NGUỒN GỐC VÀ THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC THẢI
NGUỒN GỐC NƯỚC THẢI
Nước thải phát sinh từ các nguồn nước sử dụng trong công nghiệp và sinh hoạt, bao gồm cả nước mưa và nước thấm Mặc dù nước mưa là nước sạch, nhưng khi tiếp xúc với mặt đất, nó sẽ bị ô nhiễm và pha trộn với các chất bẩn.
Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải đen và nước thải xám Nước thải đen, phát sinh từ toilet, chứa hàm lượng cao chất rắn và nhiều chất dinh dưỡng cho vi khuẩn như nitơ và photpho Nó có thể được phân tách thành hai phần chính: phân và nước tiểu Trung bình, mỗi người có thể thải ra khoảng 4 kg nitơ và 0,4 kg photpho mỗi năm.
P trong nước tiểu và 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân
Nước thải xám là loại nước phát sinh từ hoạt động giặt giũ quần áo, tắm rửa và sử dụng trong nhà bếp Nguồn nước này, đặc biệt từ khu vực bếp, thường chứa nhiều chất rắn và dầu mỡ, cần được xử lý đúng cách để bảo vệ môi trường.
Cả hai loại nước thải đen và thải xám có thể chứa mầm bệnh của người, đặc biệt là nước thải đen
Việc phân loại nước thải từ các ngành công nghiệp là một nhiệm vụ khó khăn do tính chất đặc trưng của từng loại nước thải Chẳng hạn, nước thải trong ngành dệt nhuộm thường chứa các chất hữu cơ màu sắc và hóa chất độc hại khó phân hủy Trong khi đó, nước thải từ các cơ sở xi mạ lại có hàm lượng kim loại nặng cao và pH thấp Đối với ngành chế biến thực phẩm, nước thải chủ yếu chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy nhờ vào vi sinh vật.
TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI
1.2.1 Tính chất vật lý của nước thải
Tính chất vật lý của nước thải bao gồm nhiệt độ, màu sắc, mùi vị và chất rắn
Nhiệt độ nước thải biến đổi theo mùa và ảnh hưởng lớn đến tốc độ lắng, mức oxy hòa tan cũng như hoạt động của vi sinh vật Yếu tố nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong các bộ phận của nhà máy xử lý nước thải, đặc biệt là bể lắng và bể lọc.
Nước thải có màu xám thường chứa oxy hòa tan (DO) ở mức độ nhất định, trong khi nước thải màu đen thường phát ra mùi hôi thối và chứa rất ít hoặc không có oxy hòa tan.
Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất lơ lửng và các chất hòa tan, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng nước thải Nồng độ chất rắn là một tham số thiết yếu để kiểm soát hiệu quả các quá trình xử lý nước thải Thành phần của chất rắn trong nước thải cần được phân tích để đảm bảo quy trình xử lý đạt hiệu quả tối ưu.
Tổng chất rắn (TS) bao gồm tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và tổng chất rắn hòa tan (TDS) Mỗi phần của chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan có thể được phân chia thành phần bay hơi và phần cố định Tổng chất rắn là lượng chất còn lại trong cốc sau khi bay hơi mẫu nước thải trong một giờ hoặc qua đêm ở nhiệt độ từ 103°C đến 105°C TS được xác định thông qua công thức cụ thể.
A - trọng lƣợng của cặn khô + trọng lƣợng của cốc, mg
B - trọng lƣợng của cốc, mg
1000 – hệ số chuyển đổi 1000 ml/l
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) là cặn không lắng được và là một chỉ số quan trọng trong đánh giá chất lượng nước thải TSS đóng vai trò then chốt trong quy trình xử lý nước, giúp xác định mức độ ô nhiễm và hiệu quả của hệ thống xử lý Tiêu chuẩn TSS cần được tuân thủ nghiêm ngặt đối với nước thải sau khi xử lý để đảm bảo an toàn môi trường.
(A-B) 1000 Thể tích mẫu, ml mg TS/l = (1.1)
Trong quá trình xử lý nước thải, nồng độ TSS thường được xác định ở mức 30 và 12 mg/l cho sơ cấp và thứ cấp Để đo TSS, mẫu nước thải được lọc qua giấy lọc có kích thước lỗ 0,2 m Cặn giữ lại trên giấy lọc sẽ được nung trong lò ở nhiệt độ từ 103 0 C đến 105 0 C trong ít nhất 1 giờ cho đến khi khối lượng ổn định TSS được tính toán theo công thức cụ thể.
C - trọng lƣợng của giấy lọc và cốc nung + cặn khô, mg
D – trọng lƣợng của giấy lọc và cốc nung, mg
Tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong nước thải thô thường dao động từ 250 đến 850 mg/l, và được định nghĩa là cặn không thể lọc.
TDS được xác định bằng cách trộn đều mẫu, sau đó lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh với kích thước lỗ 2,0 µm Dịch lọc này sẽ được bay hơi trong ít nhất 1 giờ ở nhiệt độ 180 ± 2 °C trong lò nung Trọng lượng tăng lên của cốc nung chính là trọng lượng của TDS, được xác định theo công thức cụ thể.
E - trọng lƣợng cặn khô + cốc nung, mg
Chất rắn bay hơi, bao gồm chất rắn cố định và cặn từ TS, TSS hoặc TDS, được nung ở nhiệt độ 550 °C Sau quá trình nung, trọng lượng mất đi chính là chất rắn bay hơi, trong khi phần còn lại được gọi là chất rắn cố định Để xác định lượng chất rắn bay hơi và chất rắn cố định, có thể áp dụng công thức chuyên dụng.
G – trọng lượng của cặn + trọng lượng cốc trước khi nung, mg
H – trọng lƣợng cặn + cốc nung hoặc phin lọc sau khi nung, mg
I – trọng lƣợng cốc hoặc phin lọc, mg
Thể tích mẫu, ml mgTDS/l =
(G - H) 1000 mg chất rắn bay hơi/l =
(H - I) 1000 Thể tích mẫu, ml mg chất rắn cố định /l =
Xác định phần bay hơi của chất rắn là yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát hoạt động của nhà máy xử lý nước thải, vì nó cung cấp thông tin về lượng chất hữu cơ có trong phần chất rắn của nước thải.
Kết quả xác định chất rắn bay hơi và chất rắn cố định không phân biệt độ chính xác giữa chất hữu cơ và vô cơ, vì lượng mất khi nung không chỉ liên quan đến hợp chất hữu cơ mà còn có thể bao gồm một số hợp chất muối vô cơ Để xác định các chất hữu cơ, có thể thực hiện các phương pháp như kiểm tra nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD) và tổng cacbon hữu cơ (TOC).
Chất rắn có khả năng lắng là những vật liệu lơ lửng có thể lắng xuống trong một khoảng thời gian nhất định Đơn vị đo lường cho chất rắn lắng thường được biểu diễn bằng ml/l hoặc mg/l.
Phương pháp thể tích để xác định chất rắn có khả năng lắng như sau:
Để tiến hành thí nghiệm, cho nước thải vào ống đong hình trụ có vạch chia thể tích Sau khi trộn đều hỗn hợp, để yên trong 45 phút Sử dụng đũa thủy tinh có đầu bọc cao su để khuấy nhẹ quanh thành ống, rồi tiếp tục để yên thêm 15 phút Cuối cùng, ghi lại thể tích chất rắn lắng theo đơn vị ml/l.
