ĐATN - TK hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho công ty TNHH POSCO SS VINA, công suất 200 m³ngày

NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPa.Tổng quan về nước thải chế, tìm hiểu về thành phần tính chất nước thải Lịch sử phát triển của Công ty, Quy trình sản xuất của nhà máyb.Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải.Tổng quan về quá trình và công nghệ xử lý nước thảiMột số công nghệ xử lý nước thải ở Việt Namc.Thành phần tính chất nước thải, đề xuất sơ đồ công nghệ xử lýĐề xuất 02 phương án công nghệ xử lý phù hợpd.Tính toán các công trình đơn vị, khai toán chi phíe.Quá trình vận hành, bảo trì, bảo dưỡngQuy trình vận hành của hệ thống xử lý trên thực tế, bảo trì bảo dưỡng định kì.Các sự cố thường gặp trong quá trình vận hành.f.Các công trình đơn vị đã thiết kế Bản vẽ PDF đính kèm cuối file

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Nguồn gốc phát sinh nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là loại nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các hoạt động hàng ngày như tắm, giặt, và vệ sinh cá nhân Nguồn gốc của nước thải này bao gồm các căn hộ, nhà vệ sinh tại trung tâm thương mại, nhà hàng, quán cà phê, spa, phòng y tế, và nhà trẻ Ngoài ra, nước thải từ hồ bơi cũng được thải ra sau một thời gian sử dụng Nước thải sinh hoạt thường chứa các chất ô nhiễm như cặn bã hữu cơ, chất hữu cơ hòa tan (được đo bằng chỉ số COD), dinh dưỡng (Nitơ, photpho), và vi khuẩn gây bệnh như E.coli và Coliform.

Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt tại công ty phụ thuộc vào:

- Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người

Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào:

- Mức sống, điều kiện sống và tập quán sống

Lượng nước thải sinh hoạt của công ty trên được xác định dựa trên cơ sở nước cấp.

Thành phần nước thải sinh hoạt

Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào nguồn gốc và chất lượng cuộc sống Nước thải sinh hoạt chủ yếu được chia thành hai loại: nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh Lượng nước thải cũng chịu ảnh hưởng bởi thói quen sinh hoạt của người dân.

Nước thải sinh hoạt bị ô nhiễm chủ yếu do cặn bã, dầu mỡ từ bếp của hộ gia đình và nhà hàng, cùng với các chất tẩy rửa từ phòng tắm và nước rửa vệ sinh sàn nhà.

Nước thải sinh hoạt chưa phân hủy thường có màu nâu và chứa nhiều cặn lơ lửng mà chưa phát sinh mùi khó chịu Trong loại nước thải này có chứa các chất rắn lơ lửng như phân người và động vật, mảnh vụn thức ăn, dầu mỡ, gỗ nhựa vụn, vỏ trái cây và các phế thải khác từ hoạt động ăn uống và sinh hoạt của con người.

Dưới những điều kiện môi trường nhất định, vi khuẩn tự nhiên trong nước và đất sẽ tấn công các chất thải, tạo ra các phản ứng sinh hóa làm thay đổi tính chất của nước thải Quá trình này dẫn đến việc nước thải dần chuyển từ màu nâu sang màu đen và phát ra mùi hôi khó chịu.

Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt

 Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng:

Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids – (T)SS - SS) có thể có bản chất là:

- Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét);

- Các chất hữu cơ không tan;

- Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…)

Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý

Hợp chất gây mùi chủ yếu trong nước thải là H2S, thường được mô tả bằng mùi trứng thối Ngoài ra, các hợp chất như indol, skatol, cadaverin và cercaptan cũng hình thành trong điều kiện yếm khí và có thể tạo ra mùi khó chịu hơn H2S Để giải quyết vấn đề mùi hôi trong nước thải, việc xây dựng một hệ thống xử lý mùi riêng biệt là cần thiết để loại bỏ hoàn toàn các mùi phát sinh.

Màu sắc của nước thải xuất phát từ các chất thải sinh hoạt và quá trình phân hủy chất hữu cơ Độ màu thường được đo bằng đơn vị mgPt/l theo thang đo Pt-Co Thông số độ màu mang tính chất cảm quan và có thể phản ánh tình trạng chung của nước thải.

Độ pH của nước là chỉ số quan trọng thể hiện nồng độ ion H+ trong dung dịch, giúp xác định tính axit và kiềm của nước Nó ảnh hưởng đến dạng tồn tại của kim loại và khí hòa tan, cũng như hiệu quả của các quá trình xử lý nước Hơn nữa, pH còn tác động đến các quá trình trao đổi chất trong cơ thể sinh vật nước, do đó có ý nghĩa quan trọng về mặt sinh thái môi trường.

 Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD):

COD (Chemical Oxygen Demand) là chỉ số đo lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hóa học trong nước, bao gồm cả hợp chất vô cơ và hữu cơ Trong khi đó, BOD (Biochemical Oxygen Demand) chỉ phản ánh lượng oxy cần thiết để oxy hóa một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật Sự khác biệt này giúp đánh giá mức độ ô nhiễm và khả năng tự làm sạch của nguồn nước.

COD là chỉ số quan trọng trong việc đánh giá ô nhiễm chất hữu cơ và, cùng với BOD, giúp xác định mức độ ô nhiễm không phân hủy sinh học của nước Thông qua việc phân tích COD, chúng ta có thể lựa chọn phương pháp xử lý nước phù hợp.

 Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD):

BOD là lƣợng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ theo phản ứng:

Chất hữu cơ + O 2  CO 2 + H 2 O + tế bào mới + sản phẩm trung gian

Trong môi trường nước, quá trình oxy hóa sinh học diễn ra khi vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan, do đó việc xác định tổng lượng oxy hòa tan cần thiết cho quá trình phân hủy sinh học là rất quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của dòng thải đến nguồn nước Chỉ số BOD thể hiện lượng chất thải hữu cơ trong nước có khả năng bị phân hủy bởi vi sinh vật.

 Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO):

DO là lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước như cá, lưỡng cư, thủy sinh và côn trùng Oxy này thường được cung cấp qua quá trình hòa tan từ khí quyển hoặc thông qua quang hợp của tảo.

Nồng độ oxy tự do (DO) trong nước thường dao động từ 8 đến 10 ppm và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất và quang hợp của tảo Khi nồng độ DO giảm, sinh vật trong nước sẽ giảm hoạt động hoặc có thể chết Vì vậy, DO được coi là một chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm nước trong các thuỷ vực.

 Nitơ và các hợp chất chứa nitơ:

Trong nước mặt cũng như nước ngầm nitơ tồn tại ở 3 dạng chính là: ion amoni

Nitơ trong nước tồn tại dưới dạng amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) Những dạng nitơ này có thể chuyển hóa lẫn nhau dưới tác động của các yếu tố hóa lý và hoạt động của một số sinh vật, dẫn đến sự tích tụ trong nguồn nước sinh hoạt và gây độc cho con người Việc sử dụng nước có hàm lượng NO2- vượt mức cho phép trong thời gian dài có thể gây ra bệnh xanh da ở trẻ em và phụ nữ mang thai, do chất độc này cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy.

 Phospho và các hợp chất chứa phospho:

Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate Các hợp chất Phosphat đƣợc chia thành Phosphat vô cơ và Phosphat hữu cơ

Phospho là một dưỡng chất thiết yếu cho sự phát triển của sinh vật, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định Phospho tổng Thông số này giúp đảm bảo sự phát triển bình thường của vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học.

Phospho và các hợp chất chứa phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, vì sự dư thừa của chúng thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của tảo và vi khuẩn lam.

 Chất hoạt động bề mặt:

Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hữu cơ bao gồm hai phần: phần kị nước và phần ưa nước, giúp phân tán các chất trong dầu và nước Nguồn gốc của chất hoạt động bề mặt chủ yếu đến từ việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt hàng ngày và trong một số ngành công nghiệp.

