ĐATN - TK hệ thống xử lý nươc thải sinh hoạt cho khu đô thị lavender city, vĩnh cửu, tỉnh đồng nai, công suất 1500 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 KHU ĐÔ THỊ LAVENDER CITY VÀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

TỔNG QUAN KHU ĐÔ THỊ LAVENDER CITY

Khu đô thị Lavender City tọa lạc trên đường DT768 (TL24) tại xã Thạnh Phú, huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai Đây là tuyến giao thông quan trọng, kết nối huyện Vĩnh Cửu với TP.Biên Hòa và tỉnh Bình Dương.

Khu đô thị Lavender City nằm ở vị trí:

- Phía Bắc giáp Khu dân cư và Trung tâm thương mại Thạnh Phú

- Phía Nam giáp dự án phố thương mại rộng 61 hecta

- Phía Đông giáp dự án phố thương mại rộng 70 hecta, khu phức hợp thể thao

- Phía Tây giáp đường DT768 và trường ĐH Lạc Hồng 10ha

Hình 1.1 Khu đô thị Lavender City trên bản đồ [22]

1.1.2 Quy mô của khu đô thị Lavender City

Khu đô thị thương mại Lavender City, với tổng diện tích 125 ha, được quy hoạch thành một khu phức hợp hiện đại bao gồm nhà phố và biệt thự, cùng với các tiện ích công cộng như trung tâm thương mại, khu thể thao đa năng và công viên, mang đến không gian sống lý tưởng cho cư dân.

Khu đô thị được thiết kế với hạ tầng hoàn chỉnh, bao gồm đường nội bộ rộng từ 12 - 28m và vỉa hè lót gạch rộng từ 3 - 4m Nơi đây có công viên lớn xanh mát, cùng với những thảm cỏ xen kẽ giữa các dãy biệt thự và công trình công cộng, tạo nên không gian sống trong lành Hàng cây được trồng dọc theo các tuyến đường nội bộ, mang lại bóng mát và vẻ đẹp tự nhiên cho khu vực.

Khu đô thị Lavender City nằm trong vùng có tiềm năng phát triển du lịch sinh thái, bao gồm các điểm đến hấp dẫn như Làng bưởi Tân Triều, chùa Bửu Phong và khu du lịch Bửu Long với cảnh quan núi cao và hồ rộng.

Hình 1.2 Quy mô khu đô thị Lavender City [22]

Huyện Vĩnh Cửu, nằm ở phía Tây Bắc tỉnh Đồng Nai, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của khu vực, đặc biệt trong các lĩnh vực quốc phòng, bảo vệ tài nguyên rừng, nguồn nước hồ Trị An và bảo vệ môi trường sinh thái Huyện có diện tích tự nhiên lên tới 109.570,62 ha, bao gồm 12 đơn vị hành chính cấp xã, trong đó thị trấn Vĩnh An là trung tâm hành chính Địa giới hành chính của huyện tiếp giáp với nhiều khu vực quan trọng.

- Phía Bắc giáp huyện Đồng Phú và huyện Bù Đăng của tỉnh Bình Phước;

- Phía Đông giáp huyện Tân Phú và huyện Định Quán;

- Phía Nam và Đông Nam giáp thành phố Biên Hòa và huyện Trảng Bom;

- Phía Tây giáp huyện Tân Uyên thuộc tỉnh Bình Dương

Vĩnh Cửu, cửa ngõ phía Tây Bắc của thành phố Biên Hòa, sở hữu nhiều tuyến giao thông quan trọng như Tỉnh lộ 761, 762, 767, 768 và cầu Thủ Biên, kết nối với đường Vành đai 4, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển hàng hóa với tỉnh Bình Dương Với hệ thống sông Đồng Nai và hồ Trị An phong phú cảnh quan, Vĩnh Cửu có tiềm năng phát triển công nghiệp, dịch vụ và du lịch Đây là một trong những khu vực thu hút đầu tư mạnh mẽ, hứa hẹn phát triển kinh tế với tốc độ cao, đóng góp quan trọng vào sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh và Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam.

1.1.3.2 Đặc điểm địa hình – thủy văn

Huyện Vĩnh Cửu có địa hình bằng phẳng, nằm ở độ cao khoảng 100m so với mực nước biển, với xu hướng thấp dần từ đông bắc xuống tây nam, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp chuyên canh Khu vực này có chế độ nước sông đơn giản, bao gồm một mùa lũ và một mùa cạn, với hệ thống sông Đồng Nai chảy ngang, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho sản xuất và xây dựng nhà máy thủy điện.

Huyện Vĩnh Cửu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, với hai mùa chính là mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa tại đây không ổn định, với khu vực Trị An ghi nhận lượng mưa lớn nhất, thường rơi vào tháng 8, đạt từ 2.000 đến 2.500mm.

1.1.4 Điều kiện kinh tế - xã hội

Huyện Vĩnh Cửu sở hữu lợi thế lớn trong phát triển nông - lâm - ngư nghiệp, với nhiều giải pháp ứng dụng khoa học - kỹ thuật tiên tiến nhằm nâng cao giá trị các ngành này và xây dựng thương hiệu trong sản xuất nông nghiệp Bên cạnh đó, huyện còn có khu công nghiệp tập trung Thạnh Phú và 6 cụm công nghiệp tại các xã Thạnh Phú, Thiện Tân, Tân An, góp phần thúc đẩy kinh tế địa phương.

NƯỚC THẢI SINH HOẠT CỦA KHU ĐÔ THỊ

1.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích như rửa xe, tưới cây, tẩy rửa và vệ sinh cá nhân Lượng nước thải này phụ thuộc vào số lượng người, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước trong tòa nhà Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt thường cao hơn ở các trung tâm đô thị so với vùng ngoại thành và nông thôn, dẫn đến sự khác biệt về lượng nước thải trên đầu người Tại các đô thị, nước thải thường được thoát ra qua hệ thống dẫn nước đến các sông rạch, trong khi ở vùng ngoại thành và nông thôn, nước thải thường tiêu thoát tự nhiên vào ao hồ hoặc qua biện pháp tự thấm do không có hệ thống thoát nước tập trung.

Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoat 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

Bảng 1.1 Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người [14]

Tải trọng chất bẩn (g/người.ngày đêm)

Các quốc gia đang phát triển gần gũi với Việt Nam

Chất rắn lơ lửng (SS) 70 ÷ 145 50 ÷ 55

Chất hoạt động bề mặt - 2,0 ÷ 2,5

1.2.2 Thành phần nước thải sinh hoạt

Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh (nước thải đen);

Nước thải sinh hoạt thường chứa các chất thải từ cặn bã nhà bếp và các chất tẩy rửa, bao gồm cả nước thải xám từ việc vệ sinh sàn nhà Thành phần chính của nước thải này bao gồm các chất hữu cơ như cacbonhydrate, protein và lipid, dễ bị vi sinh vật phân hủy Trong quá trình phân hủy, vi sinh vật cần oxy hòa tan trong nước để chuyển hóa các chất hữu cơ thành CO2.