Phương pháp trọng lượng là một thí nghiệm để xác định chất rắn có khả năng lắng Đầu tiên, cần xác định tổng chất rắn lơ lửng Tiếp theo, xác định chất rắn lơ lửng không có khả năng lắng từ dung dịch của mẫu đã được lắng trong 1 giờ và đo TSS (mg/l) của dịch lỏng Kết quả thu được sẽ cho biết tổng chất rắn không có khả năng lắng, từ đó chất rắn có khả năng lắng được xác định theo công thức.
[mg chất rắn có khả năng lắng /l ] = [mg TSS/l) - (mg chất rắn không có khả năng lắng/l) (1.6)
1.2.2 Thành phần hóa học của nước thải
Chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan trong nước thải chứa nhiều thành phần hữu cơ và vô cơ Các chất hữu cơ bao gồm hydrat cacbon, mỡ, dầu, chất béo, chất hoạt động bề mặt, protein, thuốc trừ sâu, và các hợp chất hữu cơ bay hơi, cùng với các chất hóa học độc hại Trong khi đó, các chất vô cơ chủ yếu là kim loại nặng, chất dinh dưỡng như nitơ (N) và photpho (P), cũng như các yếu tố như pH, độ kiềm, clo và sulfua Bên cạnh đó, nước thải cũng chứa các khí như CO2.
N 2 , O 2 , H 2 S và CH 4 cũng có thể có mặt trong nước thải
TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC THẢI CHƯA ĐƯỢC XỬ LÝ
Các chất ô nhiễm trong nước thải, bao gồm chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân hủy sinh học, vi khuẩn gây bệnh, hợp chất hữu cơ khó phân hủy, chất dinh dưỡng như nitơ (N) và photpho (P), kim loại nặng, cùng các chất vô cơ hòa tan, đều có tác động nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người Bảng 1.1 minh họa rõ ràng sự ảnh hưởng của những chất ô nhiễm này.
Chất rắn trong nước thải sinh hoạt có khả năng lắng đọng và tạo cặn, dẫn đến tình trạng tắc nghẽn hệ thống ống thoát nước và làm đầy kênh rạch, sông ngòi Bên cạnh đó, dầu mỡ trong nước thải tạo ra bọt nổi, gây ảnh hưởng tiêu cực đến thẩm mỹ của nguồn nước tự nhiên.
Chất dinh dưỡng N và P gây ra sự phú dưỡng trong nước, ảnh hưởng nhiều hơn đến các hồ và sông chảy chậm so với sông chảy nhanh Tảo trong môi trường nước chậm phát triển mạnh nhờ các chất dinh dưỡng, nhưng khi chúng chết và phân hủy, sẽ lắng xuống đáy và giải phóng lại chất dinh dưỡng vào nước, tạo thành chu trình sinh sản và chết của tảo Giai đoạn đầu, sự sống dưới nước rất phong phú, nhưng sau khi tảo chết, BOD của nước tăng lên, dẫn đến giảm lượng oxy Một số loại tảo còn tiết ra chất độc, gây hại cho chim ăn cá và có thể gây bỏng cho da khi tiếp xúc Nước bị phú dưỡng làm tăng giá thành xử lý, đặc biệt trong việc xử lý nước sinh hoạt.
Kim loại nặng và các chất độc hại khác đƣợc sử dụng trong nhà là những nguồn ô nhiễm cho nguồn nước Kim loại nặng bao gồm Cu, Zn,
Cd, Ni, Cr và Pb là những kim loại nặng có nguồn gốc từ vật liệu xây dựng đường ống, chất tẩy rửa, và các vật liệu khác như mái nhà và hệ thống thoát nước Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước thải tăng cao, chúng có thể gây độc cho vi khuẩn, thực vật, động vật và con người Nguồn gốc khác của chất độc trong nước thải gia đình bao gồm thuốc chữa bệnh quá hạn, hóa chất diệt côn trùng, dung môi hữu cơ và sơn Những chất này không chỉ ăn mòn đường ống dẫn nước thải mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống xử lý nước thải Để bảo vệ môi trường, nước thải cần được xử lý để loại bỏ chất rắn và BOD, đảm bảo nồng độ chất bẩn đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường Mức độ xử lý nước thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn cho phép của từng quốc gia.
Phân tích BOD trong nước thải
Phân tích trong phòng thí nghiệm đối với các vật liệu hữu cơ trong nước và nước thải bao gồm các thí nghiệm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD),
15 nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng cacbon hữu cơ (TOC) và tổng nhu cầu oxy (TOD) Phân tích BOD liên quan đến sử dụng vi khuẩn Phân tích
COD là sử dụng tác nhân hóa học TOC và TOD đƣợc đo bằng các thiết bị chuyên dụng
BOD là chỉ số quan trọng được sử dụng để đo nồng độ ô nhiễm trong các nhà máy xử lý nước thải, giúp định lượng hiệu suất khử chất hữu cơ trong quá trình xử lý Đồng thời, phép đo BOD cũng đánh giá khả năng tự phân hủy của các chất ô nhiễm trong hệ thống sông ngòi.
Số phân tử oxy tiêu thụ trong một thời gian ủ để phân hủy các hợp chất hữu cơ (CBOD)
Oxy sử dụng để oxy hóa các chất vô cơ nhƣ là sulfit, và Fe(II).v.v
Khử các dạng nitơ (NBOD) bằng chất ức chế như trichloromethylpyridine là cần thiết Nếu không sử dụng chất ức chế, nhu cầu oxy đo được sẽ bao gồm tổng COD, NBOD, và được gọi là tổng BOD hay BOD sử dụng (BODu).
Mức độ oxy hóa các hợp chất nitơ trong 5 ngày ủ phụ thuộc vào loại và nồng độ vi sinh vật tham gia quá trình oxy hóa sinh học Trong nước thải thô, vi khuẩn nitrat hóa thường không có mặt, nhưng chúng xuất hiện với số lượng lớn hơn sau khi xử lý sinh học (xử lý bậc hai) Do đó, nước thải sau xử lý bậc hai thường được sử dụng để gây mầm vi khuẩn cho phân tích NBOD của các mẫu khác Việc ức chế nitrat hóa là cần thiết để thực hiện phân tích CBOD.
Kết quả đo BOD sau 5 ngày ủ được coi là nhu cầu oxy sinh hóa để khử cacbon hữu cơ (CBOD) khi vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế Nếu không ức chế vi khuẩn nitrat hóa, kết quả đo sẽ là BOD 5 Quy trình phân tích BOD có thể tham khảo trong phụ lục 5.
Khi nước thải không được gây mầm, BOD được tính theo công thức:
Khi nước thải được gây mầm:
D 1 , D i – oxy hòa tan (DO) của mẫu ngay sau khi pha loãng, mg/l
D 2 , D c – DO của mẫu pha loãng sau khi ủ ở 20 0 C
P - Phần thể tích của mẫu đƣợc sử dụng, ml trong thể tích của bình đo BOD thường bằng 300 ml
B i – DO của mẫu gây mầm so sánh trước khi ủ, mg/l
B c – DO của mẫu gây mầm sau khi ủ, mg/l f – tỷ lệ của mầm trong mẫu pha loãng và mầm trong mẫu kiểm soát
P – phần trăm mầm trong mẫu pha loãng / phần trăm mầm trong mẫu kiểm soát
Khi vật liệu gây mầm được thêm vào mẫu trực tiếp và mẫu kiểm soát, công thức tính f sẽ là: f = thể tích của mầm trong mẫu / thể tích của mầm trong mẫu kiểm soát.