1.1.3.3 Thông số vi sinh vật học

Nước thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh có khả năng lây nhiễm cho con người, vì chúng cần vật chủ để phát triển và sinh sản Một số vi sinh vật này, như vi khuẩn, virus và giun sán, có thể tồn tại lâu trong nước, tạo ra nguy cơ tiềm ẩn cho sức khỏe cộng đồng.

Vi khuẩn gây bệnh trong nước có thể dẫn đến các bệnh đường ruột nghiêm trọng, chẳng hạn như dịch tả do vi khuẩn Vibrio comma và bệnh thương hàn do vi khuẩn Salmonella typhosa.

Virus có trong nước thải có khả năng gây ra các bệnh liên quan đến rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám và viêm gan Việc khử trùng nước thải thông qua các quá trình xử lý khác nhau thường có thể tiêu diệt virus hiệu quả.

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Phương pháp xử lý cơ học

- Song chắn rác là một hay nhiều lớp thanh đan xen kẽ với nhau (còn gọi là mắc song) đặt ngang đường dẫn nước thải

- Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 600 – 900 theo hướng dòng chảy ngăn giữ rác bần thô gồm giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ,

- Bảo vệ bơm, van, đường ống, cánh khuấy,

- Đặt trước bơm, hoặc bể lắng cát lắng 1

Có thể phân loại song chắn rác theo các hình thức sau:

- Theo kích thước khe hở của song chắn rác, có 3 loại kích cỡ: loại thô lớn (30 –

200 mm), loại trung bình (16 – 30 mm), loại nhỏ (dưới 16 mm)

- Theo cấu tạo song chắn rác: loại cố định, di động

- Theo phương thức lấy rác: loại thủ công và cơ khí

Hình 1.1 Song chắn rác Ưu điểm:

- Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt

- Giữ lại tất cả các tập vật lớn

- Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn

- Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian

- Phải xử lý rác thứ cấp

Hầu hết các công trình xử lý nước thải bằng biện pháp xử lý cơ học đều có song chắn rác

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Vận tốc dòng chảy qua song chắn tối ƣu: 0,6 m/s

- Độ dốc so với phương thẳng đứng

- Cần xáo trộn và thổi khí cho toàn bộ khối thể tích để tránh cặn lắng

- Bể lắng cát nên đặt trước bể điều hòa để hạn chế cặn nặng lắng xuống đáy

 giảm nhu cầu năng lƣợng khuấy

- Nhu cầu khuấy trộn cho nước thải sinh hoạt có SS khoảng 200 mg/l = 4 – 8 W/m 3

- Thổi khí nhằm tránh nước thải lên men kị khí và gây mùi Để tạo điều kiện hiếu khí, tốc độ thổi khí là 10 – 15 m 3 khí/phút.m 3

- Việc thổi khí có thể thay bằng khuấy trộn nếu phía sau có bể lắng 1 (HRT khoảng 2 giờ) và bể sinh học

Hình 1.2 Bể điều hòa Ưu điểm:

- Xử lý sinh học đƣợc nâng cao, giảm nhẹ quá tải, pha loãng các chất gây ức chế sinh học và pH đƣợc ổn định

- Chất lƣợng đầu ra và hiệu quả nén bùn của bể lắng đợt 2 đƣợc cải thiện do bông cặn đặc chắc hơn

- Diện tích bề mặt lọc giản, hiệu quả lọc đƣợc nâng cao, và hơn nữa chu kỳ rửa lọc đồng đều hơn do tải lƣợng thủy lực thấp hơn

Trong xử lý hóa học, việc ổn định tải lượng là yếu tố quan trọng giúp dễ dàng kiểm soát giai đoạn chuẩn bị và cho thêm hóa chất, từ đó nâng cao độ tin cậy của toàn bộ quá trình.

- Diện tích mặt bằng hoặc chỗ xây dựng cần phải tương đối lớn

- Bể điều hòa ở những chỗ gần khu dân cƣ cần đƣợc che kín để hạn chế

- Đòi hỏi phải khuấy trộn và bảo dƣỡng

- Chi phí đầu tƣ cao

Có ở tất cả các công trình lớn trên 1000 m 3 /ngày

Để đảm bảo quá trình lắng diễn ra hiệu quả khi nồng độ chất lơ lửng (SS) dưới 250 – 400 mg/l, cần thực hiện khuấy trộn thường xuyên nhằm ngăn ngừa sự lắng đọng cặn Đồng thời, việc thổi khí cũng rất quan trọng để tránh hình thành mùi khó chịu trong quá trình xử lý.

- Đặt sau lắng 1 và trước xử lý sinh học khi SS cao > 400 mg/l Ít gây ra sự tích lũy ván nổi và cặn lắng

Tách cặn bằng trọng lực, nước thải sẽ được lưu ở bể một thời gian nhất định, dựa vào trọng lực các hạt cặn sẽ lắng xuống đáy bể

Mục tiêu: Khử SS trong nước thải

Hình 1.3 Bể lắng đứng Ưu điểm:

- Thuận tiện trong công tác xả thải, ít diện tích xây dựng

- Chiều cao xây dựng lớn, làm tăng giá thành xây dựng, số lƣợng bể nhiều, hiệu suất thấp

Phạm vi áp dụng: Áp dụng hầu hết cho các công trình, thường đứng sau các bể phản ứng sinh học, hóa lý

Nước được phân phối vào bể qua máng ngang, sử dụng đập tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể Ở cuối bể, cũng có một máng tương tự để thu nước, với tấm chắn nửa chìm nửa nổi cao hơn mực nước từ 0,15 đến 0,2 m và không sâu quá 0,25 đến 0,5 m, giúp thu và xả chất nổi Để đảm bảo hiệu quả, một máng đặc biệt được đặt ngay sát tấm chắn.

- Tấm chắn ở đầu bể đặt cách thành cửa vào khoảng 0,5 – 1 m và không nông hơn 0,2 m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ chiều rộng của bể

- Đáy bể làm dốc i = 0,01 để thuận tiện cho việc thu gom cặn Độ dốc của hố thu cặn không nhỏ hơn 45 0

Hình 1.4 Bể lắng ngang Ưu điểm:

- Dễ thiết kế, xây dựng và vận hành

- Áp dụng cho lưu lượng lớn

- Chiếm mặt bằng và chi phí xây dựng cao

Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho lưu lượng lớn (> 15.000 m 3 /ngày.đêm)

Nước chuyển động từ tâm ra xung quanh theo phương gần như bể ngang

Hình 1.5 Bể lắng li tâm Ưu điểm:

- Ứng dụng xử lý nước thải có hàm lượng cặn khác nhau

- Tỉ trọng cặn nhỏ cũng có thể lắng đƣợc

- Vận hành đòi hỏi kinh nghiệm

- Chi phí vận hành cao

Cho nước thải có hàm lượng chất lơ lửng cao

Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lắng:

+ Dòng xoáy: hình thành do dòng chảy vào phân bố không đều

+ Dòng bề mặt: do ảnh hưởng của gió lên bề mặt nước

+ Dòng đối lưu: do nhiệt

+ Dòng phân tầng: do dòng nóng phía trên và dòng lạnh phía dưới

+ Do cách sắp đặt vào ra không hợp lý

- Hình thành vòng chảy cụt

+ Thay đổi HRT (thời gian lưu nước)

+ Nhận biết bằng cách thêm chất nhuộm, điện phân hoặc chất tạo vết

+ Do thu nước không đều  điều chỉnh máng răng cưa, tăng cường chiều dài máng thu nước.

