3.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học [2]
Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng để tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải và được thực hiện bằng các công trình xử lý: song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, các loại bể lọc.
Song chắn rác, lưới chắn rác làm nhiệm vụ giữ lại các chất không hòa tan kích thước lớn và một phần các chất lơ lửng.
Bể lắnglàm nhiệm vụ giữ lại các chất lơ lửng nguồn gốc khoáng (chủ yếu là cát) được lắng ở bể lắng cát; Các hạt cặn có đặc tính hữu cơ được tách ở bể lắng.
Về nguyên tắc, xử lý cơ học là khâu xử lý sơ bộ chuẩn bị cho xử lý sinh học tiếp theo. Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất không tan, tuy nhiên BOD của phần nước không giảm[1].
3.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa – lý [1]
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học
Đó là quá trình khử trùng nước thải bằng hóa chất (các chất ozon, clo), khử nitơ, photpho bằng các hóa chất hóa học học keo tụ tiếp tục nước thải trước khi sử dụng lại. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học, thường là khâu cuối cùng trong dây chuyền công nghệ xử lý trước khi xả ra nguồn yêu cầu chất lượng cao hoặc khi cần thiết sử dụng lại nước thải.
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý
Cho hóa chất (chất keo tụ và trợ keo) để tăng cường khả năng tách các tạp chất không tan, keo và một phần chất hòa tan ra khỏi nước thải ; chuyển hóa các chất tan thành không tan và lắng cặn hoặc thành các chất không độc; thay đổi pH của nước thải, khử màu nước thải,…
Phương pháp hóa học và hóa lý có thể là khâu xử lý cuối cùng (nếu với mức độ xử lý đạt được, nước thải có thể sử dụng lại) hoặc là khâu xử lý sơ bộ ( khử các chất độc hai, ổn định pH cho quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học tiếp theo, chuyển các chất độc hại khó xử lý khó lắng thành đơn giản hơn hoặc keo tụ được,…).
3.2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học [2]
Phương pháp sinh học được sử dụng để làm sạch nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, nitơ…
Các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải dưới tác dụng của các vi sinh vật sẽ bị phân hủy. Đồng thời, các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ.
Để có thể xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, nước thải cần không chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD 0,5.
Nhìn chung, có thể phân loại phương pháp sinh học ra làm 2 loại:
Xử lý bằng phương pháp hiếu khí [1]
Quá trình dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxi tự do hòa tan. Nếu oxy được cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo. Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên. Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính (bể aeroten trộn, kênh oxy hóa tuần hoàn) hoặc màng sinh vật (bể lọc sinh học, đĩa sinh học). Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên thường được tiến hành trong hồ (hồ sinh học oxy hóa, hồ sinh học ổn định) hoặc trong đất ngập nước (các loại bãi lọc, đầm lầy nhân tạo).
Xử lý bằng phương pháp kỵ khí [1]
Quá trình dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kỵ khí. Đối với các hệ thống thoát nước quy mô vừa và nhỏ người ta thường dùng các công trình kết hợp giữa việc tách cặn lắng (làm trong nước) với phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng. Các công trình được ứng dụng rộng rãi là các bể tự hoại, giếng thấm, bể lắng hai vỏ (bể lắng Imhoff), bể lắng trong kết hợp với ngăn lên men, bể lọc ngược qua tầng cặn kỵ khí (UASB).
3.2.4. Tách các nguyên tố dinh dưỡng ra khỏi nước thải [1]
Chủ yếu là quá trình tách nitơ và photpho. Với nồng độ cao, các nguyên tố này tạo điều kiện cho các thủy thực vật phát triển, gây phú dưỡng và làm tái nhiễm bẩn sông hồ.
Các nguyên tố dinh dưỡng có trong nước thải cũng có thể xử lý bằng phương pháp sinh học. Các muối nitrat, nitrit tạo thành trong quá trình phân hủy hiếu khí sẽ được khử trong điều kiện thiếu khí (anoxic) trên cơ sở các phản ứng khử nitrat.
Nitơ và photpho còn có thể được tách bằng phương pháp hóa học và hóa lý: - Vôi hóa nước thải đến pH = 10 – 11 để tạo thành NH4OH và thổi bay hơi
trên các tháp làm lạnh.