Để xác định BOD năm ngày (BOD5) của mẫu nước thải sinh hoạt sau xử lý, tiến hành lấy 75 mẫu và chia đều vào 3 lọ đo BOD có thể tích 300 ml mà không sử dụng mầm Đo nồng độ DO ban đầu trong ba lọ lần lượt là 8,86 mg/l, 8,88 mg/l và 8,83 mg/l Sau 5 ngày ủ ở nhiệt độ 20°C, nồng độ DO đo được là 5,49 mg/l, 5,65 mg/l và 5,53 mg/l Từ đó, có thể tính toán được giá trị BOD5 cho mẫu nước thải này.
1 Xác định DO tiêu thụ trung bình x:
2 Xác định % giống trong mẫu pha loãng:
Mẫu nước thải được pha loãng với hệ số 1/20 bằng dung dịch kiểm soát mầm, và mức DO trong bình chứa mẫu cùng bình chứa mầm được đo hàng ngày Kết quả được trình bày trong bảng dưới đây, với 1 ml vật liệu mầm được thêm vào để pha loãng mẫu và vào bình kiểm soát, nhằm xác định giá trị BOD hàng ngày.
Kết quả thay đổi nhu cầu oxy và nhu cầu oxy sinh hóa theo thời gian Thời gian, ngày
Oxy hòa tan, mg/l Mẫu pha loãng Kiểm soát mầm BOD, mg/l
Một cách tương tự, BOD ngày 2:
Đối với các ngày khác, BOD có thể xác định tương tự Các kết quả của BOD 5 được trình bày trong bảng trên bằng 102,4 mg/l
Bảng 1.1 Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường
Chất ô nhiễm Nguồn gốc Tác động đến môi trường
Nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, xói mòn bởi dòng chảy
Gây ra sự lắng đọng bùn và điều kiện kỵ khí trong môi trường nước
Hợp chất hữu cơ phân rã sinh học
Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp gây ra quá trình phân hủy sinh học, dẫn đến việc tiêu thụ một lượng lớn oxy mà nguồn nước có thể cung cấp Điều này tạo ra các điều kiện không thích hợp cho sự sống trong môi trường nước.
Nước thải sinh hoạt Truyền bệnh cho cộng đồng
Chất dinh dưỡng Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp Có thể gây ra hiện tượng phú dƣỡng
Các chất hữu cơ khó phân hủy
Có thể gây ra mùi và vị, có thể là chất độc hoặc chất gây ung thƣ
Kim loại nặng Nước thải công nghiệp, nước hầm mỏ… Độc
Các chất vô cơ hòa tan
Nước sử dụng cho sinh hoạt và công nghiệp Ảnh hưởng đến việc sử dụng lại nguồn nước thải
HỆ THỐNG THU GOM NƯỚC THẢI
1.4.1 Mạng lưới thu gom nước thải
Trước khi đưa vào hệ thống xử lý, nước thải từ các cơ sở sản xuất và khu vực dân cư cần được thu gom Hệ thống thu gom nước thải phải được thiết kế đồng bộ và phù hợp với công suất của nhà máy xử lý Sơ đồ điển hình về hệ thống thu gom nước thải bao gồm cả hệ thống thu gom riêng biệt và hệ thống thu gom kết hợp với nước mưa.
1.4.2 Hệ thống thu gom nước thải kết hợp
Hệ thống này có khả năng xử lý cả nước mưa và nước thải, đặc biệt phù hợp với các khu vực có mùa mưa kéo dài Nó cũng là giải pháp lý tưởng cho những nơi khó khăn trong việc lắp đặt hai hệ thống riêng biệt do mật độ cao của các mạng lưới dịch vụ như điện, viễn thông và ống dẫn khí.
Hệ thống thu gom kết hợp không phù hợp cho những khu vực có mùa mưa ngắn và đường giao thông kém, gây ra tình trạng tích tụ cát trong ống dẫn.
Hệ thống thu gom kết hợp có giá thành thấp hơn 40% so với hệ thống riêng biệt
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống thu gom nước thải
1.4.3 Thiết kế hệ thống thu gom nước thải Để thiết kế và lắp đặt hệ thống thu gom nước thải cần thiết phải nắm đƣợc những điểm chính sau đây:
1 Xây dựng bản đồ chi tiết của khu vực
2 Nghiên cứu về thổ nhƣỡng (các loại đất)
3 Nghiên cứu thủy văn (nước ngầm)
4 Các số liệu về thời tiết (mƣa)
5 Xây dựng chi tiết sơ đồ nơi giao nhau của các con đường, các khu vực lắp đặt hệ thống điện, cáp viễn thông…
6 Nghiên cứu khả năng tiêu thụ nước và cung cấp nước sạch
7 Ghi nhận những vùng phát triển công nghiệp, dịch vụ thương mại, các khu vực dân cƣ…
8 Chỉ ra những điểm thu nước thải, trạm bơm và nơi lấy nước thải để xử lý
9 Dự đoán phát triển dân số
10 Dự đoán các vùng sẽ phát triển
Thiết kế hệ thống dẫn nước yêu cầu xác định các phần chênh lệch của dòng chảy trong cùng một đường ống Do sự thay đổi về tính chất dòng chảy trong hệ thống ống dẫn, cần xem xét cẩn thận các yếu tố liên quan để đảm bảo hiệu suất tối ưu và an toàn cho hệ thống.
1 Nước cống chứa các chất lơ lửng Chất lơ lửng có khả năng lắng ở đáy của đường ống và làm cho tốc độ dòng chảy chậm lại dẫn đến làm tắc ống dẫn Để tránh lắng trong đường ống, cần thiết phải đặt
Hệ thống thu gom nước thải điển hình
Hệ thống riêng biệt, hệ thống nước vệ sinh
Hệ thống kết hợp, nước vệ sinh và nước mưa ống dẫn với một độ nghiêng (gradient) để tạo ra tốc độ chảy có khả năng tự làm sạch
2 Đường ống dẫn nước thải tuân theo nguyên lý trọng lực và được lắp đặt theo một độ nghiêng liên tục tới nơi thải Ở đó nước thải đƣợc xử lý hoặc chôn lấp
3 Tốc độ dòng chảy trong cống đủ mạnh sao cho chất lơ lửng trong nước thải không bị kết lại với nhau để lắng, nghĩa là tốc độ sẽ tạo ra khả năng tự làm sạch trong đường ống Điều này hết sức quan trọng bởi vì, nếu nhƣ một số chất lắng đọng xảy ra mà không bị loại bỏ sẽ làm cản trở dòng chảy, gây ra sự lắng đọng tiếp theo dẫn đến làm tắc đường ống Bề mặt phẳng bên trong đường ống bị tắc do bị ăn mòn liên tục gây bởi chất rắn lơ lửng trong nước thải Do vậy, cần thiết phải giới hạn dòng chảy cực đại trong đường ống
1.4.4 Những công trình phụ của hệ thống cống
Các công trình phụ của hệ thống cống bao gồm cửa cống, lỗ đèn chiếu sáng, bể hãm, siphon và trạm bơm Cửa cống, có hình dạng tròn hoặc chữ nhật, kết nối với cống dẫn để công nhân dễ dàng tiếp cận bảo trì, quan sát, làm sạch và cọ rửa Ngoài ra, cửa cống còn đóng vai trò là hệ thống thông gió với các lỗ trên nắp đậy Đây cũng là điểm nối giữa hai hoặc nhiều đường cống, cho phép thay đổi đường kính ống dẫn và hướng ống dẫn, cũng như sắp xếp các vị trí ghép nối giữa các đường ống có độ cao khác nhau.