Phương pháp xử lý hóa lý

1.2.2.1 Phương pháp keo tụ – tạo bông

- Hóa chất keo tụ được khuấy trộn đều vào nước thô có chứa cặn lắng chậm hoặc không lắng dƣợc, một số thành phần ô nhiễm hòa tan

- Các hạt keo kết tụ các thành phần đó lại với nhau hình thành các bông cặn lớn hơn và được tách ra khỏi nước bằng lắng trọng lực

Hình 1.6 Bể keo tụ – tạo bông Ưu điểm:

- Tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan có kích thước rất nhỏ, các chất độc hại đối với vi sinh vật

- Khử được độ màu của nước

Hiệu quả của quá trình keo tụ nước thải chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó việc theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ cũng như pH của nước thải là rất quan trọng.

- Tạo ra lƣợng bùn nhiều, tốn chi phí cho việc xử lý bùn cặn

Thường được áp dụng để khử màu, giảm độ đục, cặn lơ lửng, các chất độc hại và vi sinh vật

pH đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến độ hòa tan của hóa chất keo tụ và điện tích của các hạt keo Sự thay đổi pH liên quan chặt chẽ đến hàm lượng ion H+ và dạng tồn tại của chất hữu cơ trong nước.

- Độ kiềm: Có ý nghĩa quan trọng với việc trung hòa lƣợng H + do sự thủy phân tạo ra

- Nhiệt độ: Ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ

- Liều lƣợng hóa chất: Cần tính toán lƣợng phèn tối ƣu

- Tốc độ khuấy trộn: Ảnh hưởng đến sự phân bố chất keo tụ, tránh làm phá vỡ những bông phèn đã hình thành

Quá trình tuyển nổi diễn ra bằng cách sục các bọt khí nhỏ, thường là không khí, vào pha lỏng Các bọt khí này kết dính với các hạt, và khi lực nổi của chúng đủ lớn, hạt sẽ nổi lên bề mặt Sau đó, các hạt này tập hợp lại thành lớp bọt chứa hàm lượng hạt cao hơn so với chất lỏng ban đầu.

Khi hàm lượng hạt rắn cao, lượng không khí tiêu tốn sẽ giảm do tăng xác suất va chạm và kết dính giữa các hạt Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí là rất quan trọng; bọt khí cần có độ bền nhất định để không bị phá vỡ, nếu bọt tan quá sớm, các hạt sẽ chìm xuống và quá trình tuyển nổi sẽ không diễn ra Để ổn định bọt khí, người ta thường bổ sung các chất tạo bọt như phenol, natri alkylSilicat vào nước Một số chất trợ tuyển nổi có khả năng vừa ổn định bọt, vừa tăng tính kỵ nước của hạt, trong đó Poliacrylamid là một ví dụ điển hình.

Hình 1.7 Sơ đồ tuyển nổi Ưu điểm:

Có khả năng loại bỏ hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ trong thời gian ngắn Khi các hạt này nổi lên bề mặt, chúng có thể dễ dàng được thu gom bằng bộ phận vớt bọt.

- Quá trình đƣợc thực hiện liên tục và có phạm vi ứng dụng rộng rãi

- Tốc độ của quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng và có khả năng cho bùn cặn có độ ẩm thấp hơn

- Vốn đầu tƣ và chi phí vận hành không lớn

Các lỗ mao quản thường bị bẩn và tắc, gây khó khăn trong việc lựa chọn vật liệu có kích thước mao quản khác nhau Điều này ảnh hưởng đến khả năng tạo ra các bọt khí có kích thước đồng đều.

- Không giải quyết được vấn đề độ màu cho nước thải

Phương pháp tuyển nổi thường dùng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hay lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng

Quá trình tuyển nổi chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thành phần vật chất, đặc điểm xâm nhiễm, tính chất khoáng vật, độ hạt của pha rắn, mật độ và nhiệt độ của bùn, cũng như thành phần nước, chế độ tuyến và cấu tạo máy tuyển nổi Để đảm bảo hiệu quả, giá trị tối ưu của từng yếu tố cần được xác lập và duy trì liên tục Sự thay đổi hoặc mất mát của bất kỳ yếu tố nào trong số này có thể gây ra ảnh hưởng lớn đến quá trình tuyển nổi.

Phương pháp xử lý hóa học

- Phương pháp dùng các phản ứng hóa học để chuyển các chất ô nhiễm thành các chất ít ô nhiễm hơn, chất ít ô nhiễm thành các chất không ô nhiễm

Quá trình trung hòa nước thải là cần thiết để đưa pH của nước thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm về mức trung tính từ 6,5 đến 8,5 Phương pháp trung hòa có thể thực hiện thông qua việc trộn lẫn nước thải axit và kiềm, bổ sung tác nhân hóa học, hoặc lọc qua vật liệu có khả năng trung hòa Nước thải từ các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp hóa chất, thường chứa axit hoặc bazơ, gây mòn vật liệu và làm gián đoạn các quá trình sinh hóa trong hệ thống xử lý Do đó, việc thực hiện quá trình trung hòa là rất quan trọng để bảo vệ môi trường và duy trì hiệu quả của các công trình xử lý nước thải.

Hình 1.8 Trung hòa nước thải có tính axit Ưu điểm:

- Độ hòa tan CO 2 kém nên mức độ nguy hiểm do oxy hóa quá mức các dung dịch đƣợc trung hòa cũng giảm xuống

- Tác động ăn mòn và độc hại nhỏ hơn ion khác

- Giảm chi phí cho quá trình trung hòa

- Nguy hiểm nếu người vận hành không có chuyên môn

- Người ta sử dụng phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong hệ thống nước khép kín

Xử lý sơ bộ nước thải trước khi tiến hành xử lý sinh học là một bước quan trọng, giúp loại bỏ các chất rắn lơ lửng và tạp chất lớn Phương pháp này không chỉ nâng cao hiệu quả của quá trình xử lý sinh học mà còn đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi thải vào nguồn tiếp nhận.

- Khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước, khử màu

- pH: sự dao động pH làm giảm hiệu quả xử lý

- Nồng độ các chất ô nhiễm: ảnh hưởng đến hiệu suất và liều lượng hóa chất

- Ảnh hưởng của các phản ứng tỏa nhiệt, tạo các cặn và muối hòa tan

- Tốc độ hòa tan hóa chất vào nước, tốc độ khuấy trộn

Quá trình tách các chất ô nhiễm độc hại thành chất ít độc và loại bỏ chúng khỏi nước có tốc độ xử lý cao, mặc dù tiêu tốn nhiều hóa chất Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả trong việc giảm thiểu ô nhiễm nước.

- Đơn giản khi vận hành

- Nguy hiểm nếu người vận hành không có chuyên môn

Phương pháp này đòi hỏi chi phí hóa chất cao, do đó chỉ được áp dụng khi các chất ô nhiễm không thể được loại bỏ bằng các phương pháp khác Ví dụ điển hình cho trường hợp này là xử lý xianua và các hợp chất tan của Asen.

- Tốc độ hòa tan hóa chất vào nước, tốc độ khuấy trộn

1.2.3.3 Phương pháp điện hóa học

- Nhằm phá hủy các tạp chất độc hại ở trong nước bằng cách oxy hóa điện hóa trên cực anot hoặc dùng để phục hồi các chất quý

Điện phân bao gồm hai quá trình chính: oxy hóa tại anot và khử tại catot Phương pháp điện hóa rất hiệu quả cho việc xử lý nước thải có lưu lượng nhỏ, đặc biệt khi ô nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ nồng độ cao Ưu điểm của phương pháp này là khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm.

- Không cần pha loãng sơ bộ nước thải

- Không cần tăng thành phần muối của chúng

- Có thể tận dụng lại các sản phẩm quý chứa trong nước thải

- Diện tích xử lý nhỏ

- Phải tẩy sạch bề mặt điện cực khỏi các tạp chất

- Người ta sử dụng phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong hệ thống nước khép kín

Xử lý sơ bộ nước thải trước hoặc sau công đoạn xử lý sinh học là phương pháp quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường.

- Khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước

- Tốc độ hòa tan hóa chất vào nước, tốc độ khuấy trộn.

Phương pháp xử lý sinh học

Xử lý sinh học là phương pháp chính trong việc xử lý nước thải, dựa trên khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật Những vi sinh vật này sử dụng chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng, tạo ra năng lượng để phát triển và sinh sản Phương pháp này có khả năng xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học trong nước thải.

Quá trình sinh học gồm các bước:

1 Chuyển các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và các vỏ tế bào vi sinh

2 Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải

3 Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng trọng lực

Các phương pháp xử lý sinh học là: Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và phương pháp xử lý sinh học yếm khí

1.2.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

Quá trình xử lý nước thải hiếu khí có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Tuy nhiên, hiệu suất xử lý trong điều kiện tự nhiên thường thấp hơn và diễn ra chậm hơn so với khi thực hiện trong môi trường nhân tạo.

Phương pháp này thường áp dụng với những loại chất thải có hàm lượng COD 500 – 2000 mg/l

Nguyên tắc xử lý dựa trên khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí Để nâng cao hiệu suất xử lý trong điều kiện nhân tạo, cần bổ sung liên tục oxy và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 – 40 độ C.

Có nhiều phương pháp xử lý hiếu khí như: bể Aerotank, lọc sinh học, mương oxy hóa,…

Các yếu tố ảnh hưởng

Độ oxy hòa tan (DO) đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý hiếu khí, yêu cầu cung cấp đủ oxy cho vi sinh vật để thực hiện quá trình oxy hóa Mức DO tối ưu nằm trong khoảng 2 – 4 mg/l Nhu cầu oxy còn phụ thuộc vào tính chất của các chất ô nhiễm, được thể hiện qua hệ số oxy hóa (k oxh) của từng loại chất, cụ thể là k COD = 0,68; k BOD = 1,45; k Nhữucơ = 4,57.

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của vi sinh vật, với mỗi loại vi sinh vật thích nghi ở một dải nhiệt độ nhất định Đối với quá trình xử lý nước thải hiếu khí, nhiệt độ lý tưởng nằm trong khoảng từ 16 đến 37 độ C, với nhiệt độ tối ưu là từ 20 đến 30 độ C.

pH có vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ enzim oxi hóa khử, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình oxy hóa Đối với nước thải xử lý sinh học hiếu khí, pH lý tưởng nằm trong khoảng 5 – 9, với giá trị tối ưu là pH = 7 – 8.

Dinh dưỡng có ảnh hưởng lớn đến vi sinh vật trong xử lý nước thải, khi chúng sử dụng các chất ô nhiễm như nguồn dinh dưỡng và năng lượng cho quá trình trao đổi chất Tỷ lệ C:N:P lý tưởng trong xử lý hiếu khí là 100:5:1 Nếu tỷ lệ C:N thấp hơn 20:1, sẽ dẫn đến tình trạng thừa nitơ, khiến vi sinh vật phát triển quá mức, tạo ra bùn màu trắng Ngược lại, nếu C:N cao hơn 20:1, vi khuẩn sẽ thiếu nitơ, dẫn đến chết và cản trở quá trình phân hủy các chất hữu cơ, gây khó khăn trong việc lắng bùn hoạt tính.

- Ảnh hưởng của tỷ lệ F/M: ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý Nếu F/M > 1 là dư thừa chất dinh dưỡng, F/M Số thanh của song chắn rác: N = n – 1 = 10 – 1 = 9 thanh Trong đó:

+ Q max : lưu lượng lớn nhất của nước thải, với Q max = 0,0057 m 3 /s

+ v: tốc độ nước chảy qua song chắn rác, (v = 0,8 – 1 m/s), chọn v = 0,8 m/s (6.12/[5])

+ l: khoảng cách giữa các khe hở, (l = 15 – 20 mm) Chọn l = 16 mm = 0,016 m (6.11/[5])

+ h 1 : chiều sâu lớp nước ở song chắn rác, với h 1 = 0,047 m

+ K là hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống rác Chọn K

− Chiều rộng của song chắn rác: (Mục b/118/ [2])

+ s: bề dày của thanh song chắn, chọn s = 0,008 m

+ l: khoảng cách giữa các khe hở, với l = 0,016 m

Kiểm tra sự lắng cặn tại phần mở rộng trước song chắn rác là rất quan trọng, đảm bảo rằng vận tốc nước thải V kt không được nhỏ hơn 0,4 m/s Điều này được nêu rõ trong giáo trình Xử lý nước thải của PGS.TS Hoàng Huệ.

V kt = 0,5 m/s > 0,4 m/s  thỏa mãn điều kiện lắng cặn

− Tổn thất áp lực ở song chắn rác: (Mục b/118/ [2]) h s = 0,08 m = 80 mm Trong đó:

+ : hệ số cản cục bộ của song chắn rác đƣợc xác định theo công thức:

: hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn và lấy theo bảng 3.7/

[2] Chọn hình dạng tiết diện song chắn rác là hình chữ nhật khi đó = 2,42

: góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy, = 60 0 – 90 0 , chọn = 60 0

+ s: bề dày của thanh song chắn, với s = 0,008 m

+ l: khoảng cách giữa các khe hở, với l = 0,016 m

+ v: vận tốc của nước thải trước song chắn, với v = 0,8 m/s

+ K 1 : hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn (K 1 = 2 –

− Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: (Mục b/118/ [2])

+ B s : chiều rộng của song chắn rác, với B s = 0,24 m

+ B m : chiều rộng của mương dẫn, với B m = 0,15 m

+ : góc nghiêng chỗ mở rộng Chọn = 20 0

− Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: (Mục b/119/ [2])

− Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn rác: (Mục b/119/ [2])

+ L 1 : chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn rác, với L 1 = 0,12 m

+ L 2 : chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác, với L 2 = 0,06 m

+ L s : chiều dài phần mương đặt song chắn rác, chọn L s = 1,5 m

− Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn: (Mục b/119/ [2])

+ h 1 : độ đầy của nước trong mương dẫn, với h 1 = 0,047 m

+ h s : tổn thất áp lực ở song chắn rác, với h s = 0,08 m

+ h bv : chiều cao bảo vệ, với h bv = 0,5 m

Bảng 4.2 Các thông số thiết kế của song chắn rác

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

2 Chiều rộng song chắn rác B s mm 240

3 Bề dày của thanh song chắn S mm 8

4 Khoảng cách của các khe hở l mm 16

5 Góc nghiêng song chắn A độ 60

6 Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn L 1 mm 120

7 Chiều dài phần mở rộng sau thanh chắn L 2 mm 60

8 Chiều dài xây dựng phần mương L mm 1680

9 Tổn thất áp lực của song chắn rác H s mm 80

10 Chiều sâu xây dựng phần mương H mm 700

 Tính kích thước hố thu gom

Thời gian lưu nước t = 15 – 30 phút Chọn t = 15 phút (Mục 9.4.2/415/[2])

Vậy thể tích hố thu gom là:

− Chiều cao xây dựng hố thu gom: H = h + h bv = 1,5 + 0,5 = 2 m

Chiều cao hữu ích của hố thu gom: h = 1,5 m; Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 m

− Diện tích bề mặt hố thu gom:

Vậy thể tích thực của hố thu gom: Wt = L × B × H = 2 × 1,75 × 2 = 7 m 3

 Tính toán đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể

− Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể:

√ = 0,09 m Chọn ống nhựa PVC cú D = ỉ 90 mm

+ v: Vận tốc nước chảy trong ống, (v = 0,7 – 1,5 m/s), chọn v = 1 m/s

− Kiểm ta lại vận tốc: v =

 Tính toán bơm nước thải

− Công suất bơm: (CT II.189/439/[7])