3.2.5. Khử trùng nước thải
Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trùng và virut gây bệnh trước khi xả vào nguồn nước.
Để khử trùng nước thải có thể dùng clo và các hợp chất chứa clo, có thể tiến hành khử trùng bằng ozon, tia hồng ngoại, ion bạc,… nhưng cần phải cân nhắc kỹ về mặt kinh tế.
3.2.6. Các phương pháp xử lý cặn
Khi xử lý nước thải sẽ tạo ra nhiều bùn cặn. Cặn được tách ra từ bể lắng đợt một và bùn (hình thành trong quá trình xử lý sinh học) tách ra tại bể lắng đợt hai. Bùn cặn gồm nhiều phần tử rắn pha nước. Ở trạng thái tươi chúng có mùi và chứa nhiều vi khuẩn (có vi khuẩn gây bệnh) và trứng giun.
Nhiệm vụ của xử lý cặn: - Ổn định cặn;
- Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn bằng cách lưu giữ trên sân phơi bùn hay hố phơi hay bằng các phương pháp cơ học như lọc chân không, ép lọc, lắng li tâm, sấy và đốt cặn,…
- Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau như thu hồi để làm phân bón cho nông nghiệp, làm chất phụ gia cho thêm vào thức ăn gia súc.
3.3. Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý
3.3.1. Cơ sở lựa chọn dây chuyền công nghệ XLNT
Chọn sơ đồ trạm xử lý nước thải phải tùy từng trường hợp cụ thể. Các phương pháp dây chuyền công nghệ và các công trình XLNT trong đó phải được lựa chọn trên các cơ sở sau:
- Công suất và đặc điểm của đối tượng thoát nước;
- Đặc điểm nguồn tiếp nhận nước thải và khả năng tự làm sạch của nó;
- Điều kiện tự nhiên khu vực: đặc điểm khí hậu, thời tiết, địa hình, địa chất thủy văn,…
- Vận hành đơn giản; - Chi phí xử lý thấp; - Chi phí đầu tư thấp;
- Diện tích và vị trí đất đai sử dụng để xây dựng trạm XLNT;
- Nước thải sau xử lý phải đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (loại A QCVN 14:2008/BTNMT).
Bảng 3.1. Giá trị tính toán các thông số ô nhiễm làơ sở tính toán cho giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt.
TT Thông số Đơn vị QCVN 14:2008 A B 1 pH 5 – 9 5 – 9 2 BOD5 mg/l 30 50 3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 4 Amoni (tính theo N) mg/l 5 10
5 Nitrat (NO3-) (tính theo N) mg/l 30 50
6 Photphat (PO43-) (tính theo P) mg/l 6 10
7 Coliform MNP/100 ml 3.000 5.000
3.3.2. Xác định các thông số tính toán ban đầu
Nước thải ở hệ thống thoát nước khu vực Bắc trung tâm thành phố Quy Nhơn chủ yếu là nước thải sinh hoạt. Nước thải của các cơ sở sản xuất, các công trình công cộng, các cơ sở du lịch, dịch vụ trong khu vực đều có tính chất tương tự nước thải sinh hoạt. Tuy nhiên, trong khu vực đang xét, chỉ có một cơ sở sản xuất là Công ty cổ phần thủy sản Bình Định thuộc phường Hải Cảng. Nước thải của công ty này đã được xử lý đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công nghiệp chế biến thủy sản QCVN 11:2008/BTNMT, sau đó thải thẳng ra vịnh Quy Nhơn gần đó mà không đưa vào hệ thống thoát nước chung của thành phố. Do vậy, tải lượng ô nhiễm nước thải của khu vực được đánh giá tương đối trên cơ sở đặc trưng của nước thải sinh hoạt và lưu lượng nước thải khu Bắc trung tâm thành phố phần lớn là nước thải sinh hoạt.
3.3.2.1. Xác định lưu lượng nước thải cần xử lý đến năm 2020
- Tiêu chuẩn thoát nước trung bình được tính theo tiêu chuẩn cấp nước tương đương dựa theo tiêu chuẩn và công suất cấp nước của thành phố.
