tiếp nhận loại B sẽ được thải ra cánh đồng lúa để tận dụng nguồn N cho mục đích cây trồng.
3.2.4.1. Hồ tùy tiện
Hồ tùy tiện là loại hồ hay gặp trong tự nhiên. Phần lớn các ao hồ của chúng ta là hồ tùy tiện. Hiện nay, nó được sử dụng rộng rãi nhất trong các hồ sinh học.
Trong hồ này xảy ra hai quá trình song song: quá trình ôxy hóa hiếu khí chất nhiễm bẩn hữu cơ và quá trình phân hủy metan cặnlắng
Hình 3.5: Hoạt động của hồ tùy tiện
Khi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:
+ Tăng cường xử lý dòng thải vào từ xử lý kỵ khí thông qua việc phân chia, phân hủy và tiêu hóa các vật chất hữu cơ.
+ Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ còn lại ở gần bề mặt hồ. + Làm giảm số lượng vi sinh vậtcó khả năng gây bệnh.đôi khi 2 hoặc nhiều hồ tùy tiện nhỏ liên tiếp có thể dùng thay thế cho việc xây dựng một hồ có kích thước lớn đối với hồ tùy tiện nguyên thủy (tiếp nhận nước thải chưa qua xử lý) làm chức năng kết hợp của 2 loại hồ kỵ khí và tùy tiện thứ cấp.
* Tính toán hồ tùy tiện
Theo tài liệu Quản lý chất thải rắn của các tác giả: GS.TS. Trần Hiếu Nhuệ, TS.Ưng Quốc Dũng, TS. Nguyễn Thị Kim Thái - Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội - 2001) tính dự báo khối lượng nước rác theo công thức:
Qtt = M(W1-W2) + [P(1-R) – E]A
Trong đó:
Qtt: Tải lượng nước rác theo tính toán (m3/ngày đêm)
M: Khối lượng rác thải trung bình năm 2014 (tấn/ngày) được đem chôn lấp (bằng 10% tổng CTR được thu gom) là:
M = (37,19 + 9,3 + 46,48 + 27,89 + 185,94 ) x 10% = 30,68 (tấn/ngày) W1: Độ ẩm của rác thải trước khi nén, W1 = 65- 69%, chọn W1 = 65% W2: Độ ẩm của rác thải sau khi nén, W2 = 25-50%, chọn W2 = 50% P: Lượng mưa ngày trong tháng lớn nhất.
Lượng mưa tỉnh Thái Bình là P = 20 mm/ngày = 0,02m/ngày R: Hệ số thoát nước bề mặt, R = 0,15
E: Lượng nước bốc hơi, thường 5-6 mm/ngày, lấy E = 5 mm/ngày = 0,005 m/ngày A: Diện tích 1 ô chôn lấp rác = 3.623,2 (m2
) Thay số tính toán được kết quả như sau: Qtt = M (W1 -W2) + [P (1-R) - E]A
= 30,68 x (0,65 - 0,5) + [0,02 x (1 - 0,15) - 0,005] x 3.623,2 = 48,08 (m3/ngày)
• Mức độ xử lý BOD5 thường không quá 70-85% , chọn hiệu suất 75% (Theo điều 7.80- TCXDVN 51:2008)
Lt = = = 429 (mg/l) Trong đó:
- La là nước thải BOD5 đầu vào (mg/l) - Ltlà nước thải BOD5 đầu ra (mg/l)
- Chiều sâu của hồ chọn (theo bảng 7-19 TCXDVN 51:2008) chọn H = 2,5m - Lưu lượng nước thải Q= 48,08 m3
/ngày
- Hệ số hữu cơ phân hủy trong hồ tùy tiện Kt ( T= 26o-C) (theo điều 7.81- TCXDVN 51:2008)
Kt= 0,25 × = 0,335 (ngày-1)
Diện tích bề mặt công tác của hồ (tính theo điều 7.81-TCXDVN 51:2008) 1 a t t L Q F H K L = × − × Trong đó:
- La - nước thải BOD5 đầu vào (g/m3). La=1716 (g/m3) - Lt - nước thải BOD5 đầu ra (g/m3). Lt= 429 (g/m3) - Q - lưu lượng nước thải (m3/ngày). Q= 48,08 (m3/ngày)
- H - chiều sâu hồ (m). H=2,5(m). (theo bảng 7-19 TCXDVN 51:2008) - Kt - Hệ số phân hủy chất hữu cơ trong hồ tùy tiện (ngày-1
)
F = = = 172,22 (m2)
Chọn tỉ lệ giữ chiều dài và chiều rộng của hồ là L:B=2:1
* Diện tích xây dựng của hồ tùy tiện Fxd (m2)
d x F F a = = = 86,11 (m2) (Theo điều 7.86- TCXDVN 51:2008) Với : - F là diện tích mặt công tác hồ (m2)
- a: là hệ sốphụ thuộc giữa chiều dài và chiều rộng của hồ. Theo điều 7.82- TCXDVN 51:2008, chia hồ thành 2 ngăn
Diện tích của 1 ngăn F1= d
2
x F
= =43,05 (m2)
Theo điều 7.86 - TCXDVN 51:2008: Chiều dài và chiều rộng của 1 ngăn L:B = 9 : 5(m)
Thời gian lưu nước trong hồ (theo xử lý nước thải đô thị của Trần Đức Hạ)
t = = = 8,5 (ngày)
Hiệu quả khử trùng của bể:
(1 ) a t b N N K t = + × Trong đó:
- Na và Nt là số lượng gây bệnh trong nước thải vào hồ và ra khỏi hồ (mpn/100ml)
- t là thời gian lưu nước trong hồ, t= 8,5 ngày - Kb là hệ số diệt khuẩn, ngày-1
; Kb =2, 6 1,19× (T−20);T=26oC (26 20) 2, 6 1,19 b K = × − =7,84 (ngày-1) 6 2 10 29568( / 100 ) (1 ) (1 7,84 8, 5) a t b N N mpn ml K t × = = = + × + ×
Sau 1-3 năm, bùn cần được hút ra khỏi hồ sinh học kỵkhí để đảm bảo dung tích thiết kế của hồ. Khi lượng bùn chiếm 1/3 dung tích hồ, ta cần tiến hành hút bùn.
Hình 3.6: Cửa xả và cửa tháo nước ra của hồ tùy tiện Bảng 3.2: Các thông số phục vụ xây dựng hồ tùy tiện
TT Thông số Đơn
vị Giá trị
1 Chiều dài hồ m 9
2 Chiều rộng hồ m 5
3 Chiều cao công tác của hồ m 2,5
4 Chiều cao xây dựng hồ m 3
5 Thời gian lưu nước trong hồ Ngày 8,5
6 Đường kính ống phân phối nước vào hồ mm 200
7 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi hồ mm 200
3.2.4.2. Thiết kế bãi lọc ngầm
BOD đầu vào của bãi lọc ngầm là 429 mg/l.
Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong đó có kết quả nghiên cứu của TS Ngô Hoàng Văn (Hội Nước và môi trường nước thuộc Liên hiệp các Hội khoa học kỹ thuật TPHCM) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác
bằng công nghệ cánh đồng tưới và cánh đồng lọc” thì hiệu quả xử lý BOD5 của nước thải qua bãi lọc ngầm đạt từ 56-86% . Do đó, nếu chọn hiệu quả xử lý BOD5 giảm 80% thì BOD5 đầu ra bãi lọc ngầm là: 429 (1 – 0,7) = 85 (mg/l)
Ta có công thức: = Co Ce exp (-Kt . t’) Trong đó:
Ce: Nồng độ BOD5 đầu ra bãi lọc ngầm (mg/l) C0: Nồng độ BOD5 đầu vào bãi lọc ngầm (mg/l) Kt: Hệ số phân hủy bậc 1 phụ thuộc nhiệt độ t': Thời gian lưu nước trong bể lọc
Theo PGS.TS. Lương Đức Phẩm, lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước thì Kt = 0,2 x 1,047t-20. Tiến hành tính toán ở nhiệt độ trung bình của mùa đông là tính toán ở nhiệt độ 180
C thì Kt = 0,18
Thay số vào công thức, tính toán được thời gian lưu nước là:
t' = - Kt Co Ce/ ln = - 18 , 0 ) 429 / 85 ln( = 9 (ngày)
Tính mặt cắt ngang của bãi lọc
Công thức tính mặt cắt ngang của bãi lọc ngầm:
Ac = S Ks Q . Trong đó:
Ac: Diện tích mặt cắt ngang của bãi lọc ngầm (m2) Q: Lưulượng nước rác vào bãi lọc (m3
/ngày) Ks: Hệ số thấm của vật liệu (m3 /m2) S: Độ dốc của bãi lọc (%) Ta có: + Q = 48,08m3/ngày;
+ Vật liệu lọc là đá dăm, cuội sỏi, cát thô nên Ks = 480 m3/m2 + Độ dốc của bãi lọc là 1% = 0,01
Thay số vào công thức ta được kết quả diện tích mặt cắt ngang của bãi lọc: Ac = S Ks Q . = 01 , 0 480 08 , 48 × = 10 (m 2) Chiều rộng bãi lọc
Chiều rộng của bãi lọc là W = Ac/d
Với d là chiều sâu của bãi lọc (m). Chọn d = 1,7 m và 30 cm bờ ngăn trên mặt đất để tránh tràn nước
Thay công thức được chiều rộng của bãi lọc ngầm bằng: W = Ac/d = 10/1,7 = 5,9 (m), tính tròn W = 6 (m)
Công thức tính chiều dài bãi lọc ngầm: L = α . . '. d W Q t Trong đó:
α: độ rỗng của bãi lọc (do vật liệu lọc là cát, sỏi,đá cuội nên chọn α = 0,43) Thay số ta có kết quả chiều dài bãi lọc như sau:
L = α . . '. d W Q t = 43 , 0 7 , 1 6 08 , 48 9 × × × = 98,65 (m), lấy tròn L = 99 m
Diện tích bề mặt của bãi lọc:
A = W . L = 6 x 99 = 594 (m2)
Như vậy, bãi lọc ngầm xử lý nước rác cókích thước L x B x H = 99 m x 6m x 2 m.
Bãi lọc ngầm có cấu tạo gồm các lớp vật liệu lọc c, các lớp vật liệu lọc bao gồm lớp cát, đá, sỏi, cuội; phía trên lớp vật liệu lọc trồng cây cỏ vetiver.
Cỏ vetiver có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ và kim loại nặng nên dùng cỏ vetiver để xử lý nước rác đem lại hiệu quả tốt và chi phí để xử lý thấp.
Hình 3.7: Bố trí lớp vật liệu lọc trên bãi lọc
Theo hình vẽ ta có:
- Lớp bề mặt (sâu 10 cm), là một lớp hỗ trợ cho thảm thực vật phát triển được xây dựng từ lớp cát có đường kính 0,1-2 mm. Tiếp theo là một lớp sỏi có chiều sâu 20 cm và có đường kính 2-8 mm. Tiếp đó là một lớp sỏi có chiều sâu 15 cm và có đường kính 8-16 mm.
- Lớp đáy là một lớp bao gồm sỏi và đá là hệ thống cuối cùng để thu nước có độ sâu 15 cm và có đường kính 16-63 mm.
* Cách bố trí hệ thống ống thông khí
Hình 3.8: Cách bố trí hệ thống ống thông khí trong bãi lọc
Các ống đứng thông khí cho hệ thống thu nước được bố trí cao hơn bề mặt bãi lọc khoảng 0,3 m để thông khí cho hệ thống thu nước và hệthống ống phân phối nước.
Tóm lại:
Diện tích đất sử dụng cho việc xử lý hàm lượng nước rỉ rác là: 594 + 172,22 = 606,22m2. Lấy diện tích bằng 607m2.