+ : Hiệu suất chung của bơm (0,72 – 0,93), chọn = 0,8

+ : Lưu lượng nước thải lớn nhất, = 20,75 m 3 /h

+ : Khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m 3

+ H: Chiều cao cột áp, chọn H = 10 m

− Công suất thực tế của máy bơm:

N tt = N = 0,71 2 = 1,42 KW = 1,9 HP Trong đó:

+ : Hệ số an toàn với:

Chọn 2 máy bơm chìm nước thải Tsurumi 100B42.2 (2 bơm hoạt động luân phiên) công suất 2,2 KW xuất xứ Nhật Bản

Bảng 4.3 Bảng thông số thiết kế của hố thu gom STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

4 Thời gian lưu nước trong bể t phút 15

5 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể D mm 90

 Kích thước bể điều hòa

+ Q max h : Lưu lượng nước thải lớn nhất, với Q max h = 20,75 m 3 /h

+ t: Thời gian lưu của nước thải trong bể điều hòa, (t = 4 – 12 h) (385/[2]) Chọn t = 4 h

− Chiều cao xây dựng của bể:

+ h: Chiều cao hữu ích của bể, h = 3 m

+ h bv : Chiều cao bảo vệ, h bv = 0,3 – 0,5 m Chọn h bv = 0,5 m

− Diện tích của bể điều hòa:

F = B × L = = 27,7 m 2 Chọn B = 4 m, L = 7 m Vậy thể tích thực của bể: Wt = L × B × H = 7 × 4 × 3,5 = 98 m 3

 Tính toán hệ thống đĩa, ống phân phối khí

Bảng 4.4 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa

Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị

Khuấy trộn cơ khí 4 – 8 W/m 3 thể tích bể

Tốc độ khí nén 10 – 15 lít/m 3 phút (m 3 thể tích bể)

 Chọn khuấy trộn bể điều hoà bằng khí nén chọn R = 15 l/m 3 phút

− Lƣợng khí nén cần thiết cho thiết bị khuấy trộn:

+ R: Tốc độ khí nén, (10 – 15 l/m 3 phút), chọn R = 15 l/m 3 phút = 0,015 m 3 /m 3 phút

+ W t : Thể tích thực của bể điều hoà, W t = 98 m 3

Chọn đĩa thổi khí Jaeger HD 270, xuất xứ Đức, với đường kính 270/218 mm, cho lưu lượng khí phân phối từ 2 đến 6 m³/h Đĩa được làm từ vật liệu màng EPDM F053, có khả năng hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 80 độ C.

− Số đĩa khuếch tán khí: n = = 29,4 đĩa Chọn n = 30 đĩa

+ Q khí : Lƣợng khí nén cần thiết cho thiết bị khuấy trộn, Q khí = 88,2 m 3 /h + r: Lưu lượng khí, r = 2 – 6 m 3 /h, chọn r = 3 m 3 /h

Bố trí 5 ống nhánh phân phối khí dọc theo chiều dài bể, mỗi ống cách nhau 0,75 m và cách 2 mép tường 0,5 m

Trên mỗi ống bố trí 30/5 = 6 đĩa, mỗi đĩa cách nhau 1,2 m, đặt cách mép tường 0,5 m

Trụ đỡ: Đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một

 Tính toán đường ống dẫn khí

− Đường kính ống dẫn khí chính:

+ v khí : Vận tốc khí trong ống dẫn khí đƣợc duy trì trong khoảng 10 – 15 m/s, chọn v khí = 12 m/s (485/[2])

Kiểm tra lại vận tốc ống chính: v khí =

− Lưu lượng khí vào mỗi ống nhánh là: q = = 0,004 m 3 /s

− Đường kính ống dẫn khí nhánh:

Kiểm tra lại vận tốc ống nhánh: v n =

 Tính toán máy nén khí

− Áp lực cần thiết của máy nén khí:

+ h d : Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài trên đường ống dẫn

+ h c : Tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh h d + h c 0,4 m, chọn h d + h c = 0,4 m

+ h f : Tổn thất qua hệ thống phân phối khí, h f 0,5 m, chọn h f = 0,5 m

+ H: Độ ngập sâu nước của ống phân phối khí lấy bằng chiều cao hữu ích của bể điều hòa, H = 3 m

− Áp lực không khí sẽ là:

− Công suất máy thổi khí:

+ Q khí : Lưu lượng không khí, Q khí = 0,02 m 3 /s

+ η: Hiệu suất máy nén khí, (η = 0,7 – 0,9), chọn η = 0,8

− Công suất thực tế của máy thổi khí:

N tt = N = 2 × 0,83 = 1,66 KW = 2,23 HP Trong đó:

Chọn 2 máy thổi khí model ARH80S1 có Q = 3,7 m 3 /phút, N = 2,1 KW của hãng Shinmaywa – Nhật Bản (2 máy hoạt động luân phiên nhau)

− Kiểm ta lại vận tốc: v =

 Tính toán bơm nước thải

− Công suất bơm: (CT II.189/439/[7])

+ : Lưu lượng nước thải lớn nhất, = 20,75 m 3 /h

+ : Khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m 3

Bảng 4.5 Các thông số thiết kế của bể điều hòa STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

4 Thời gian lưu nước trong bể t giờ 4

5 Số đĩa khuếch tán khí n đĩa 30

6 Đường kính ống dẫn khí chính D c mm 50

7 Đường kính ống dẫn khí nhánh D n mm 20

− Các thông số đầu vào:

+ Lưu lượng nước thải đầu vào: Q = 200 m 3 /ngày

− Thông số dòng ra của bể Aerotank (sau bể lắng đứng):

− Ta chọn các thông số thiết kế bể Aerotank nhƣ sau:

Bảng 4.6 Các thông số tính toán bể Aerotank [2]

Hàm lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong bể

X = MLVSS = 3.000 mg/l (MLVSS chọn bằng 1.500 – 3.500 mg/l)

Hàm lƣợng bùn tuần hoàn (X r ) X r = 8.000 mgVSS/l (hàm lƣợng bùn tuần hoàn thường là 8.000 – 12.000 mg/l)

Thời gian lưu bùn trung bình trong bể

Hàm lượng BOD 20 trong nước thải đầu ra

Hàm lƣợng vi sinh đầu vào X 0 = 0

Hệ số sản lƣợng (Y) Y = 0,6 mg bùn/mg BOD 5 bị tiêu thụ bởi vi sinh (Y thường từ 0,4

Hệ số phân hủy nội bào (K d ) K d = 0,06 ngày -1 (K d = 0,025 –

 Tính nồng độ BOD 5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra

− Phương trình cân bằng vật chất (tính theo SS):

BOD 5(SS) ở đầu ra (theo SS) = BOD 5(S) hòa tan đi ra từ bể Aerotank + BOD 5(ra) chứa trong lƣợng cặn lơ lửng ở đầu ra

+ BOD 5(SS) ở đầu ra (theo SS): 30,7 mg/l

+ BOD 5(S) hòa tan đi ra từ bể Aerotank là S mg/l

BOD 5(ra) được xác định dựa trên lượng cặn lơ lửng ở đầu ra, trong đó bao gồm lượng cặn có khả năng phân hủy sinh học.