Chỉ số BOD (Biochemical Oxygen Demand) là thước đo lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải Chỉ số này càng cao đồng nghĩa với việc lượng chất hữu cơ trong nước thải lớn, dẫn đến việc tiêu thụ oxy hòa tan nhiều hơn, từ đó cho thấy mức độ ô nhiễm của nước thải cũng tăng cao.

1.2.3 Tính chất nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các thành phần vô cơ, chiếm khoảng 80% lượng nước sử dụng hàng ngày Việc xử lý nước thải này là rất quan trọng do sự hiện diện của vi sinh vật và vi trùng gây bệnh, có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người Nồng độ các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt thường dao động trong một khoảng nhất định, đòi hỏi các biện pháp xử lý hiệu quả để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nồng độ chất rắn trong nước thải sinh hoạt dao động từ 150 đến 450 mg/l, trong đó có khoảng 20 đến 40% là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học Tại các khu dân cư đông đúc với điều kiện vệ sinh kém, việc không xử lý nước thải đúng cách trở thành một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Nước thải sinh hoạt thường chứa hàm lượng dinh dưỡng cao, đôi khi vượt quá nhu cầu phát triển của vi sinh vật trong các phương pháp xử lý sinh học Trong các hệ thống xử lý nước thải, tỷ lệ dinh dưỡng cần thiết trung bình được tính theo BOD5:N:P.

Trong quá trình xử lý nước thải, không cần thiết phải chuyển hóa hoàn toàn các chất hữu cơ bởi vi sinh vật, vì khoảng 20 – 40% BOD sẽ không được vi sinh vật chuyển hóa và sẽ được thải ra cùng với bùn lắng.

Bảng 1.2 Nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt [4]

Thông số Mức độ ô nhiễm

Tổng chất rắn hòa tan (TDS), mg/l 250 500 850

Chất rắn lơ lửng, mg/l 100 220 350

Bảng 1.3 Chất lượng nước thải sinh hoạt và giới hạn tiếp nhận [8]

STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN

14:2008/BTNMT cột A Trung bình Độ lệch chuẩn

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt được quy định trong QCVN 14:2008/BTNMT, trong khi QCVN 39:2011/BTNMT quy định về chất lượng nước dùng cho tưới tiêu Đối với nước thải công nghiệp, quy chuẩn kỹ thuật áp dụng là QCVN 40:2011/BTNMT.

1.2.4 Các thông số đặc trưng của nước thải

Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS)

Trong nước thải đô thị, khoảng 40-65% chất rắn tồn tại dưới dạng lơ lửng, có khả năng nổi lên hoặc lắng xuống, tạo ra bãi bùn không mong muốn khi xả thải vào sông Một số chất rắn lơ lửng lắng nhanh, trong khi các hạt keo lơ lửng lắng chậm hoặc không thể lắng Các chất rắn có khả năng lắng được loại bỏ qua quá trình lắng và thường được đo bằng đơn vị ml/l.

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là hydrosulfua (H2S), thường được mô tả với mùi trứng thối Ngoài H2S, các hợp chất như indol, skatol, cadaverin và mercaptan cũng được hình thành trong điều kiện yếm khí và có thể tạo ra những mùi khó chịu hơn.

Màu sắc của nước thải xuất phát từ các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm, hoặc sản phẩm phân hủy chất hữu cơ Độ màu thường được đo bằng đơn vị Platin – Coban (Pt – Co) và là một thông số định tính quan trọng, giúp đánh giá tình trạng chung của nước thải.

1.2.4.2 Thông số hóa học pH pH là chỉ tiêu đặc trưng cho tính axit hoặc tính bazo của nước được tính bằng nồng độ của ion hydro (pH = -lg[H + ]) pH là chỉ tiêu quan trọng nhất trong quá trình sinh hóa bởi tốc độ của quá trình này phụ thuộc đáng kể vào sự thay đổi của pH Các công trình xử lý sinh học nước thải thường hoạt động tốt khi pH = 6,5 – 8,5 Đối với nước thải sinh hoạt, pH thường dao động trong khoảng 6,9 – 7,8

Nhu cầu oxy hóa học (COD)

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là chỉ số đo lường lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ trong nước thải, bao gồm cả những chất hữu cơ không phân hủy sinh học COD được xác định thông qua phương pháp bicromat trong môi trường axit sunfuric, có sự hỗ trợ của chất xúc tác là sunfat bạc.

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)

Nhu cầu oxy sinh hóa (NOS hay BOD) là chỉ số quan trọng phản ánh mức độ ô nhiễm nước thải do các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học NOS được xác định dựa trên lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan, keo và một phần lơ lửng với sự tham gia của vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí, được đo bằng mgO2/l hoặc mg/l Trong thực tế, thông số NOS5 (BOD5) thường được sử dụng, phản ánh quá trình phân hủy trong 5 ngày ủ.

Nitơ và các hợp chất chứa Nitơ

Nitơ là yếu tố thiết yếu cho sự sống trên Trái Đất, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc protein và acid amin trong tế bào Các xác sinh vật và chất thải từ chúng chứa lượng lớn protein, được vi sinh vật phân hủy và chuyển hóa thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2-, NO3- Cuối cùng, nitơ có thể trở lại bầu khí quyển dưới dạng N2.

XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

Mục đích của phương pháp cơ học để XLNT là tách pha rắn (tạp chất phân tán thô) khỏi nước thải bằng các phương pháp lắng và lọc

- Để giữ các tạp chất không hòa tan lớn và một phần chất bẩn lơ lửng: dùng song chắn hoặc lưới lọc

- Để tách các chất rắn lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc bé hơn nước dùng bể lắng:

 Các chất lơ lửng có nguồn gốc khoáng (chủ yếu là cát) được lắng ở bể lắng cát

 Các hạt cặn đặc tính hữu cơ được tách ra ở bể lắng

 Các hạt cặn nhẹ hơn: dầu, mỡ, nhựa… được tách ở bể thu dầu, mỡ, nhựa (dùng cho nước thải công nghiệp)

Để loại bỏ chất thải từ các chất huyền phù và phân tán nhỏ, việc sử dụng lưới lọc, vải lọc hoặc lớp vật liệu lọc là cần thiết, đặc biệt trong xử lý nước thải công nghiệp.

Phương pháp xử lý cơ học có khả năng loại bỏ khoảng 60% tạp chất không tan trong nước thải sinh hoạt, nhưng BOD giảm không đáng kể Để nâng cao hiệu quả xử lý, việc làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng được áp dụng, giúp tăng hiệu suất xử lý của các công trình cơ học lên đến 75% và giảm BOD từ 10 đến 15%.