1.4.5 Định lượng lưu lượng nước thải Để đảm bảo lượng nước sử dụng trong một khu vực dân cư hay một khu đô thị, việc xây dựng hệ thống cấp nước cần phải có những số liệu sau:
1 Tốc độ tiêu thụ nước (số lít nước trong một ngày trên một đầu người)
2 Số lƣợng dân sẽ đƣợc cung cấp:
(Lượng nước) = (Nhu cầu trên đầu người) (dân số) (1.8)
Việc đánh giá chính xác lượng nước cần thiết để đáp ứng nhu cầu của cộng đồng là rất khó khăn do nhiều tham số thường xuyên thay đổi ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nước Các yếu tố tác động đến nhu cầu sử dụng nước trên mỗi người bao gồm:
1 Quy mô của thành phố; nhu cầu nước trên một đầu người đối với thành phố
2 Hiện diện các khu công nghiệp
3 Điều kiện về thời tiết
4 Thói quen sử dụng nước và tình trạng về kinh tế
5 Chất lượng của nước: Nếu nước có chất lượng cao và an toàn, mức độ tiêu thụ sẽ tăng lên vì người ta không tìm các nguồn nước khác để sử dụng (ví dụ như đào giếng và sử dụng nước mưa )
6 Áp suất trong hệ thống phân phối nước
Lượng nước thải phát sinh hàng ngày tương ứng với lượng tiêu thụ nước sạch và có sự biến đổi theo thời gian trong ngày, tuần và mùa (hình 1.2) Việc định lượng sự biến đổi lưu lượng nước thải là rất quan trọng cho thiết kế và vận hành nhà máy xử lý nước thải Bằng cách phân tích dữ liệu về giờ, ngày và tháng sử dụng nước, chúng ta có thể xác định hệ số cực đại của lưu lượng nước thải thông qua một công thức cụ thể.
Hình 1.2 Sự thay đổi lưu lượng nước thải theo thời gian trong ngày
Các tham số lưu lượng cực đại và lưu lượng trung bình thường được xác định thông qua việc so sánh các giá trị lưu lượng cực đại từ các nhà máy xử lý khác nhau Để đạt được kết quả chính xác về lưu lượng cực đại, cần phân tích số liệu trong ít nhất 3 năm.
Lưu lượng trung bình trong một thời gian dài
Hệ số cực đại (PF) =
Lượng nước thải khi không có nước mưa trong mùa khô được xác định theo đầu người như sau:
(Lượng nước thải) = (Nước thải trên đầu người đóng góp mỗi ngày) (Dân số) (1.10)
1.4.6 Thiết kế thời gian sử dụng và dự đoán dân số cho hệ thống thu gom nước thải
Để đảm bảo hiệu quả trong việc xử lý nước thải, cần dự đoán chính xác lượng nước thải và sự gia tăng dân số trong tương lai Hệ thống thu gom nước thải phải hoạt động hiệu quả trong khoảng thời gian từ 5 đến 10 năm sau khi được xây dựng.
Thiết kế thời gian sử dụng được thiết lập như sau:
- Kéo dài thời gian sử dụng của các thiết bị
- Có khả năng mở rộng
- Có thể tiên đoán trước sự tăng trưởng dân số, bao gồm phát triển công nghiệp, phát triển thương mại, di cư và nhập cư, v.v
- Các nguồn nguyên liệu có sẵn
Phương pháp dự đoán dân số:
Một số phương pháp đã được chấp nhận để dự đoán dân số trong tương lai cho dưới đây:
2 Phương pháp phần trăm tăng trưởng không đổi
3 Phương pháp tăng trưởng giảm
4 Phương pháp đường cong logic
Phương pháp số học Đây là phương pháp dự đoán dựa vào giả thiết tốc độ tăng là hằng số và được biểu diễn bằng phương trình: k a dt dP (1.11)
P – dân số t – thời gian (năm) k a – hằng số tăng trưởng toán học
Sắp xếp và lấy tích phân phương trình trên với P 1 và P 2 là dân số tương ứng ở thời gian t 1 và t 2
Giải phương trình tích phân, nhận được:
P t – dân số ở thời gian tương lai
P 0 – dân số hiện tại, thường sử dụng P 2 (thống kê gần nhất)
MỤC ĐÍCH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.5.1 Mục đích xử lý nước thải
Mục đích chính của việc xử lý nước thải là đảm bảo rằng nước sau khi được xử lý sẽ an toàn khi thải ra môi trường, không gây hại đến sức khỏe cộng đồng.
25 đồng và không làm ô nhiễm các nguồn nước hoặc gây ra thiệt hại cho môi trường khác
Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế nhằm giảm thiểu các thành phần ô nhiễm trong nước thải, bao gồm vật liệu hữu cơ, chất rắn, dinh dưỡng như Nitơ (N) và Phốt pho (P), cũng như vi sinh vật gây bệnh Mục tiêu là đạt được mức độ an toàn theo quy định của từng quốc gia, trong đó Việt Nam áp dụng bộ tiêu chuẩn nước thải công nghiệp và tiêu chuẩn thải TCVN.
Các nguồn tiếp nhận của nước thải sau khi xử lý chủ yếu là song, suối, ao, hồ
Nước thải sau khi xử lý cần đạt nồng độ tối đa cho phép trước khi thải ra môi trường Điều này đảm bảo rằng các chất ô nhiễm không vượt quá ngưỡng cho phép, giúp các nguồn nước như sông, suối, hồ và ao có khả năng tự làm sạch hiệu quả.
1.5.2 Các phương pháp xử lý nước thải
Tùy thuộc vào loại nước thải, bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, hoặc hỗn hợp giữa hai loại này, có nhiều phương pháp xử lý khác nhau được áp dụng.
- Phương pháp vật lý: chắn bằng lưới lọc các vật liệu thô trôi nổi trong nước thải; khuấy trộn; keo tụ/ bông tụ, tuyển nổi, lắng, lọc…
- Phương pháp hóa học: kết tủa; hấp phụ, hấp thụ; oxy hóa khử và khử trùng
- Phương pháp sinh học: quá trình hiếu khí; quá trình kỵ khí
Phương pháp xử lý bậc cao trong xử lý nước thải bao gồm các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học, với trọng tâm là quá trình sinh học cho khử nitơ và phốt pho Để khử phốt pho, quy trình bắt đầu bằng việc chuyển đổi phốt pho hữu cơ thành ortho phốt phát qua chu trình kỵ khí/hiếu khí, sau đó sử dụng các tác nhân hóa học để kết tủa phốt pho Các nhà máy xử lý nước thải thường kết hợp cả ba phương pháp này hoặc áp dụng từng phương pháp riêng biệt.
Khi xử lý nước thải sinh hoạt chứa chất thải dễ phân hủy, thường áp dụng kết hợp các phương pháp vật lý, sinh học và hóa học để đạt hiệu quả cao Các phương pháp vật lý như lưới chắn rác, khuấy trộn và lắng được sử dụng cùng với phương pháp sinh học hiếu khí hoặc kỵ khí Đối với nước thải có thành phần phức tạp như nước thải dệt nhuộm hay thuộc da, cần kết hợp cả ba phương pháp và áp dụng các kỹ thuật hiện đại để đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu.
1.5.3 Phân loại mức độ xử lý nước thải
Trong giai đoạn xử lý bậc một, các phương pháp vật lý như chắn rác, lắng và tuyển nổi được áp dụng để loại bỏ các vật rắn trôi nổi và có khả năng lắng.
Xử lý bậc hai là quá trình áp dụng các phương pháp hóa học và sinh học nhằm loại bỏ hầu hết các chất hữu cơ trong nước thải Kết quả của quá trình này giúp nước thải đạt tiêu chuẩn loại A, B theo quy định QCVN 24:2009/BTNMT.