SS ph = 0,65 × SS r = 0,65 × 44,2 = 28,7 mg/l Lƣợng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học:

BOD 20 = SS ph (mg/l) × 1,42 (mgO 2 /mg tế bào) = 28,7 × 1,42 = 40,8 mg/l Đồng thời, lƣợng oxy cần cung cấp này chính là giá trị của phản ứng Quá trình tính toán dựa theo phương trình phản ứng:

1 mg  1,42 mg Chuyển đổi từ giá trị BOD 20 sang BOD 5 :

BOD 5(ra) = BOD 20 × 0,68 = 40,8 × 0,68 = 27,7 mg/l BOD 5(SS) = BOD 5(S) + BOD 5(ra)

S = BOD 5(S) = BOD 5(SS) – BOD 5(ra) = 30,7 – 27,7 = 3 mg/l

− Hiệu suất xử lý của bể Aerotank theo BOD5 (theo SS) hòa tan:

− Hiệu quả xử lý tính theo BOD 5 tổng cộng:

Bảng 4.7 Thông số động học của hệ vi sinh dị dƣỡng và tự dƣỡng

Hằng số động học vi sinh dị dƣỡng tại 20 0 C

Y s = 0,6 gSKHH/gBOD k p,s = 0,06 ngày –1 k s = 5 ngày –1 K s = 60 mgBOD/l

Hằng số động học vi sinh tự dƣỡng tại 20 0 C

Y N = 0,15 gSKHH/gNH 4 + k p , N = 0,05 ngày –1 k N = 3 ngày –1 K N = 100,051T-1,148 = 0,74mg/l

Hằng số động học vi sinh tự dƣỡng tại 20 0 C

Y s = 0,6 gSKHH/gBOD k p,s = 0,05 ngày –1 k s = 3,2 ngày –1 K s = 39 mgBOD/L

Hằng số động học vi sinh dị dƣỡng tại 15 0 C

− Tính hằng số động học của vi sinh vật ở 25 0 C:

Vi sinh dị dƣỡng: k s (25 0 C) = k s (20 0 C) × 1,09 T – 20 = 5 × 1,09 25 – 20 = 7,7 ngày –1 k p,s (25 0 C) = k p,s (20 0 C) × 1,04 T – 20 = 0,06 × 1,04 25 – 20 = 0,07 ngày –1

− Tốc độ tăng trưởng cực đại của vi sinh Nitrosomonas: à m =

+ à max : Tốc độ tăng trưởng riờng cực đại, àmax = 0,47 ngày –1 (bảng 5.3/80/[9]) + DO: Lượng oxy hòa tan trong nước, DO = 2 mg/l

+ K DO : Hằng số bán bão hòa của DO, K DO = 1 mg/l

− Thời gian lưu tối thiểu cho quá trình oxy hóa (hiếu khí):

+ N 0 : nồng độ amoni hoặc TKN trong nước thải, N0 = 82 mg/l

− Thời gian lưu tế bào thiết kế:

+ A: Hệ số an toàn, (A = 1,2 – 2), chọn A = 2

− Thời gian lưu tế bào của cả hệ (hiếu khí + thiếu khí):

+ F là hệ số đặc trƣng do sự đóng góp của giai đoạn xử lý thiếu khí, (F = 1,4 –

2) Giả thiết thể tích bể thiếu khí chiếm 20 của thể tích phản ứng (Z)

− Nồng độ BOD tan sau khi xử lý:

− Nồng độ amoni sau xử lý với giả thiết là toàn bộ TKN của đầu vào đều có khả năng đƣợc oxy hóa thành nitrat:

− Nồng độ amoni do vi sinh dị dƣỡng tiêu thụ để tổng hợp tế bào, giả thiết là hàm lƣợng nitơ trong tế bào chiếm F N = 12%:

+ F N : Tỉ lệ hàm lƣợng nitơ trong sinh khối hữu hiệu, (F N = 5 – 12 ), chọn F N

− Nồng độ amoni cần oxy hóa thành nitrat:

− Thể tích bể xử lý hiếu khí đáp ứng oxy hóa amoni:

+ Y s = 0,6/0,75 = 0,8 do giá trị 0,6 tính theo sinh khối hữu hiệu

+ X L : hàm lƣợng chất rắn trơ, XL = 60 mg/l

 Xác định kích thước bể Aerotank

Bảng 4.8 Các thông số điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn

Thông số Đơn vị Giá trị

Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí m 0,45 – 0,75

Chọn chiều cao hữu ích của bể: h = 3 m

Chọn chiều cao bảo vệ của bể: h bv = 0,3 m

− Diện tích mặt bằng của bể Aerotank:

− Chiều dài của bể Aerotank:

− Thể tích thực của bể Aerotank:

 Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày

− Hệ số sản lƣợng quan sát:

+ Y: Hệ số sản lƣợng tế bào, chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD 5 (Y = 0,4 – 0,8 mg VSS/mg BOD 5 )

+ θ c : Thời gian lưu bùn, chọn θ c = 10 ngày (θ c = 5 – 15 ngày)

+ K d : Hệ số phân hủy nội bào, K d = 0,06 ngày -1 (K d = 0,025 – 0,075 ngày -1 )

− Lƣợng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: (149/[2])

− Tổng lƣợng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS:

− Lƣợng bùn dƣ thải ra mỗi ngày:

P xả = P x(SS) – P ra = P x(SS) – Q tb ngày × SS ra × 10 -3 (149/[2])

− Lƣợng bùn xả thải ra:

+ : Thời gian lưu bùn, = 10 ngày

+ X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể, X = 3000 mg/l

+ X ra : Nồng độ sinh khối đầu ra hệ thống, Xra = 0,8 × SS ra = 0,8 × 44,2 35,36 mg/l

+ Q ra : Lưu lượng nước ra, Q ra = 200 m 3 /ngày

 Xác định lưu lượng bùn tuần hoàn

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn từ bể lắng về bể Anoxic

− Lập cân bằng vật chất cho bể Aerotank:

+ Q: Lưu lượng nước thải của bể, Q = 200 m 3 /ngày

+ Q r : Lưu lượng bùn tuần hoàn hoạt tính

+ X 0 : Hàm lƣợng cặn lơ lửng đầu vào bể Aerotank

+ X r : Hàm lƣợng của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, X r = 8000 mg/l

+ X: Hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể Aerotank, X = 3000 mg/l

Giá trị của X 0 thường nhỏ hơn nhiều so với X và X r, vì vậy có thể loại bỏ đại lượng QX 0 trong phương trình cân bằng vật chất Do đó, phương trình cân bằng vật chất sẽ được đơn giản hóa như sau:

(Q + Q r ) × X = Q r X r (1) Chia 2 vế phương trình (1) cho Q và đặt tỉ số Qr/Q = ( được gọi là hệ số tuần hoàn), ta đƣợc:

− Lưu lượng bùn tuần hoàn:

− Thời gian lưu nước của bể Aerotank:

 Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể Aerotank:

= 0,7 kgBOD 5 /m 3 ngày Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số khi thiết kế bể (0,7 – 1,9 kgBOD 5 /m 3 ngày [2]

− Tỉ số khối lƣợng chất nền trên khối lƣợng bùn hoạt tính F/M:

= 0,27 ngày -1 (152/[2]) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số khi thiết kế bể (0,2 – 0,6 kg/kg.ngày) [2]

 Xác định lượng khí cấp cho bể Aerotank

− Lƣợng oxy thực tế cần sử dụng cho bể:

+ C S : Nồng độ bão hòa oxy trong nước sạch ở nhiệt độ làm việc, C S = 9,08 mg/l

+ C L : Lƣợng oxy hòa tan cần duy trì trong bể, C L = 1,5 mg/l

− Lƣợng không khí cần thiết:

+ f a : Hệ số an toàn, (f a = 1,5 – 2), chọn f a = 2

+ OC t : Lƣợng oxy thực tế cần sử dụng cho bể, OC t = 39,9 kgO 2 /ngày

Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối được tính bằng công thức OU = Ou × h, trong đó Ou là 7 gO2/m3 không khí và h là chiều sâu ngập nước, được chọn là 3 m Kết quả tính toán cho thấy OU đạt 21 gO2/m3 không khí.