Một số công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:

Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon và vỏ cây trong nước thải, giúp đảm bảo sự hoạt động ổn định cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải.

Song chắn rác (SCR) có thể phân thành các nhóm sau:

- Theo kích thước của khe hở: SCR thô (30 – 200mm), SCR trung bình (16 – 30mm) và SCR nhỏ ( 7), cần bổ sung axit

Tuy nhiên, đối với mỗi loại nước thải sẽ có những cách trung hòa khác nhau, cụ thể:

- Đối với nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp sản xuất sẽ áp dụng trung hòa bằng cách trộn nước thải chứa axit với nước thải chứa kiềm

Đối với nước thải có nồng độ axit hoặc kiềm cao không thể trung hòa bằng phương pháp hòa trộn, cần bổ sung hóa chất Các hóa chất thường sử dụng bao gồm dung dịch bazơ như Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3 Những hóa chất này được bơm vào bể thông qua các thiết bị định lượng kiểu phao hoặc định mức với áp lực cố định.

Để xử lý nước thải chứa axit, chúng ta có thể sử dụng các lớp vật liệu trung hòa như đá vôi, magiezit, đá hoa cương và đôlômit Kích thước hạt của các vật liệu này nên nằm trong khoảng 3-8 cm để đảm bảo hiệu quả trung hòa tốt nhất.

2.2.2 Phương pháp keo tụ tạo bông

Quá trình lắng chỉ có thể tách các hạt rắn huyền phù, nhưng không hiệu quả với các chất ô nhiễm ở dạng keo và hòa tan do kích thước nhỏ của chúng Để tách các hạt rắn này hiệu quả, cần tăng kích thước của chúng thông qua sự tương tác giữa các hạt phân tán, giúp chúng liên kết thành tập hợp lớn hơn và tăng tốc độ lắng Quá trình trung hòa điện tích này được gọi là keo tụ, trong khi quá trình hình thành các bông cặn lớn từ các hạt nhỏ được gọi là tạo bông.

Quá trình keo tụ để khử màu, giảm hàm lượng các cặn lơ lửng trong nước thải Cơ chế của quá trình :

Giảm điện thế zeta đến mức mà lực hấp dẫn Van der Waals kết hợp với năng lượng khuấy trộn bổ sung sẽ giúp các hạt keo trung hòa điện, dẫn đến việc kết cụm và hình thành bông cặn.

- Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo

- Các bông cặn đã hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trên quỹ đạo lắng

Người ta thường dùng các hóa chất keo tụ như phèn nhôm [Al2(SO4)3].nH2O hay phèn sắt (FeCl3 hay [Fe2(SO4)3].nH2O), PAC (Poly Aluminium chloride),

Khi áp dụng phương pháp này, việc điều chỉnh pH là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng keo tụ Mỗi loại chất keo tụ sẽ có hiệu quả khác nhau tùy thuộc vào mức pH Đặc biệt, phèn sắt hoạt động hiệu quả nhất ở một mức pH nhất định.

= 10 cho hiệu quả cao nhất, phèn nhôm pH = 5 – 6 là tốt nhất

Fe 2+ + 2H2O  Fe(OH)2 + 2H + 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3

Quá trình keo tụ Fe 3+ với nước tạo ra Fe(OH)3 và ion H+ có thể được cải thiện bằng cách bổ sung các chất trợ keo tụ như polymer Việc này không chỉ tăng cường hiệu quả keo tụ mà còn nâng cao tốc độ lắng và độ nén của các bông keo.

Các yếu tố ảnh hưởng: pH, nhiệt độ, tốc độ lắng, liều lượng

Hình 2.7 Quá trình keo tụ tạo bông trong xử lý nước [20]

XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp xử lý sinh học sử dụng vi sinh vật (VSV) để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải, tận dụng các hợp chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng Trong quá trình này, VSV hấp thụ dinh dưỡng để xây dựng tế bào, dẫn đến sự gia tăng sinh khối Quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ VSV được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa, và có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí (có oxy) hoặc kỵ khí (không có oxy).

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí dựa vào quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ oxy hòa tan Khi oxy được cung cấp qua thiết bị hoặc cấu trúc công trình, đó là quá trình sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo Ngược lại, nếu oxy hòa tan nhờ các yếu tố tự nhiên, đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ thông qua sự lên men kỵ khí Đối với các hệ thống thoát nước quy mô vừa và nhỏ, thường áp dụng các công trình kết hợp giữa tách cặn lắng và phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng.

Phương pháp xử lý sinh học là giải pháp hiệu quả để làm sạch hoàn toàn nước thải chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ Phương pháp này thường được áp dụng sau khi đã loại bỏ các tạp chất thô, đặc biệt là trong trường hợp nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.

2.3.1 Bể Aerotank – Bể hiếu khí bùn hoạt tính

Bể Aerotank là một công trình xử lý nước thải được xây dựng bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, thường có hình dạng chữ nhật Công trình này sử dụng bùn hoạt tính để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước, góp phần cải thiện chất lượng nước.

Bùn hoạt tính là loại bùn xốp giàu vi sinh vật, có khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ trong nước thải Để duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và cung cấp đủ oxy cho quá trình oxy hóa, cần đảm bảo thông gió liên tục Số lượng bùn tuần hoàn và lượng không khí cần cấp phụ thuộc vào độ ẩm và yêu cầu xử lý nước thải Thời gian lưu nước trong bể Aerotank không nên vượt quá 12 giờ, thường được khuyến nghị là 8 giờ.

Bể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm nguyên lý làm việc với hai loại chính: bể thông thường và bể có ngăn phục hồi Ngoài ra, phân loại cũng dựa trên phương pháp làm thoáng, có thể sử dụng khí nén, máy khuấy cơ học hoặc các phương pháp kết hợp khác.

Cấu tạo của bể phải thoả mãn 3 điều kiện:

 Giữ được liều lượng bùn cao trong bể

 Cho phép vi sinh phát triển liên lục ở giai đoạn “bùn trẻ”

 Đảm bảo oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của bể

Nước thải sau khi qua bể lắng đợt 1 chứa các chất hữu cơ hòa tan và cặn lơ lửng sẽ được chuyển vào bể Aerotank Tại đây, bùn hoạt tính hình thành từ các phân tử cặn lơ lửng và vi khuẩn hiếu khí sinh sôi, cùng với các sinh vật như động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn, tạo thành các bông bùn màu nâu sẫm Những bông bùn này có khả năng hấp thụ chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ Vi khuẩn và sinh vật sống sử dụng BOD và các chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn, chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và tế bào mới thông qua các bước chuyển hóa liên tiếp.