Xử lý bậc ba giúp tách các thành phần khó loại bỏ như nitơ và phốt pho, nâng cao chất lượng nước Nhờ đó, nước sau xử lý có thể được tái sử dụng hiệu quả.
- Xử lý bậc 4 , để loại bỏ các hạt keo tan Loại bỏ các vật liệu hữu cơ không phân hủy sinh học
- Xử lý bậc 5 , loại bỏ các chất vô cơ
Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát các phương pháp xử lý nước thải
Xử lý bậc bốn trở đi, hay còn gọi là xử lý bậc cao, là một phần quan trọng trong quy trình xử lý nước thải Hình 1.4 minh họa sơ đồ xử lý nước thải, trong khi Bảng 1.2 tóm tắt các mức độ xử lý được áp dụng Đặc biệt, Bảng 1.3 cung cấp thông tin về sự phân loại các quá trình xử lý nước thải theo khuyến nghị của WHO.
Bảng 1.2 Mức độ xử lý nước thải
Mức độ xử lý Mục đích
Tiền xử lý Loại bỏ các thành phần của nước thải như là rễ, mảnh gỗ, vật trôi nổi, cát và dầu mỡ
Bậc một Loại bỏ hoàn toàn hoặc từng phần chất rắn lơ lửng và các vật chất hữu cơ từ nước thải
Bậc hai trong xử lý nước thải tập trung vào việc loại bỏ vật chất hữu cơ có khả năng phân rã sinh học, bao gồm cả các chất hòa tan và lơ lửng Quá trình khử trùng cũng là một ví dụ điển hình trong giai đoạn xử lý này.
Bậc ba trong xử lý nước thải nhằm loại bỏ các chất lơ lửng còn lại sau xử lý bậc hai, thường được thực hiện bằng phương pháp lọc qua cát hoặc lưới lọc có kích thước lỗ nhỏ Ngoài ra, khử trùng cũng là một phần quan trọng trong giai đoạn này, giúp tiêu diệt vi khuẩn và mầm bệnh Đồng thời, việc loại bỏ các chất dinh dưỡng cũng được tiến hành để cải thiện chất lượng nước.
Xử lý bậc cao là phương pháp hiệu quả để loại bỏ các vật liệu lơ lửng và hòa tan còn lại sau quá trình xử lý sinh học, đặc biệt khi nước thải cần được tái sử dụng.
Mục tiêu chính của xử lý bậc một là giảm thiểu hư hại do chất rắn cứng và rác gây ra cho thiết bị và đường ống trong các quy trình xử lý tiếp theo Xử lý sơ bộ thường áp dụng các phương pháp vật lý như lọc và lắng sơ bộ, có thể được cải thiện bằng cách bổ sung hóa chất Chất hữu cơ chủ yếu được loại bỏ trong xử lý bậc hai thông qua các quy trình hóa học và sinh học Cuối cùng, trong xử lý bậc cao, các chất rắn lơ lửng và thành phần khác của nước thải không được loại bỏ trong các giai đoạn trước sẽ được xử lý bằng cách kết hợp nhiều phương pháp như hấp phụ, oxy hóa và lọc sâu.
Xử lý bậc một bao gồm các bước tiền xử lý và lắng, nhằm loại bỏ rác thải, chất rắn vô cơ và chất rắn hữu cơ có khả năng lắng.
XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC THẢI
GIỚI THIỆU CHUNG
Xử lý sơ bộ là giai đoạn đầu tiên trong quy trình của nhà máy xử lý nước thải, trong đó khử trùng có thể được áp dụng Giai đoạn này sử dụng các hệ thống và thiết bị chuyên dụng để đảm bảo nước thải được xử lý hiệu quả trước khi chuyển sang các giai đoạn tiếp theo.
1 Song và lưới chắn rác
3 Bể lắng cát, dầu mỡ
4 Bể làm thoáng sơ bộ
THIẾT BỊ CHẮN RÁC
Lưới chắn rác được sử dụng để loại bỏ hoàn toàn các vật liệu trôi nổi như rác, giẻ rách, giấy, nilon, xác chết động vật và mảnh vỡ kim loại, nhằm bảo vệ hệ thống bơm của nhà máy và ngăn chặn chúng xâm nhập vào giai đoạn xử lý sau Có nhiều loại lưới chắn rác, bao gồm lưới chắn rác thô, trung bình và mịn Quá trình làm sạch lưới chắn rác có thể thực hiện bằng phương pháp thủ công hoặc cơ khí Các loại lưới chắn rác thường được sử dụng trong giai đoạn xử lý sơ bộ được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Các loại lưới chắn rác
Phân loại kích thước (inch)
Vật liệu chế tạo lưới Áp dụng
Song chắn rác Thô 0,6 – 1,5 Thép, thép không rỉ Xử lý sơ bộ
0,01-0,1 Thép không rỉ Xử lý thứ cấp
Thô 0,03×0,09×2 Tấm đồng Xử lý sơ bộ
Thô 0,1-0,2 Thép không rỉ, dây thép đan
0,01 – 0,1 Thép không rỉ, sợi thép đan
Mịn 0,01 – 0,1 Thép không rỉ Xử lý thứ cấp Đĩa quay Trung bình
0,01 – 0,4 Thép không rỉ Xử lý sơ bộ
Mịn 0,001 – 0,02 Thép không rỉ Xử lý sơ bộ
Ly tâm Mịn 0,002-0,02 Thép không rỉ, polyeste…
Xử lý sơ cấp, bậc hai
Lưới chắn rác thô, thường được sử dụng để làm sạch bằng thủ công, được lắp đặt trước hệ thống bơm nước thải Bài viết này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thiết kế của song chắn rác (bar rack) trong các nhà máy xử lý nước thải.
Song chắn rác là một cấu trúc gồm các thanh thép không rỉ được sắp xếp song song, tạo ra các khe hở để ngăn chặn rác thải Bề mặt của các thanh được thiết kế hướng về phía dòng chảy, giúp thu gom hiệu quả các chất thải Các thanh có thể có nhiều hình dạng khác nhau như hình chữ nhật, hình chữ nhật với cạnh sắc, hình bán nguyệt hoặc hình tròn.
Tổn thất thủy lực qua song chắn rác phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy tới và tốc độ dòng chảy qua song chắn rác Để xác định tổn thất này, phương trình Bernoulli có thể được áp dụng.
Hình 2.1 Các loại lưới lọc
Hình 2.3 Tổn thất thủy lực qua song chắn rác Độ chênh lệch dòng nước thải chảy qua song chắn rác được xác định bởi công thức:
Trong đó: h 1 - độ sâu phía trên dòng chảy, m h 2 - độ sâu phía dưới dòng chảy, m h - tổn thất áp lực, m
V - tốc độ dòng chảy qua thanh chắn rác, m/s v - tốc độ dòng chảy tới song chắn rác, m/s g - gia tốc trọng trường, 9,81m.s 2
C - hệ số thải, giá trị điển hình của C = 0,84, C 2 = 0,74
Phương trình (2.2) có thể viết:
Phương trình 2.4 dưới đây trình bày sự tổn thất áp lực liên quan đến hình dáng của thanh và khe hở của song chắn rác:
H là tổn thất áp lực, m w là độ rộng cực đại của mặt thanh chắn rác đối diện với dòng thải, m b là khe hở nhỏ nhất giữa các thanh chắn rác, v là tốc độ dòng thải tới song chắn rác, và g là gia tốc trọng trường.