 Tính toán thiết bị phân phối khí

Chọn đĩa phân phối khí Jaeger HD 270, đường kính 270/218mm Lưu lượng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí 2 – 6 m 3 /h, vật liệu màng EPDM F053, nhiệt độ hoạt động 0 – 80 0 C

Chọn lưu lượng thổi khí r = 3 m 3 /h = 50 l/phút

− Số đĩa phân phối trong bể: n =

Bố trí 6 ống nhánh phân phối khí dọc theo chiều dài bể, mỗi ống cách nhau 0,5 m và cách 2 mép tường 0,4 m

Trên mỗi ống bố trí 48/6 = 8 đĩa, mỗi đĩa cách nhau 0,5 m, đặt cách 2 mép tường

Trụ đỡ: Đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một

 Tính toán đường ống dẫn khí

− Đường kính ống dẫn khí chính:

+ Q kk : Lưu lượng không khí, Q kk = 0,04 m 3 /s

+ v khí : Vận tốc khí trong ống dẫn khí đƣợc duy trì trong khoảng 10 – 15 m/s, chọn v khí = 12 m/s (485/[2])

− Kiểm tra lại vận tốc ống chính: v khí =

− Lưu lượng khí vào mỗi ống nhánh là: q = = 0,006 m 3 /s

− Đường kính ống dẫn khí nhánh:

− Kiểm tra lại vận tốc ống nhánh: v n =

− Lưu lượng nước thải ra khỏi bể:

+ Q: Lưu lượng nước thải, Q = 200 m 3 /ngày

+ Q r : Lưu lượng bùn tuần hoàn, Q r = 120 m 3 /ngày

− Kiểm tra lại vận tốc: v =

 Tính toán đường ống dẫn nước tuần hoàn về bể Anoxic

− Tỉ số tuần hoàn nội bộ:

+ NO x : Lƣợng nitơ bị oxy hóa, NO x = 72,56 mg/l

+ N e : Nồng độ NO x trong nước thải đầu ra, N e = 17,4 mg/l

+ R: Tỉ số tuần hoàn bùn, R = = 0,6

− Lưu lượng nước tuần hoàn:

− Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

Chọn ống nhựa PVC cú D = ỉ 75 mm

+ v: Vận tốc bùn trong ống, (v = 1 – 2 m/s), chọn v = 1,2 m/s

 Tính toán máy thổi khí

− Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén đƣợc xác định theo công thức:

+ h d : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn

+ h c : Tổn thất áp lực cục bộ h d + h c  0,4 m, chọn h d + h c = 0,4 m + h f : Tổn thất qua thiết bị phân phối, h f  0,5 m, chọn h f = 0,5 m

+ h: Chiều cao hữu ích của bể , h = 3 m

− Công suất máy thổi khí:

+ P: Áp lực không khí, P = 1,38 at

+ Q kk : Lưu lượng không khí, Q kk = 0,04 m 3 /s

+ η: Hiệu suất máy thổi khí, (η = 0,7 – 0,8), chọn η = 0,8

− Công suất thực tế của máy thổi khí:

Chọn 2 máy thổi khí model ARH80S1 có Q = 3,7 m 3 /phút, N = 2,1 KW của hãng Shinmaywa – Nhật Bản (2 máy hoạt động luân phiên nhau)

 Tính toán bơm nước tuần hoàn

+ Q n : Lưu lượng bùn và nước tuần hoàn, Q n = 21,7 m 3 /h

+ : Khối lƣợng riêng của bùn, = 1053 kg/m 3

Bảng 4.9 Các thông số thiết kế của Aerotank

4 Thời gian lưu nước trong bể t giờ 5,3

5 Số đĩa phân phối khí n đĩa 48

6 Đường kính ống dẫn khí chính D c mm 63

7 Đường kính ống dẫn khí nhánh D n mm 25

9 Đường kính ống dẫn bùn – nước tuần hoàn D th mm 75

Hình 4.2 Sơ đồ xử lý Nitơ

− Nồng độ nitrat quay về bể thiếu khí từ các dòng hồi lưu: hỗn hợp bùn – nước và bùn:

+ Q 1 : Lưu lượng quay vòng của bùn, Q 1 = 120 m 3 /ngày

+ Q 2 : Lưu lượng quay vòng của hỗn hợp bùn nước

Lượng oxy tương ứng với nitrat từ quá trình quay vòng hỗn hợp bùn nước được xác định với giả thuyết nồng độ oxy hòa tan là 2 mg/l, trong khi nồng độ oxy từ quá trình quay bùn bị bỏ qua.

− Lượng nitrat từ dòng hồi lưu bùn – nước và bùn về bể xử lý thiếu khí:

− Lượng nitrat cần xử lý chính là tổng của lượng nitrat và oxy tương đương nitrat:

− Lƣợng bùn sinh ra cần thải đƣợc tính trên cơ sở vi sinh dị dƣỡng:

− Thể tích của bể xử lý thiếu khí Anoxic:

+ h: Chiều cao làm việc của bể, h = 3 m

+ h bv : Chiều cao bảo vệ của bể, hbv = 0,3 m

− Diện tích mặt bằng bể:

Chọn B = 4 m, L = 6 m Vậy thể tích thực của bể Anoxic: V t = L × B × H = 6 m × 4 m × 3,3 m

− Thời gian lưu nước của bể Anoxic: t =

+ : Độ nhớt động học của nước (N.s/m 2 ) Đối với nước ở 25 0 C cú à 0,8937 × 10 –3 (N.s/m 2 )

+ η: Hiệu suất thực của động cơ, η = 0,8

Sử dụng cánh khuấy tuabin bốn cánh nghiêng 45 độ hướng lên trên để bơm nước từ dưới lên Đường kính của cánh khuấy D bằng 0,5 lần chiều rộng của bể, trong khi chiều rộng của cánh khuấy là 0,2 lần đường kính cánh khuấy Chiều dài cánh khuấy đạt 0,25 lần đường kính cánh khuấy.

Chọn 1 motor giảm tốc mặt bích Sumitomo Cyclo 0,5HP 1/15 CNVM05-6095-15

− Đường kính ống dẫn nước thải ra khỏi bể:

Bảng 4.10 Các thông số thiết kế của Anoxic STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Bảng 4.11 Các thông số thiết kế bể lắng sinh học

Tải trọng bề mặt (m 3 /m 2 ngày)

(kg/m 2 h) Chiều sâu tổng cộng

Lớn nhất Bùn hoạt tính 16 – 32 40 – 48 3,9 – 5,8 9,7 3,7 – 6,0

Bùn hoạt tính có oxy 16 – 32 40 – 48 4,9 – 6,8 9,7 3,7 – 6,0 Aerotank tăng cường 8 – 16 24 – 32 0,98 – 4,9 6,8 3,7 – 6,0 Lọc sinh học 16 – 24 40 – 48 2,9 – 4,9 7,8 3,0 – 4,5

Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho loại bùn hoạt tính là L A = 25 m 3 /m 2 ngày và tải trọng chất rắn là L S = 4 kg/m 2 h

− Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bề mặt:

+ Q tb ngày : Lưu lượng trung bình ngày, Q tb ngày = 200 m 3 /ngày

+ L A : Tải trọng bề mặt, L A = 25 m 3 /m 2 ngày

− Diện tích bề mặt của bể lắng đứng theo tải trọng chắt rắn:

+ Q tb h : Lưu lượng trung bình giờ, Q tb h = 8,3 m 3 /h

+ L S : Tải trọng chất rắn là L S = 4 kg/m 2 h

+ MLSS: Nồng độ bùn hoạt tính, MLSS = 3000 mg/l

+ Q r : Lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn, Q r = 5 m 3 /h

Do A S > A L vậy diện tích bề mặt theo tải trọng chất rắn là diện tích tính toán

− Đường kính của bể lắng:

− Đường kính của ống trung tâm: d = 20% × D = 0,2 × 3,6 = 0,72 m

− Đường kính và chiều cao miệng loe của ống trung tâm: h ml = d 1 = 1,35 × d = 1,35 × 0,72 = 0,97 m

− Góc nghiêng giữa bề mặt hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17 0 Suy ra chiều cao tấm chắn: h chắn = × d 2 tan = × 1,3 × tan17 0 = 0,2 m