Trong quá trình xử lý nước thải tại bể Aerotank, số lượng bùn hoạt tính sinh ra không đủ để giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó cần tuần hoàn bùn đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 trở lại đầu bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ vi khuẩn cần thiết Bùn dư ở đáy bể lắng sẽ được xả ra khu xử lý bùn, giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý nước thải.

- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%

- Loại bỏ được nitơ trong nước thải

- Vận hành đơn giản, an toàn

- Thích hợp với nhiều loại nước thải

- Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích bể Nhược điểm:

- Thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn

- Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn

Nhược điểm chính của phương pháp xử lý hiếu khí là việc tiêu tốn năng lượng để cung cấp khí, nhằm duy trì nồng độ oxy hòa tan cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí trong nước thải.

Phạm vi áp dụng: Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ như bệnh viện, khu dân cư, thủy sản,…

2.3.2 Bể Anoxic – Bể sinh học thiếu khí

Cấu tạo: Vật liệu xây dựng bê tông hoặc bê tông cốt thép

Bể Anoxic đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nitơ trong nước thải thông qua phương pháp sinh học Công nghệ khử nitơ sinh học phổ biến hiện nay bao gồm quá trình nitrat hóa và khử nitrat.

Nước thải chứa hợp chất nitơ và photpho cần được loại bỏ để đảm bảo môi trường trong sạch Trong bể Anoxic, điều kiện thiếu khí tạo điều kiện cho hệ vi sinh vật phát triển, giúp xử lý nitơ và photpho thông qua quá trình nitrat hóa và photphoril.

Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:

Hai loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình khử nitrat và nitrit là Nitrosonas và Nitrobacter Trong môi trường thiếu oxy, các vi khuẩn này thực hiện quá trình chuyển hóa nitrat (NO3–) và nitrit (NO2–).

Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài Như vậy là nitơ đã được xử lý

Vi khuẩn Acinetobacter đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các hợp chất hữu cơ chứa photpho thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất dễ phân hủy Để tối ưu hóa quá trình nitrat hóa và photphoril hóa, bể Anoxic cần được trang bị máy khuấy chìm với tốc độ khuấy thích hợp, nhằm tạo ra môi trường thiếu oxy cho vi sinh vật thiếu khí phát triển.

Để nâng cao hiệu quả xử lý và tạo môi trường sống cho hệ vi sinh vật thiếu khí, bể Anoxic được trang bị hệ thống đệm sinh học từ nhựa PVC với diện tích hoạt động 230 ÷ 250 m²/m³ Hệ vi sinh vật thiếu khí sẽ bám dính vào bề mặt của vật liệu đệm sinh học, từ đó phát triển và sinh trưởng hiệu quả hơn.

- Khử được nitơ trong nước thải dòng ra

- Hiệu suất khử BOD tăng do các chất hữu cơ tiếp tục bị oxy hóa trong quá trình khử

- Giảm được lượng bùn dư trong bể lắng đợt hai

- Làm tăng khả năng lắng và hạn chế độ trương của bùn hệ thống

- Làm tăng pH của nước thải sau xử lý

2.3.3 Bể sinh học MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

KHỬ TRÙNG

Khử trùng là giai đoạn cuối cùng quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải, nhằm tiêu diệt hoàn toàn các vi khuẩn gây bệnh còn sót lại sau quá trình xử lý cơ học Mặc dù phần lớn vi sinh vật đã được giữ lại sau bể lọc, nhưng để đảm bảo an toàn, việc khử trùng nước thải là cần thiết để phá hủy các loại vi khuẩn nguy hiểm mà trước đó chưa được loại bỏ.

Nước thải xử lý bằng phương pháp sinh học vẫn chứa từ 105 đến 106 vi khuẩn/ml, hầu hết không phải là vi khuẩn gây bệnh nhưng vẫn có khả năng tồn tại vi khuẩn gây bệnh Khi nước thải này được xả ra nguồn nước cấp hoặc hồ bơi, nguy cơ lây lan vi khuẩn là rất lớn Do đó, việc tiệt trùng nước thải trước khi thải ra môi trường là cực kỳ cần thiết.

Thời gian tiếp xúc tính cả thời gian nước thải theo mương dẫn từ bể tiếp xúc ra nguồn tiếp nhận (ra sông) là 30 phút

Các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến nhất hiện nay:

- Dùng clo hơi qua thiết bị định lượng clo

- Dùng hypoclorit – canxi dạng bột- Ca(ClO)2 – hoàn tan trong thùng dung dịch 3- 5% rồi định lượng vào bể tiếp xúc

- Dùng hypoclorit – natri, nước javel NaClO

Ozon được sản xuất từ không khí thông qua máy tạo ozon đặt trong nhà máy xử lý nước thải Sau khi được sản xuất, ozon sẽ được dẫn trực tiếp vào bể hòa tan để tiếp xúc với nước thải.

- Dùng tia cực tím UV do đèn thủy ngân áp lực thấp sẵn ra Đèn phát tia cực tím đặt ngập trong mương có nước thải chảy qua

Lựa chọn phương pháp khử trùng phải phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng và hiệu quả.

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN CẶN

Trong các trạm xử lý nước thải, khối lượng cặn lắng từ song chắn rác và bể lắng rất lớn, chứa từ 97-99% nước và nhiều chất hữu cơ có khả năng gây hại Do đó, việc xử lý cặn là cần thiết để giảm độ ẩm và loại bỏ vi sinh vật độc hại trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Các phương pháp xử lý bùn cặn gồm:

Cô đặc cặn là quá trình tăng nồng độ cặn bằng cách loại bỏ nước khỏi hỗn hợp, giúp giảm khối lượng vận chuyển và thể tích công trình ở giai đoạn tiếp theo Các phương pháp thường được sử dụng để cô đặc cặn bao gồm bể cô đặc cặn bằng lắng trọng lực, bể tuyển nổi, lọc ly tâm và lọc qua băng tải.

Là phương pháp nhằm phân hủy các chất hữu cơ có thể phân hủy thành CO2,

CH4 và H2O giúp giảm mùi hôi và loại bỏ thối rữa của cặn, đồng thời giảm số lượng vi sinh vật gây bệnh và thể tích cặn Cặn có thể được ổn định bằng hóa chất hoặc phương pháp sinh học hiếu khí và kị khí Các công trình thường được sử dụng để ổn định cặn bao gồm bể tự hoại, bể lắng hai vỏ và bể mêtan.

Việc làm khô cặn có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như sử dụng sân phơi, thiết bị cơ học (bao gồm máy lọc ép, máy ép băng tải, máy lọc chân không, máy lọc ly tâm) hoặc phương pháp nhiệt Lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mặt bằng, điều kiện đất đai, yếu tố thủy văn và tình hình kinh tế xã hội.

ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Công nghệ xử lý phải thỏa mãn các yếu tố:

- Công suất trạm xử lý Q = 1500 (m 3 /ngày.đêm)

- Chất lượng nước sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột B

- Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt khu đô thị

- Những quy định xả vào cổng chung và vào nguồn nước

- Hiệu quả quá trình xử lý cần thiết và hiệu quả xử lý các công trình dơn vị

- Yêu cầu về hóa chất và các thiết bị sẵn có trên thị trường

Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cần được thiết kế để đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 14:2008/BTNMT, cột B.

3.1.2 Xác định lưu lượng tính toán nước thải khu đô thị

Lưư trung bình ngày: Q ngày tb = 1500(m 3 ⁄ngày)

Lưu lượng nước thải trung bình giờ:

24 = 62,5(m 3 ⁄h) Lưu lượng trung bình giây:

Bảng 3.1 Hệ số không điều hòa đối với nước thải sinh hoạt [11]

Hệ số không điều hòa chung K 0

Lưu lượng nước thải trung bình Q tb (l/s)

Với Q tb s = 17,4(l s)⁄ ta dùng phương pháp nội suy tính được K0max = 1,952, K0min 0,413

Lưu lượng giờ lớn nhất:

Q h max = Q h tb × K 0max = 62,5 × 1,952 = 122(m 3 ⁄h) Lưu lượng giờ nhỏ nhất:

Q h min = Q h tb × K 0min = 62,5 × 0,413 = 25,8(m 3 ⁄h) Lưu lượng giây lớn nhất:

Q s max = Q s tb × K 0max = 17,4 × 1,952 = 33,96(l s)⁄ Lưu lượng giây nhỏ nhất:

THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO

Khu đô thị Lavender City đã lựa chọn loại xí bệt và bồn nước tiết kiệm cho khu vệ sinh, với lượng nước thải tối đa từ một người là 30 lít/ngày.

Tổng lượng nước đen từ khu vệ sinh trong một ngày:

1000 = 300(m 3 ⁄ngày) Lưu lượng trung bình giờ:

Q đen tb.giờ =Q tb.ngày

24 = 12,5(m 3 ⁄h) Lưu lượng trung bình giây:

Q tb.giây đen = Q đen tb.ngày

3600= 3,5 × 10 −3 (m 3 ⁄s) = 3,5(l s)⁄Với Q đen tb.giây = 3,5(l s)⁄ ta dùng phương pháp nội suy tính được K0max = 2,5, K0min 0,38

Lưu lượng giờ lớn nhất:

Q h max = Q h tb × K 0max = 12,5 × 2,5 = 31,3(m 3 ⁄h) Lưu lượng giây lớn nhất:

Tổng lưu lượng nước thải xám trong một ngày: ΣQ xám = 1500 − 300 = 1200(m 3 ⁄ngày) Lưu lượng trung bình giờ:

Q tb.giờ xám =Q tb.ngày

24 = 50(m 3 ⁄h) Lưu lượng trung bình giây:

Q xám tb.giây =Q xám tb.ngày

3600 = 0,0138(m 3 ⁄s) = 13,8(l s)⁄ Với Q tb.giây đen = 13,8(l s)⁄ ta dùng phương pháp nội suy tính được K0max = 2,024, K0min

Q xám max,h = Q tb.giờ xám × K max = 50 × 2,024 = 101,2 (m 3 ⁄h) Lưu lượng giây lớn nhất:

Q xám max,s = Q xám tb.giây × K max = 0,0138 × 2,024 = 0,028(m 3 ⁄s)

Hàm lượng SS trong nước thải đen:

Chọn hàm lượng tải trọng chất bẩn SS là: 20 g/người.ngày

Hàm lượng BOD 5 trong nước thải đen:

Chọn hàm lượng tải trọng chất bẩn BOD5 là 28 g/người/ngày:

Hàm lượng N trong nước thải đen:

Chọn hàm lượng tải trọng chất bẩn N là: 7 g/người.ngày

Hàm lượng P trong nước thải đen:

Chọn hàm lượng tải trọng chất bẩn P là: 1,7 g/người.ngày

Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm khi vào bể tự hoại

Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ đầu vào Hiệu suất xử lý

Bảng 3.3 Thành phần nước thải xám sau khi qua song chắn rác

Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Nồng độ đầu vào Hiệu suất xử lý

Bảng 3.4 Thành phần nước thải xám sau khi qua bể tách dầu mỡ

Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Nồng độ đầu vào Hiệu suất xử lý

Bảng 3.5 Thành phần nước thải tổng hợp nước thải xám và nước thải đen tại bể thu gom

Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Nồng độ nước thải xám

Lưu lượng nước thải xám

Nồng độ nước thải đen

Lưu lượng nước thải đen

Nồng độ tổng hợp tại bể thu gom pH - 6,5-7,5 1200 6,5-7,5 300 6,5-7,5

Bảng 3.6 Thành phần và tính chất nước thải sau khi vào bể thu gom

Giá trị Chỉ tiêu nước thải

C max Trạng thái chỉ tiêu so với QCVN pH - 6,5-7,5 5 - 9 - - Đạt

Nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi thải ra nguồn nước tiếp nhận nước thải được quy định không vượt quá giá trị Cmax Giá trị Cmax này được tính toán dựa trên các tiêu chuẩn và quy định về bảo vệ môi trường, nhằm đảm bảo nước thải sinh hoạt không gây ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.

Cmax là nồng độ tối đa cho phép của các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi xả ra nguồn nước tiếp nhận, được đo bằng miligam trên lít nước thải (mg/l).

+ C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm quy định tại Bảng 1 mục 2.2 theo QCVN 14:2008/BTNMT

+ K là hệ số tính tới quy mô, loại hình cơ sở dịch vụ, cơ sở công cộng và chung cư quy định tại mục 2.3 theo QCVN 14:2008/BTNMT

Nước thải tại khu đô thị Lavender City có các thông số BOD5, SS, tổng N, tổng P, dầu mỡ và coliform vượt mức cho phép, cần được xử lý trước khi xả thải vào nguồn tiếp nhận Sau khi qua hệ thống xử lý nước thải tập trung, nước thải phải đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT cột B và được thải vào hệ thống cống chung.

ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Nước thải tại khu vực này chứa dầu mỡ và cần được xử lý tách dầu bằng phương pháp thủ công Các thành phần ô nhiễm chủ yếu là chất hữu cơ và vi khuẩn gây bệnh, vì vậy việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học kết hợp với khử trùng sẽ mang lại hiệu quả cao trong việc làm sạch nước.

- Nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ không quá cao nên phù hợp để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Dựa trên tính chất và thành phần của nước thải sinh hoạt cũng như yêu cầu về mức độ xử lý, đề án này đề xuất hai phương án xử lý nước thải Cả hai phương án đều có chung các công trình xử lý sơ bộ, điểm khác biệt chính nằm ở công trình xử lý sinh học Phương án một sử dụng kết hợp bể Anoxic và Aerotank, trong khi phương án hai áp dụng công nghệ bể MBBR.

Nước thải từ việc nấu nướng, giặt giũ, tắm rửa,

Nước thải từ nhà vệ sinh

Nguồn tiếp nhận QCVN 14:2008/BTNMT, cột B

Máy ép bùn Đưa đi xử lý

Nước tách bùn Thu gom rác

Nước thải từ khu đô thị được chia thành hai loại: nước thải xám từ nấu nướng, giặt giũ, tắm rửa và nước thải đen từ nhà vệ sinh Nước thải xám đi qua song chắn rác để loại bỏ cặn thô, sau đó được đưa vào bể tách dầu mỡ để loại bỏ dầu mỡ Nước thải đen đi qua bể tự hoại, nơi chất thải đặc phân hủy thành dạng lỏng Cả hai loại nước thải sau đó tập trung vào hố thu gom, nơi cặn và cát được xử lý định kỳ Nước thải tiếp tục vào bể điều hòa sục khí để điều hòa lưu lượng và nồng độ ô nhiễm, ngăn ngừa lắng cặn và giảm mùi hôi Tiếp theo, nước thải vào bể Anoxic, nơi vi sinh vật phát triển trong môi trường thiếu khí và quá trình nitrat hóa diễn ra Cuối cùng, hỗn hợp nước và bùn hoạt tính được chuyển vào bể Aerotank, nơi xử lý sinh học hiếu khí diễn ra với sự tham gia của oxy hòa tan, giúp giảm đáng kể hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải.

Đường ống trong hệ thống xử lý nước thải bao gồm đường nước thải, đường khí, đường hóa chất, đường tuần hoàn bùn, đường tuần hoàn nước, đường nước tách bùn, đường bùn và đường chất rắn thải Khi hàm lượng nitrat cao vào bể lắng, hiện tượng thiếu khí xảy ra, dẫn đến trào bùn Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải sẽ chảy sang bể lắng để tách bùn hoạt tính ra khỏi nước Một phần bùn lắng được bơm trở lại bể Anoxic để duy trì mật độ vi khuẩn cao, giúp phân hủy nhanh chất hữu cơ, trong khi phần còn lại được bơm qua bể nén bùn để xử lý tiếp Nước thải sau lắng sẽ tràn qua máng răng cưa vào máng tràn và được dẫn qua bể khử trùng để loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trước khi xả ra môi trường Chlorine được cung cấp ổn định qua bơm định lượng hóa chất, đảm bảo nước thải sau khử trùng đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B trước khi thải ra hệ thống thoát nước chung.

 Hiệu suất xử lý của phương án 1

Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý của phương án 1

Nồng độ đã xử lý 7,5 17,5 0 0 0 0 4

Nồng độ đã xử lý 7,1 16,6 0 0 0 0 38

4 Bể điều hòa sục khí

Nồng độ dòng ra 148,3 337,6 69,3 0 12,6 1,4×10 5 12,2 Nồng độ dòng vào 148,3 337,6 69,3 0 12,6 1,4×10 5 12,2

Nồng độ dòng ra 148,3 303,8 69,3 56,4 9,6 11,97 1,4×10 5 12,2 Nồng độ dòng vào 148,3 303,8 69,3 56,4 9,6 11,97 1,4×10 5 12,2

Nồng độ dòng ra 148,3 45,6 8,5 9,6 9,3 1,4×10 5 12,2 Nồng độ dòng vào 148,3 45,6 8,5 9,6 9,3 1,4×10 5 12,2

Tính toán lượng N và P ở bể Aerotank: nồng độ BOD dòng vào bể Aerotank là 303,8 mg/l, N = 69,3 mg/l, P = 12,6 mg/l, H = 85%

Ta có tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1

N đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở bể Aerotank là 12,9 (mg/l)

N dòng ra của bể Aerotank là 69,3 – 12,9 = 56,4 (mg/l)

Lượng N dạng amonia (NH3) để chuyển hóa thành NO3 - trong bể Aerotank:

56,4 × 85% = 47,9(mg l)⁄ Lượng amonia ra khỏi hệ thống:

56,4 − 47,9 = 8,5(mg l)⁄ < QCVN 14: 2008 cột B (NH 3 ) = 10 (mg l)⁄

Lượng nitrat bị khử tại bể Anoxic:

47,9 × 80% = 38,3(mg l)⁄ Lượng nitrat ra khỏi hệ thống:

47,9 − 38,3 = 9,6 (mg l) < QCVN 14: 2008 cột B (NO⁄ 3 ) = 50(mg l)⁄

Lượng P bị khử tại bể Anoxic:

Lượng P còn lại sau khi qua Anoxic:

12,6 − 0,63 = 11,97(mg l)⁄ Lượng P tổng hợp tế bào tại bể Aerotank:

P đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở bể Aerotank là: 2,7 (mg/l)

P dòng ra ở bể Aerotank là 11,97 – 2,7 = 9,3 (mg/l)

Nước thải từ nhà vệ sinh

Nước thải từ việc nấu nướng, giặt giũ, tắm rửa,

Bể tự hoại Dầu mỡ

Bể điều hòa khuấy trộn

Nguồn tiếp nhận, QCVN 14:2008/BTNMT, cột B

Máy ép bùn Đưa đi xử lý Nước tách bùn Thu gom rác

Nước thải được phân thành hai loại: nước thải đen từ nhà vệ sinh và nước thải xám từ khu vực bếp, giặt giũ, tắm rửa Nước thải đen được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại trước khi vào bể thu gom, trong khi nước thải xám được lọc qua song chắn rác và tách dầu Dầu mỡ trên bề mặt được loại bỏ thủ công trước khi nước thải vào bể điều hòa, nơi lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm được điều chỉnh bằng hệ thống khuấy trộn Tiếp theo, nước thải được bơm qua bể MBBR để xử lý các chất hữu cơ, N, P nhờ vi sinh vật hiếu khí Sau đó, nước thải chuyển sang bể lắng II để lắng cặn và được khử trùng bằng hóa chất, đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B trước khi thải ra hệ thống cống chung Bùn từ bể lắng II được đưa đến bể nén bùn để xử lý định kỳ.