- góc nghiêng của song chắn rác
- hệ số phụ thuộc vào hình dáng thanh chắn rác (hình 2.4 và bảng 2.2)
Hình 2.4 Hình dáng thanh chắn rác
Hình dáng thanh chắn rác
Hình chữ nhật mép nhọn 2.42
Hình chữ nhật với bề mặt tròn 1.83
Hình chữ nhật có mặt hình bán nguyệt ở phía trên và dưới dòng chảy 1.67
Các thông số thiết kế song chắn rác
- Vận tốc dòng chảy trong thời gian lưu lượng cực đại không vượt quá 0,7 m/s
- Độ rộng khe hở giữa các song chắn rác từ 25 đến 44 mm
- Song chắn rác đặt nghiêng với độ dốc từ 300 đến 450
Tổn thất thủy lực qua song chắn rác cho phép nằm trong khoảng từ 0,60 đến 0,70 m Khi tổn thất thủy lực vượt quá các giá trị này, cần phải tiến hành làm sạch song chắn rác để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Tính tốc độ (V) qua song chắn rác khi tốc độ (v) của nước thải tới song chắn rác là 0,60 m/s và tổn thất thủy lực đo được là 38 mm
Thiết kế song chắn rác Cho biết các thông số sau đây:
Lưu lượng thiết kế cực đại vào mùa mưa là 0,631m 3 /s
Tốc độ qua song chắn rác ở dòng chảy cực đại trong mùa mưa là 0,90 m/s
Tốc độ qua song chắn rác thiết kế cực đại vào mùa khô là 0,6 m/s
Song chắn rác đặt nghiêng = 60 0 , với thiết bị làm sạch bằng cơ học
Độ sâu phía trên song chắn rác của dòng chảy bằng 1,12 m Giải:
Tính khoảng cách và đường kính của thanh:
(a) Xác định tổng diện tích khe hở (A) qua song chắn rác: v
F max - dòng chảy cực đại của nước thải v - Tốc độ qua song chắn rác ở dòng cực đại vào mùa mưa
(b) Tính tổng chiều rộng các khe của song chắn rác d
A w / w - tổng độ rộng của các khe hở, m d - độ sâu của dòng thải, m w = 0,70 m / 1,12 m = 0,625 m (c) Chọn chiều rộng của khe bằng 25 mm
Sử dụng 24 thanh có chiều rộng bằng 10 mm và chiều dày 50 mm
(e) Tính chiều rộng (W) của buồng đặt song chắn rác:
(f) Tính chiều cao của song chắn rác
Cho phép tăng độ rộng của khung thêm tối thiểu là 0,6m, như vậy chiều cao của song chắn rác được chọn là 2 m
(g) Xác định hệ số hiệu dụng (EC)
EC = (Tổng độ rộng của khe hở) / (Chiều rộng của buồng đặt song chắn rác)
Lưới chắn rác mịn là thiết bị quan trọng trong các nhà máy xử lý nước thải, được sử dụng cho quá trình xử lý sơ bộ hay sơ cấp Khe hở của lưới lọc có thể được tạo thành từ dây thép, lỗ đục trên tấm kim loại hoặc các thanh chắn sắp xếp sát nhau, với kích thước khe hở từ 1.5 đến 6.4 mm Lưới lọc mịn có thể được thiết kế ở dạng quay hoặc cố định để tối ưu hóa hiệu quả trong quá trình tiền xử lý nước thải.
Tổn thất áp lực qua lưới lọc mịn có thể được xác định theo phương trình:
Trong đó: h - tổn thất áp lực, m v - tốc độ, m/s
C - hệ số thải của lưới g - gia tốc trọng trường, m/s 2
A - diện tích khe hở có hiệu quả của phần lưới lọc đặt trong nước, m 2
Giá trị của hệ số C trong lưới lọc phụ thuộc vào kích thước, khe hở và phần trăm diện tích khe hở của lưới Đối với lưới lọc mịn sạch, giá trị C thường là 0,60, cho thấy tổn thất áp lực của nước sạch qua lưới này là tương đối nhỏ Tuy nhiên, tổn thất áp lực khi xử lý nước thải qua lưới lọc mịn lại phụ thuộc vào phương pháp làm sạch, số lần làm sạch, kích thước và số lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải, cũng như kích thước khe hở của lưới lọc.
Hình 2.5 Lưới lọc quay (Rotary discscreen)
Thiết bị nghiền rác là giải pháp hiệu quả thay thế cho song chắn rác hoặc lưới lọc, giúp cắt và nghiền các vật liệu thô xuống kích thước nhỏ hơn.
Kích thước hạt từ 6 đến 10 mm cần được kiểm soát để tránh gây hại cho các thiết bị xử lý trong hệ thống tiếp theo Các hạt này sẽ được thu lại trong bể lắng sơ cấp, hay còn gọi là bể lắng loại 1.
Hình 2.6 Thiết bị nghiền rác
BỂ LẮNG CÁT
2.3.1 Mục đích của bể lắng cát
- Bảo vệ các thiết bị khỏi bị ăn mòn
- Giảm sự lắng đọng chất rắn trong các đường ống và các kênh dẫn
- Giảm tần số làm sạch các thiết bị
2.3.2 Đặc trưng của chất rắn trong nước thải
- Hàm lƣợng chất rắn từ 35% đến 80%
- Hàm lƣợng chất bay hơi từ 1% đến 55%
- Khối lƣợng riêng của cát xấp xỉ bằng 1,6 gam/cm 3
2.3.3 Thiết kế bể lắng cát
- Cung cấp đủ thời gian lưu để cát lắng
- Duy trì tốc độ không đổi để rửa sạch bùn hữu cơ
Tốc độ chảy của nước thải trong bể lắng được xác định theo phương trình của Camp – Shields:
V c - vận tốc của nước, m/s g – gia tốc trọng trường, 9,81m/s 2 d – đường kính hạt rắn, m f – hệ số ma sát Darey – Weisbach, bằng 0,02 đối với nước thải sinh hoạt
p – khối lƣợng riêng của hạt rắn, kg/m 3
w – khối lượng riêng của nước, kg/m 3 k – hằng số thực nghiệm, liên quan đến độ dày của chất hữu cơ bằng 0,04 – 0,06
Vận tốc điển hình của các hạt hữu cơ trong bể lắng cát là từ 15 đến 30 cm/s Một thách thức trong thiết kế bể lắng là duy trì vận tốc này ổn định do sự biến động của lưu lượng nước thải Để giải quyết vấn đề này, các loại đập chắn được thiết kế nhằm kiểm soát dòng chảy, giúp duy trì tốc độ nước thải ổn định.
1- Kiểm soát dòng chảy qua đập chắn có lỗ
Công thức để kiểm soát dòng chảy qua lỗ nhƣ sau: gH A C
A – diện tích lỗ g - gia tốc trọng trường
H – chiều cao nước trên trung tâm của lỗ
2- Kiểm soát dòng chảy qua đập
Phương trình thải đối với đập ngang hình chữ nhật là:
H – chiều cao từ đỉnh đập tới bề mặt nước, m
Gọi y là chiều cao của đập, hệ số thải C D đƣợc xác định bằng công thức: y
Q còn đƣợc xác định theo công thức:
Phương trình (2.10) có thể được viết:
3- Kiểm soát dòng chảy bằng máng parshall
Máng Parshall, được phát triển bởi R.L Parshall vào năm 1920, là một thiết bị quan trọng trong hệ thống đo lưu lượng của Anh Nó đã trở thành công cụ phổ biến để đo lưu lượng nước trong các kênh hở.