− Vận tốc nước qua khe hở giữa mép dưới của ống trung tâm và bề mặt tấm hắt ở bể lắng lấy vk = 15 mm/s = 54 m/h h k =

− Chiều cao của phần hình nón của bể lắng đứng: h n = h 2 + h 3 = ( ) ( ) = 1,8 m

+ h 2 : Chiều cao lớp nước trung hòa

+ h 3 : Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể

+ D: Đường kính của bể lắng, D = 3,6 m

+ d n : Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn d n = 0,6 m

+ : Góc nghiêng của đáy bể so với phương ngang, không lấy nhỏ hơn 50 0 (Điều 7.56 /[5]), chọn  = 50 0

+ t: Thời gian lắng sau công trình xử lý sinh học, chọn t = 1,5 h (bảng 7 – 14/[4])

− Chiều cao vùng lắng của bể: h ct =

Theo 7.56 TCXDVN 7957:2008 đối với bể lắng bùn hoạt tính, H không đƣợc nhỏ hơn 1,5 m

− Chiều dài ống trung tâm lấy bằng 60 chiều cao công tác:

− Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:

+ H ct : Chiều cao của vùng lắng, h ct = 2 m

+ h bv : Chiều cao từ mực nước đến thành bể, h bv = 0,5 m

 Tính toán máng thu nước

− Đường kính máng thu nước:

− Bề rộng máng thu nước:

− Chiều cao máng thu nước: h m = 0,35 m

− Diện tích mặt cắt ngang của máng:

− Chiều dài máng thu nước:

− Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng: a =

 Tính toán máng răng cưa

Thanh răng cưa được chế tạo từ inox 304 dày 2mm với chiều cao tấm là H rc = 400 mm Tấm răng cưa được lắp đặt sát vào máng thu nước và được cố định bằng các ticke rút inox có khe dịch chuyển, giúp điều chỉnh tấm răng cưa khi mực nước trong bể thay đổi.

+ Chiều cao một thanh răng cƣa: h rc = 50 mm

+ Chiều dài đoạn vát đỉnh răng cƣa: l rc = 50 mm

+ Khe dịch chỉnh: Cách nhau 300 mm, bề rộng khe 12 mm, chiều cao 100mm

 Tính toán đường ống dẫn bùn

+ Q r : Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn, Q r = 120 m 3 /ngày

+ Q w : Lưu lượng bùn dư, Q w = 2,9 m 3 /ngày

− Đường kính ống dẫn bùn:

D b = √ √ = 0,04 m Chọn ống nhựa PVC cú D = ỉ 40 mm

 Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn về bể Anoxic

− Lưu lượng bùn tuần hoàn:

− Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

 Tính toán máy bơm bùn tuần hoàn

+ Q bth : Lưu lượng bùn tuần hoàn, Q bth = 0,0014 m 3 /s

 Tính toán đường ống dẫn bùn dư

− Đường kính ống dẫn bùn dư:

+ Q bd : Lưu lượng bùn dư, Qbd = Q w = 2,9 m 3 /ngày = 0,12 m 3 /h

 Tính toán máy bơm bùn dư

+ Q w : Lưu lượng bùn dư, Q w = 2,9 m 3 /ngày

Chọn 2 máy bơm bùn EBRA model 100-DWO-150 công suất 1,5 KW

Bảng 4.12 Các thông số thiết kế của bể lắng đứng

1 Đường kính của bể D mm 3600

2 Đường kính ống trung tâm d mm 720

3 Đường kính miệng loe d 1 mm 970

4 Đường kính tấm hắt d 2 mm 1300

5 Chiều cao vùng lắng h ct mm 2000

6 Chiều cao phần hình nón h n mm 1800

7 Chiều dài ống trung tâm L ống mm 1200

8 Chiều cao tổng cộng H mm 4300

9 Đường kính máng thu nước D m mm 2900

10 Chiều rộng máng thu nước B m mm 350

11 Chiều dài máng thu nước L m mm 8200

12 Chiều cao của tấm răng cƣa H rc mm 400

13 Chiều cao một thanh răng cƣa h rc mm 50

14 Chiều dài đoạn vát đỉnh răng cƣa l rc mm 50

15 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể D r mm 50

16 Đường kính ống dẫn bùn D b mm 40

 Kích thước bể khử trùng

− Thể tích bể khử trùng:

+ Q tb h : Lưu lượng nước thải trung bình giờ, Q tb h = 8,3 m 3 /h

+ t: Thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30 phút = 0,5 h (Mục 7.195/79/ [5])

+ h: Chiều cao công tác của bể, h = 1,5 m

+ h bv : Chiều cao bảo vệ của bể, h bv = 0,5 m

Thể tích thực của bể khử trùng được tính bằng công thức Vt = L × B × H, với chiều dài L = 2 m, chiều rộng B = 1,4 m và chiều cao H = 2 m, cho kết quả Vt = 5,6 m³ Để tối ưu hóa sự tiếp xúc giữa hóa chất và nước thải, chúng ta sẽ xây dựng thêm 3 vách ngăn theo hướng ziczac trong bể Những vách ngăn này sẽ vuông góc với chiều dài bể và chạy dọc theo 2/3 chiều rộng bể, nhằm tạo ra thời gian tiếp xúc lớn hơn.

− Số vách ngăn trong bể: n = 3 vách ngăn

− Chiều dài vách ngăn lấy bằng 2/3 chiều rộng bể:

− Chiều dày (chiều rộng) của 1 vách ngăn:

− Chiều cao của 1 vách ngăn:

− Khoảng cách giữa các vách ngăn: l = 0,5 m

 Tính toán lượng hóa chất Clo

Với trạm xử lý có công suất không lớn (Q < 1500 m 3 /ngày) có thể dùng Clorua vôi để khử trùng

− Lượng Clo hoạt tính trung bình cần sử dụng để khử trùng nước thải:

− Lƣợng Clo tiêu thụ trong một ngày:

G = G tb × 24 = 0,025 × 24 = 0,6 kg/ngày Trong đó:

+ a: Liều lượng Clo hoạt tính đối với nước thải sau khi xử lý bùn hoạt tính, a = 3 g/m 3

+ Q tb h : Lưu lượng nước thải trung bình giờ, Qtb h

− Lượng nước tổng cộng cần thiết cho nhu cầu của trạm Clo:

+ q: Lưu lượng cần thiết để làm bốc hơi Clo, chọn q = 350 l/kg

+ : Lượng nước cần thiết để hòa tan 1gam Clo, phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thải, chọn = 1,24 với nhiệt độ của nước thải ở 30 0 C

Bảng 4.13 Các thông số thiết kế của bể khử trùng STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

− Thể tích bể chứa bùn:

+ Q bùn : Lưu lượng bùn dư, Q bùn = 2,9 m 3 /ngày

+ t: Thời gian lưu bùn trong bể, chọn t = 2 ngày

+ h: Chiều cao công tác của bể, h = 1,5 m

+ h bv : Chiều cao bảo vệ của bể, hbv = 0,5 m

= 1,2 m 2 Chọn B = 1 m, L = 1,2 m Vậy thể tích thực của bể khử trùng: V t = L × B × H = 1,2 m × 1 m × 2 m

Bể chứa bùn có thiết kế hình chữ nhật, với đáy nghiêng 5 độ so với mặt đất, giúp quá trình tháo bùn trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

Bảng 4.14 Các thông số thiết kế của bể chứa bùn STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

4 Thời gian lưu bùn trong bể t ngày 2

KHÁI TOÁN KINH PHÍ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Cho Công Ty TNHH POSCO SS VINA, Công Suất 200 M3/Ngày
Tác giả	Huỳnh Tố Như
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn
Trường học	Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường TP.HCM
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	TP.HCM

Định dạng
Số trang	136
Dung lượng	2,97 MB