 Hiệu suất xử lý của phương án 2

Chú thích: Đường nước thải Đường khí Đường hóa chất Đường bùn Đường nước tách bùn Đường chất rắn

Bảng 3.8 Hiệu suất xử lý của phương án 2

Nồng độ đã xử lý 7,5 17,5 0 0 0 0 4

Nồng độ đã xử lý 7,1 16,6 0 0 0 0 38

Nồng độ dòng ra 200,01 513,3 186,6 0 34,02 5×10 5 0 Nồng độ dòng vào 200,01 513,3 186,6 0 34,02 5×10 5 0

4 Bể điều hòa khuấy trộn

Nồng độ dòng ra 148,3 337,6 69,3 0 12,6 1,4×10 5 12,2 Nồng độ dòng vào 148,3 337,6 69,3 0 12,6 1,4×10 5 12,2

Nồng độ dòng ra 148,3 303,8 69,3 55 11 11,97 1,4×10 5 12,2 Nồng độ dòng vào 148,3 303,8 69,3 55 11 11,97 1,4×10 5 12,2

Nồng độ dòng ra 148,3 45,6 8,2 11 9,1 1,4×10 5 12,2 Nồng độ dòng vào 148,3 45,6 8,2 11 9,1 1,4×10 5 12,2

Nồng độ dòng ra 51,9 43,3 8,2 11 6,37 1,4×10 5 12,2 Nồng độ dòng vào 51,9 43,3 8,2 11 6,37 1,4×10 5 12,2

Tính toán lượng N và P ở bể MBBR

Tính toán lượng N ở bể MBBR (quá trình hiếu khí): nồng độ BOD dòng vào bể MBBR là 337,6 mg/l, N = 69,3 mg/l, H = 85%

Ta có tỷ lệ: BOD:N:P = 100:5:1

N đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở bể MBBR (quá trình hiếu khí) là 14,3 (mg/l)

N dòng ra của bể MBBR (quá trình hiếu khí) là 69,3 – 14,3 = 55 (mg/l)

Lượng N dạng amonia (NH3) để chuyển hóa thành NO3 - trong bể MBBR:

55 × 85% = 46,8(mg l)⁄ Lượng amonia ra khỏi hệ thống:

55 − 46,8 = 8,2(mg l)⁄ < QCVN 14: 2008 cột B (NH 3 ) = 10 (mg l)⁄

Lượng nitrat bị khử ở quá trình thiếu khí:

55 × 80% = 44(mg l)⁄ Lượng nitrat ra khỏi hệ thống:

55 − 44 = 11(mg l) < QCVN 14: 2008 cột B (NO⁄ 3 ) = 50(mg l)⁄

Tính toán lượng P ở bể MBBR (quá trình hiếu khí): nồng độ BOD dòng vào bể MBBR là 337,6 mg/l, P = 12,6 mg/l, H = 85%

Lượng P bị khử tại bể MBBR (quá trình thiếu khí):

12,6 × 5% = 0,63(mg l)⁄ Lượng P còn lại sau khi ra khỏi bể MBBR (quá trình thiếu khí):

12,6 − 0,63 = 11,97(mg l)⁄ Lượng P tổng hợp tế bào tại bể MBBR (quá trình hiếu khí):

P đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở bể MBBR (quá trình hiếu khí) là: 2,9 (mg/l)

P dòng ra ở bể MBBR (quá trình hiếu khí) là 11,97 – 2,9 = 9,1 (mg/l)

3.4 So sánh hai phương án

Bảng 3.9 So sánh ưu nhược điểm của hai phương án

Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm - Hiệu quả loại bỏ BOD lên đến 90%

- Thích hợp với tất cả các công suất

- Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không cần gia tăng thể tích bể

- Khả năng chịu tải lớn

- Hiệu quả loại bỏ BOD lớn hơn 87%

- Không cần tuần hoàn bùn

- Mật độ vi sinh xử lý trên một đơn vị thể tích cao, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn

Nhược điểm - Chiếm nhiều diện tích xây dựng

- Lượng bùn sinh ra nhiều và phải thu gom xử lý định kỳ

- Tải trọng chất ô nhiễm hữu cơ thấp

- Cần cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng tránh hiện tượng màng dễ bị bong tróc

- Giá thể dễ vỡ sau một thời gian sử dụng

- Cần các công trình lắng phía sau MBBR

- Khó xác định được thời gian lưu bùn.

TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH Ở PHƯƠNG ÁN 1

Bể tự hoại thực hiện quá trình lắng cặn và phân hủy sinh học kỵ khí, trong đó các chất hữu cơ trong nước thải và bùn cặn được xử lý bởi vi khuẩn kỵ khí và nấm men Thiết kế của bể tự hoại bao gồm ngăn lọc kỵ khí, giúp loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) cao.

Bảng 4.1Nồng độ các thông số dòng vào của bể tự hoại

Bể tự hoại SS BOD 5 N P Coliform

Nồng độ đã khử (mg/l) 466,69 420 60 25,5 0

Số người trong khu đô thị, N = 10000 (người)

Thiết kế bể tự hoại:

Thiết kế 2 bể tự hoại làm việc song song

Số người sử dụng mỗi bể: n =N

2 = 5000(người) Dung tích cần thiết vùng tách cặn:

(CT 2-4/48/[9]) Dung tích cần thiết để phân hủy cặn:

(CT 2-5/49/[9]) Dung tích vùng chứa cặn đã phân hủy:

(CT 2-11/51/[9]) Trong đó: r: Lượng cặn phân hủy tích lũy của 1 người trong 1 năm;

T: Thời gian giữa hai lần hút cặn

1000 = 136,4(m 3 ) Tổng thể tích vùng tách cặn, phân hủy cặn và vùng chứa cặn đã phân hủy:

Khi dung tích bể > 10 m 3 thì bể thường được xây làm 3 ngăn, ngăn đầu không dưới 0,5 tổng thể tích bể, hai ngăn sau có dung tích 0,25 dung tích bể

Bảng 4.2 Tóm tắt các thông số thiết kế bể tự hoại

STT Thông số Đơn vị Ngăn 1 Ngăn 2 Ngăn 3

Chọn chiều cao vùng tách cặn, phân hủy cặn, vùng chứa cặn đã phân hủy: H = 2 m Chiều dài vách ngăn: Lngăn = 0,2 m

Tổng chiều dài của mỗi bể tự hoại: L = 10 + 0,2 + 5 + 0,2 + 5 = 20,4 (m)

Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 m

Tổng chiều cao bể tự hoại cần thiết kế:

∑ H = H + H bv = 2 + 0,5 = 2,5(m) Kích thước xây dựng của mỗi bể bể tự hoại L ×B × H = 20,4m × 9,5m × 2,5m Thể tích xây dựng của mỗi bể: Wt = L ×B × H = 20,4m × 9,5m × 2,5m = 484,5(m 3 )

Tính toán đường ống dẫn nước thải vào ra khỏi bể tự hoại

Lưu lượng trung bình giờ lớn nhất: Q đen max,h = 31,3(m 3 ⁄h)

Nước thải chảy sang bể thu gom với vận tốc nước chảy trong ống là v = 1,2 m/s, với v

= (0,7 - 1,5 m/s) [10] Đường kính ống dẫn nước thải ra:

Chọn ống dẫn nước thải ra làm bằng nhựa uPVC có D = 110 mm [12]

Vận tốc thực của nước thải trong ống: v = 4 ×Q max,h đen π × D 2 × 3600= 4 × 31,3 π × 0,11 2 × 3600= 0,91(m s)⁄

Bảng 4.3 Tóm tắt thông số tính toán bể tự hoại

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Kích thước bể Chiều dài L m 20,4

Chiều cao xây dựng Hxd m 2,5

5 Ống dẫn nước thải vào và ra khỏi bể D mm 110

Nhiệm vụ chính là loại bỏ rác và tạp chất lớn trong nước thải, nhằm ngăn chặn tình trạng nghẽn ống dẫn và mương thoát nước, đồng thời bảo vệ các thiết bị khỏi hư hỏng do rác thải gây ra.