Máng Parshall bao gồm ba phần chính: phần hội tụ, phần thắt hẹp và phần tỏa ra Đáy của phần thắt hẹp nghiêng theo hướng dòng chảy, trong khi đáy của phần tỏa ra có độ dốc hướng lên Hình học của máng tạo ra độ sâu tới hạn gần phần đầu của khe hẹp, đồng thời tạo ra vòng nước ngược giúp đo độ sâu hiệu quả.
Hệ số ngập của máng được xác định bởi tỷ lệ H b /H a, trong đó H a là điểm đo thứ nhất và H b là điểm đo thứ hai ở vị trí dưới của phần thắt Lưu lượng qua máng phụ thuộc vào H a và được tính toán theo công thức đã nêu.
Q – lưu lượng dòng thải tự do, m 3 /s
W- độ rộng của vùng thắt, m
H a - độ sâu của nước ở thượng nguồn trước điểm đo, m
Bảng 2.3 Tỷ lệ H b /H a tương ứng với độ rộng của vùng thắt trong máng Parshall
2.3.4 Tiêu chuẩn thiết kế bể lắng cát
Trong các nhà máy xử lý nước thải, có ba loại bể lắng cát phổ biến: bể lắng cát ngang hình chữ nhật, bể lắng cát sục khí và bể lắng dòng xoáy (vortex) Tốc độ lắng của các hạt hình cầu trong dòng chảy tầng được mô tả theo định luật Stoke.
Trong đó: v s - tốc độ lắng, m/s g - gia tốc trọng trường, 9,81 m/s 2
s – khối lƣợng riêng của hạt rắn, kg/m 3
- khối lƣợng riêng của chất lỏng, kg/m 3
- độ nhớt của chất lỏng, kg/s.m
2.3.4.1 Bể lắng cát hình chữ nhật
Bể lắng cát hình chữ nhật là giải pháp hiệu quả trong việc kiểm soát tốc độ dòng chảy, vượt trội hơn so với các loại bể lắng khác Loại bể này thường được áp dụng tại các nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ Tiêu chuẩn thiết kế cho bể lắng cát ngang hình chữ nhật được trình bày trong bảng 2.4.
Hình 2.8 Bể lắng cát hình chữ nhật có kênh dẫn hẹp để ổn định dòng chảy
Bảng 2.4 Tiêu chuẩn thiết kế bể lắng cát ngang
Tham số thiết kế Khoảng Điển hình
Tốc độ lắng đối với (m/phút) d = 0,21mm 1,0-1,3 1,15 d = 0,15mm 0,6-0,9 0,75
Tổn thất thủy lực trong vùng kiểm soát theo
% của % độ sâu của kênh 30-40 36 Độ dài cho phép bổ sung đối với sự sáo trộn vùng vào và vùng ra (%) 25-50 40
2.3.4.2 Bể lắng cát sục khí
1- Ƣu điểm của bể lắng cát sục khí:
- Có thể sử dụng để bổ sung hóa chất, khuấy trộn và keo tụ trước xử lý bậc một Bể lắng cát sục khí đƣợc mô tả trong hình 2.9
- Nước thải còn mới, do vậy sẽ khử được mùi và khử BOD5
- Tổn thất thủy lực rất nhỏ
- Loại dầu mỡ bằng thiết bị gạt
- Khử các vật liệu hữu cơ có khả năng bị thối rữa bằng sục khí
Giải phóng các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC) và gây mùi
3- Thông số thiết kế bể lắng cát sục khí
- Sâu từ 2 đến 5 m; chiều dài từ 7,5 đến 20 m; chiều rộng từ 2,5 đến
7 m; tỷ lệ chiều rộng / độ sâu: 1: 1 - 5: 1; tỷ lệ chiều dài / chiều rộng: 2,5: 1 - 1
- Tốc độ ngang tại bề mặt: từ 0,6 đến 0,8 m/s
- Thời gian lưu tại lưu lượng cực đại từ 2 đến 5 phút
- Cung cấp không khí từ 4,6 đến 12,4 lít / s m theo chiều dài bể Lưu lƣợng khí cao hơn đƣợc sử dụng đối với bể rộng và sâu hơn
Hình 2.9 Bể lắng cát sục khí
2.3.4.3 Bể lắng cát dòng xoáy
Bể lắng dòng xoáy (vortex) hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo ra dòng xoáy khi nước thải chứa cát vào bể theo hướng tiếp tuyến Nhờ lực ly tâm và trọng lực, cát và các chất rắn khác nhanh chóng được thu gom vào vùng trung tâm, sau đó đi vào phễu thu cát và lắng dọc theo độ dốc đáy bể Ưu điểm nổi bật của bể lắng cát dòng xoáy bao gồm khả năng tích hợp tiết kiệm diện tích, hiệu suất tách cát cao, nhu cầu năng lượng thấp, dung tích lớn lên đến 3000 l/s, và giảm thiểu số lượng đập chắn cũng như bảo trì.
Hình 2.10 (a) và (b): Bể lắng cát dòng xoáy
BỂ TÁCH DẦU
2.4.1 Đặc điểm của dầu mỡ trong nước thải
Dầu trong nước thải xuất hiện dưới dạng nhũ tương và có độ bền cao về liên kết cơ học, hóa học và vật lý Hình 2.11 mô tả các dạng tồn tại của dầu trong nước thải.
Hình 2.11 Các dạng tồn tại của dầu trong nước thải
Để tách dầu khỏi nước, cần phải sử dụng các phương pháp hóa học như điện ly hoặc phương pháp vật lý như keo tụ để phá vỡ các dạng bền của dầu.
2.4.2 Phương pháp xử lý dầu mỡ
Có hai quá trình tách dầu mỡ thường được sử dụng:
1 Tách trọng lực của dầu mỡ tự do, không tạo nhũ tương
2 Xử lý hóa học và tách nhũ tương
Gravity separation of free oil and grease involves the use of API (American Petroleum Institute) and CPI (Corrugated Plate Interceptor) equipment This separation process is based on Stokes' law, which governs the behavior of particles in a fluid medium.
CPI là một thiết bị tách dầu nước thải, bao gồm một bể hình chữ nhật với nước chảy theo chiều dọc Dầu nổi lên trên bề mặt được vớt ra bằng cần gạt Thiết bị này có hộp nghiêng chứa từ 12 đến 48 đĩa có nếp nhăn song song, cách nhau từ 1,9 đến 3,8 cm Khi nước thải chảy giữa các đĩa, các giọt dầu nhỏ nổi lên theo độ nghiêng, tập hợp lại ở mặt lõm trên các nếp gấp và di chuyển xuống dưới trước khi nổi lên bề mặt.
Nước trong dầu trong nước
Dầu trong nước Nước trong dầu
Hình 2.12 Hệ thống tách dầu CPI
BỂ ĐIỀU HÕA
Nước thải vào nhà máy xử lý thường có sự biến đổi về lưu lượng và tính chất, vì vậy để tối ưu hóa hiệu quả xử lý, cần duy trì lưu lượng dòng thải ổn định Để đạt được điều này, việc xây dựng bể điều hòa dòng chảy là cần thiết, thường được đặt sau lưới chắn rác và bể lắng cát, trước khi vào bể lắng sơ cấp.
Điều hòa dòng chảy trong hệ thống xử lý nước thải giúp kiểm soát tốc độ và lưu lượng nước, đảm bảo thời gian cần thiết cho các quá trình xử lý vật lý, sinh học và hóa học ở mỗi giai đoạn.