Bảng 3.2. Tính toán tiêu chuẩn cấp nước tương đương [6]
Đối tượng dùng nước
Tiêu chuẩn theo quy
hoạch Tiêu chuẩn đề xuất
2010 2020 2010 2020
Nước sinh hoạt
(l/ng.ngđ) 110 150 110 120
Nước công cộng 10%qsh 20%qsh 10%qsh 20%qsh
Nước du lịch (l/ng.ngđ) 3,89 3,89 3,9 3,9
qsh: nước sinh hoạt.
Tiêu chuẩn thải nước tính bằng 80% tiêu chuẩn cấp nước tương đương như sau:
Giai đoạn 2010: qtb= 0,8 x (110 + 110 x 18% )+ 3,9 = 108 l/ người. ngđ
Giai đoạn 2020: qtb= 0,8 x (150 + 110 x 30%) +3,9 = 160 l/người.ngđ
Giai đoạn 2015, lấy qtb= 115 – 120 l/người.ngđ
- Hệ số không điều hòa lưu lượng là kđh= 1,3 để biểu thị sự thay đổi lưu lượng các thời điểm khác nhau trong ngày. Bởi vì hầu hết các hộ gia đình đều sử dụng bể tự hoại nên hệ số này là phù hợp với thành phố Quy Nhơn[6].
- Dân số của các phường phía Bắc trung tâm thành phố Quy Nhơn:
Bảng 3.3. Dân số các phường phía Bắc trung tâm thành phố Quy Nhơn
Tên phường Dự báo dân số Dân số được phục vụ, người
2010 2015 2020 2015 2020 Tỉ lệ % Dân số Tỉ lệ % Dân số Đống Đa 24,760 26,674 28,735 70 18,672 80 22,988 Hải Cảng 21,876 23,566 25,388 70 16,497 96.5 24,499 Thị Nại 11,720 12,626 13,601 70 8,838 100 13,601 Lê Hồng Phong 16,048 17,288 18,624 70 12,102 100 18,624 Trần Hưng Đạo 11,627 12,526 13,494 70 8,768 100 13,494 Lý Thường Kiệt 6,199 6,678 7,194 70 4,675 100 7,194 Lê Lợi 15,057 16,220 17,474 70 11,354 100 17,474 Trần Phú 12,200 13,143 14,159 70 9,200 100 14,159 Tổng cộng 119,488 128,721 138,669 90,106 132,033
- Lưu lượng nước thải trung bình : 1 0 0 0 t b t b n q Q , m3/ngày Với:
qtb: Tiêu chuẩn thải nước trung bình, l/người. ngđ n: Dân số sử dụng dịch vụ của khu đô thị, người
132033 160 21125 1000 tb Q ( m3/ngày)
-Lưu lượng nước thải lớn nhất: Qmax= kđh Qtb
Với:
kđh : Hệ số không điều hòa chung. Chọn k = 1,3[6]
Qtb: Lưu lượng nước thải trung bình Qmax= 1,3 21125 = 27.462,5 (m3/ngày)
- Như vây, công suất thiết kế là 27.500 (m3/ngày)
- Qtt= 1146 (m3/h) = 0,318 (m3/s)
- 1
min dh tb
Q k Q = 1/13 x 21125 = 1625 (m3/ngày) = 68 (m3/h) = 0,019 m3/s.
3.3.2.2. Xác định đặc trưng ô nhiễm của khu vực đến năm 2020
Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt được tính theo công thức sau[3]:
1 0 0 0 s h tb n C q , mg/l Trong đó:
n : Lượng chất bẩn tính cho một người trong một ngày đêm, g/người.ngày qtb: Tiêu chuẩn thải nước trung bình, qtb= 160 l/người.ngđ
Bảng 3.4. Lượng chất bẩn tính cho một người trong một ngày đêm [8]
Các đại lượng Khối lượng (g/người.ngày)
Chất rắn lơ lửng 60 – 65
BOD5của nước thải đã lắng 30 – 35
BOD5của nước thải chưa lắng 65
Nitơ của muối amôni (N-NH4) 8
Phôtphat (P2O5) 3,3
Hàm lượng chất lơ lửng = 65 1000 407 160
(mg/l)
Hàm lượng BOD5của nước thải đã lắng 35 1000 220 160
(mg/l)
Hàm lượng BOD5của nước thải chưa lắng 65 1000 407 160
(mg/l)
Hàm lượng Nitơ amon của nước thải 8 1000 50 160
(mg/l)
Hàm lượng Photphat của nước thải 3,3 1000 21 160
Hàm lượng COD của nước thải 50 1000 315 160
(mg/l)
( Theo TCXDVN 51-2006, nCOD= 50 g/người.ngày ).
Phần lớn, nước thải sinh hoạt trước khi thải vào hệ thống thoát nước đều được lưu giữ lại trong hệ thống các bể tự hoại của hộ gia đình với thời gian lưu trung bình khoảng 3 ngày. Do vận tốc trong bể nhỏ nên phần lớn cặn lơ lửng được giữ lại, hiệu quả lắng cặn trong bể tự hoại từ 40 – 60% tùy thuộc vào nhiệt độ và chế độ quản lý
[1]. Do đó, nước thải sinh hoạt sau khi lắng lại trong hệ thống bể tự hoại thì trung
bình chỉ còn lại khoảng 40% lượng cặn lơ lửng đi vào hệ thống thoát nước. Vì vậy, hàm lượng chất lơ lửng = 407 x 60% = 245 (mg/l)
Sau khi tính toán, ta thu được bảng số liệu sau:
Bảng 3.5. Đặc trưng ô nhiễm nước thải đô thị khu Bắc trung tâm thành phố Quy Nhơn cần xử lý đến năm 2020
TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
1 pH 6,5 - 7,5 2 COD mg/l 315 3 BOD5 mg/l 220 4 Chất lơ lửng mg/l 245 5 Tổng Nitơ mg/l 50 6 Photphat mg/l 21 7 E.Coli (MPN/100ml) 1.0x106
3.3.2.3. Xác định mức độ cần thiết xử lý nước thải
- Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt, ta có bảng sau:
Bảng 3.6. Nồng độ giới hạn một số chất ô nhiễm trong nước thải đô thị
TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 pH 5 - 9
2 BOD5 mg/l 30
3 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 50
4 Amoni (tính theo N) mg/l 5
5 Nitrat (NO3-) (tính theo N) 30
6 Photphat (PO43-) (tính theo P) mg/l 6
- Mức độ cần thiết xử lý nước thải thường được xác định theo:
Hàm lượng chất lơ lửng (phục vụ tính toán công nghệ xử lý cơ học) [3]
100% tc tc C m D C Trong đó:
m - Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau khi xử lý cho phép xả vào nguồn nước, mg/l
Ctc - Hàm lương chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải, mg/l
245 50
100% 80% 245
D
Hàm lượng BOD5 (phục vụ cho tính toán công trình và công nghệ xử lý
sinh học) [3]. 100% tc t tc L L D L Trong đó:
Lt - Hàm lượng BOD5 của nước thải sau xử lý cho phép xả vào nguồn nước, mg/l
Ltc - Hàm lượng BOD5của hỗn hợp thải, mg/l
220 30
100% 86, 4% 220
D
3.3.3. Phân tích một số công nghệ xử lý đã được áp dụng
Dây chuyền công nghệ xử lý là tổ hợp các công trình, trong đó, nước thải được xử lý từng bước theo thứ tự từ xử lý thô đến xử lý tinh; từ xử lý những chất không hòa tan đến xử lý những chất keo và hòa tan. Khử trùng là khâu cuối cùng.
Dây chuyền công nghệ xử lý nói chung có thể chia làm bốn khối[8]:
Khối xử lý cơ học
Khối xử lý sinh học
Khối khử trùng
Xử lý cặn
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên tắc dây chuyền công nghệ xử lý hoàn chỉnh
1- Song chắn rác 1a- Máy nghiền rác 2- Bể lắng cát
2a- Sân phơi bùn 3- Bể lắng đợt I 4- Công trình xử lý sinh học 5- Bể lắng đợt II 6- Máng trộn 7- Bể tiếp xúc
8- Công trình xử lý cặn 9- Công trình làm khô cặn I- Khối xử lý cơ học II- Khối xử lý sinh học III- Khối khử trùng IV- Khối xử lý cặn
Đường nước Đường cặn
Đường phân chia
khối Đường dẫn bùn đemchôn lấp
Đường dẫn hỗn hợp bùn nước Chôn lấp