Bể điều hòa có thể được thiết kế trong hoặc bên cạnh dây chuyền xử lý nước thải Thể tích của bể điều hòa phụ thuộc vào sự biến đổi dòng khối lượng nước thải theo thời gian Các yếu tố quan trọng cần xem xét trong thiết kế bể điều hòa bao gồm hình dáng, thiết bị trộn, hệ thống cung cấp không khí và hệ thống bơm.
2.5.1 Những ƣu, nhƣợc điểm khi sử dụng bể điều hòa
Tăng cường xử lý sinh học giúp giảm thiểu sốc do tải trọng cao của các chất ức chế vi sinh vật, nhờ vào việc pha loãng và duy trì pH ổn định.
- Cải thiện quá trình lắng các bể lắng thứ cấp (sau khi xử lý sinh học) do duy trì đƣợc tải trọng chất rắn
- Nâng cao hiệu quả đối với nhà máy công suất nhỏ đã quá tải
- Cần có một diện tích đất lớn để xây dựng
- Phải bảo dƣỡng bổ sung
- Tăng giá thành xử lý
2.5.2 Xây dựng và vận hành bể điều hòa
Vật liệu xây dựng bể điều hòa có thể là đất, bê tông hoặc thép Bể được thiết kế theo hình dạng bể phản ứng khuấy trộn hoàn chỉnh, sử dụng thiết bị sục khí khí nén hoặc thiết bị khuấy cơ học Trong quá trình sục khí, hàm lượng DO duy trì ở mức 1 mg/l với tốc độ cung cấp khí là 0,16 l/m³.s.
Hình 2.13 Bể điều hòa dòng chảy trong dây chuyền
Xác định kích thước bể điều hòa sử dụng những ghi nhận số liệu hàng ngày sau đây
Lưu lượng (m 3 /s) Giữa đêm 0,0492 Giữa trƣa 0,01033
1- Tính thể tích bể điều hòa bằng phương pháp cộng thể tích lưu
Bảng phân tích điều hòa lưu lượng
Tính lưu lượng trung bình Q
Để tính toán lưu lượng quan sát được và lưu lượng trung bình từ các số liệu trong bảng, chúng ta bắt đầu với lưu lượng quan sát được lúc 8 giờ sáng.
Xây dựng bảng sắp xếp theo trình tự, bắt đầu từ 8 giờ sáng Tính từ cột 3 đến 6 cho các bước sau:
Bước 4: Đối với cột 3, chuyển lưu lượng thành thể tích trong thời gian 1 giờ Thể tích = 0,072 m 3 /s × 1 h × 3600 s/h = 259,2 m 3
Bước 5: Đối với cột 4, mỗi một hàng: tính thể tích trung bình để xử lý: Thể tích = Q × 1h × 3600 s/h
Bước 6: Đối với cột 5: tính thể tích dư cần thiết để lưu
Bước 7: Đối với cột 6: tính tổng thể tích tích lũy của hiệu số (cột 5)
Ví dụ: đối với khoảng thời gian thứ hai, lưu giữ tích lũy là: cs = 23,4 m 3 + 83,16 m 3 = 106,56 m 3
Chú ý giá trị sau cùng của tích lũy sẽ bằng zero Nghĩa là bể điều hòa không chứa nước để sẵn sàng cho ngày tiếp theo
Tìm thể tích cần thiết của bể điều hòa
Thể tích cần thiết của bể điều hòa trong một ngày là lượng tích lũy cực đại, cụ thể là 882,72m³ vào lúc 8 giờ Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, cần cung cấp thêm từ 20% đến 50% dung tích dư nhằm xử lý lưu lượng thay đổi không mong muốn, lắp đặt thiết bị và sự lắng đọng bồi đắp bể của chất rắn Do đó, tổng thể tích bể lưu sẽ được tính toán dựa trên các yếu tố này.
2- Phương pháp giải bằng đồ thị (hình 2.15)
Bước 1: Tính thể tích tích lũy tương tự như trong phần 1
Bước 2: Vẽ đồ thị giữa ngày trên trục X (điểm gốc là giữa đêm) theo thể tích tích lũy trên trục Y
Bước 3: Nối điểm ban đầu và điểm cuối của đồ thị Kết quả cho lưu lượng trung bình hàng ngày (m 3 /d)
Hình 2.15: Đồ thị xác định thể tích bể điều hòa
(a) lưu lượng đạt cực đại một lần trong ngày;
(b) lưu lượng nước thải đạt cực đại hai lần trong ngày
Để xác định thể tích yêu cầu của bể điều hòa, trước tiên, hãy vẽ hai đường song song theo lưu lượng trung bình Tiếp theo, vẽ đường tiếp tuyến tới đường cong tại điểm cao nhất và điểm thấp nhất.
Chất rắn lắng trong bể lắng cát tuân theo Định luật Stokes, trong đó để đạt hiệu quả lắng tối ưu, vận tốc lắng (V_s) cần phải bằng hoặc lớn hơn vận tốc ngang (V_0) của dòng nước thải vào bể lắng, tức là V_s ≥ V_0.
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
1 Hãy cho biết mục đích của song chắn rác và bể lắng cát
2 Tại sao phải thiết kế đập chắn? Đập chắn có ý nghĩa gì trong hệ thống lắng của nhà máy xử lý nước thải?
3 Khi thiết kế bể lắng cát phải chú ý đến những điểm gì?
4 Tại sao lại phải xây dựng bể điều hòa? Trong hệ thống xử lý nước thải nào không cần phải có bể điều hòa?
5 Trình bày các bước tính toán thiết kế xây dựng bể điều hòa
6 V s là vận tốc lắng của hạt rắn, V 0 là vận tốc ngang của nước thải trong bể lắng cát Trong điều kiện nào thì hạt cát lắng hoàn toàn trong bể lắng cát?
1 Song chắn rác cơ học được sử dụng trong một kênh dẫn nước thải với tốc độ cực đại là 1m/s Các thanh chắn rác có độ dày bằng 15 mm và độ rộng của khe hở bằng 25 mm Xác định: a) Tốc độ giữa các thanh b) Giảm thủy lực theo đơn vị m
2 Lưu lượng trung bình được thiết kế của một nhà máy xử lý nước thải là 0,438 m 3 /s Thiết kế bể lắng cát sục khí khi thời gian lưu của lưu lượng đỉnh là 4,0 phút (thông thường từ 3 – 5 phút) Cho hệ số lưu lượng trung bình tới lưu lượng đỉnh bằng 3
3 Mức nước ở trên dòng chảy và dưới dòng chảy tương ứng là 4,0 và 1,2 m (minh họa trong hình dưới đây) Một lỗ hình chữ nhật có mép nhọn với kích thước cao 1m và rộng 1,2 m Tính lưu lượng thải Q
1- Một bể kiểm soát lưu lượng hình chữ nhật có một đập chắn hình chữ nhật có chiều dài 1,5 m Dòng vào bể là 0,283 m 3 /s Đỉnh của đập cách đáy của bể 1,2 m Tính độ sâu của bể
2- Thiết kế bể lắng cát hình chữ nhật Cho biết các thông tin sau đây: lưu lượng Q = 0,5787 m 3 /s; đường kính của hạt tối thiểu có thể lắng d = 0,20 mm; tỷ trọng của hạt bằng 2,65; tốc độ dòng chảy ngang bằng 0,30 m/s; độ sâu lý thuyết của bể bằng 1,0 m Tính kích thước và độ dốc của bể lắng cát
3- Một nhà máy xử lý nước thải sẽ tiếp nhận lưu lượng 35000 m 3 /d
Tính diện tích bề mặt, thể tích và thời gian lưu của bể lắng cát hình chữ nhật sâu 3 m sẽ tách cát có tỷ trọng 1,9 và kích thước