Bảng 4.4 Nồng độ các thông số dòng vào của song chắn rác

Song chắn rác SS BOD 5 N P Dầu mỡ

Nồng độ đã khử (mg/l) 7,5 17,5 0 0 4

Sau khi qua ngăn tiếp nhận nước thải được dẫn đến song chắn rác theo tiết diện hình chữ nhật

Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60 0 so với mặt đất

Diện tích mặt ướt của mương với lưu lượng Qmax:

Q max, s : lưu lượng giây lớn nhất, Q max, xám s = 0,0167 (m 3 /s) v : vận tốc nước thải trong mương dẫn (0,7 - 1 m/s), chọn v = 0,8 m/s [11]

Chiều rộng mương dẫn, chọn B m = 0,1 m Độ sâu mực nước trong mương dẫn: h 1 =W

Tính toán song chắn rác

Số lượng khe giữa các thanh của song chắn rác: n = Q xám max,s h × b × v× K = 0,0167

Q xám max,s : lưu lượng lớn nhất của nước thải, Q xám max,s = 0,0167 (m 3 /s) h: chiều sâu lớp nước ở song chắn rác, h = 0,2 (m)

: vận tốc nước qua khe hở của song chắn rác, chọn  = 0,8 (m/s)

K: hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp khe hở của dòng chảy khi sử dụng công cụ cào rác cơ giới, K = 1,05 b: kích thước khe hở, chọn b = 16 (mm) = 0,016 (m)

Số thanh song chắn: N = n + 1 = 7 + 1 = 8 (thanh)

Chiều rộng song chắn rác:

S: chiều dày mỗi thanh, chọn s = 0,008 (m) n: số lượng khe chắn rác, n = 11

Để ngăn chặn sự lắng cặn tại vị trí mở rộng của mương trước song chắn, cần kiểm tra vận tốc dòng chảy với lưu lượng thải nhỏ nhất Vận tốc này phải đạt mức tối thiểu là 0,4 m/s.

VớiQ xám max,s : lưu lượng nhỏ nhất chảy vào song chắn rác, Q xám max,s = 0,0167 m 3 /s v min = Q xám max,s

0,16 × 0,2= 0,5(m s) > 0,4(m s)⁄ ⁄ Tổn thất áp lực qua song chắn rác: h s =  × v max 2

Tốc độ tối đa của nước qua song chắn rác được xác định với lưu lượng lớn nhất, với giá trị v nằm trong khoảng 0,6 – 1 (m/s), và chọn vmax = 0,8 (m/s) Hệ số k được sử dụng để tính đến sự gia tăng tổn thất do rác vướng mắc ở song chắn, với giá trị k nằm trong khoảng 2 – 3.

 : hệ số tổn thất áp lực cục bộ :

: hệ số phụ thuộc vào thanh ngang của song chắn rác (bảng 4.5), chọn  = 2,42

: góc nghiêng của song chắn rác với dòng chảy,  = 60 0 s: bề dày của song chắn rác , chọn s = 0,008 m b: khoảng cách giữa các thanh, chọn b = 0,016 m

Bảng 4.5 Hệ số  tính đến các sức cản cục bộ của song chắn [4]

Chiều dài phần mở rộng song chắn: l 1 = B s − B m

Bs: Chiều rộng song chắn rác, Bs = 0,6 (m)

Bm: Chiều rộng mương dẫn, Bm = 0,1 (m)

: Góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy  = 20 0

Chiều dài phần thu hẹp sau song chắn rác: l 2 = l 1

(3.119/[4]) Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn rác:

(3.119/[4]) Trong đó: l1 : Chiều dài phần mở rộng song chắn, l1 = 0,08 (m) l2 : Chiều dài phần thu hẹp song chắn, l2 = 0,04 (m) ls : Chiều dài buồng đặt song chắn rác, chọn ls = 1,2 (m) [19]

Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn rác :

Độ đầy ứng với Q max, s xám là h1 = 0,2 m, trong khi tổn thất áp lực được xác định là hs = 0,08 m Khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất là hbv = 0,15 m.

Chiều cao song chắn rác :

Bảng 4.6 Tóm tắt các thông số thiết kế song chắn rác

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

2 Chiều rộng song chắn rác Bs mm 160

3 Bề dày thanh song chắn rác s mm 8

4 Khoảng cách giữ các khe hở b mm 16

5 Góc nghiêng song chắn rác α độ 60 0

6 Chiều dài phần mở rộng phía trước song chắn l1 mm 80

7 Chiều dài phần mở rộng phía sau song chắn l2 mm 40

8 Chiều dài xây dựng phần mương L mm 1230

9 Tổn thất áp lực song chắn rác hs mm 80

10 Chiều sâu xây dựng phần mương H mm 800

11 Chiều cao song chắn rác Hsc mm 900

Nhiệm vụ: Bể tách dầu mỡ dùng để tách và thu các loại dầu mỡ động thực vật,…có trong nước thải Bể tách dầu mỡ thiết kế 3 ngăn

Ngăn thứ nhất của hệ thống là nơi lắp đặt lưới chắn rác, giúp giữ lại các chất rắn lớn Đây là bước đầu tiên trong quá trình tách dầu ra khỏi rác, cho phép dầu nổi lên trên bề mặt trước khi chuyển sang ngăn tiếp theo.

Ngăn thứ 2 là nơi diễn ra quá trình tách mỡ ra khỏi nước, nhờ vào tính chất của dầu mỡ nhẹ hơn, chúng sẽ nổi lên trên bề mặt Điều này giúp việc loại bỏ lượng dầu mỡ trở nên dễ dàng hơn, trong khi nước với khối lượng riêng nặng hơn sẽ tiếp tục chảy xuống ngăn thứ 3.

 Ngăn thứ 3: Nước thải sẽ từ từ chảy qua lỗ thoát nước và không còn bị lẫn dầu mỡ nên không còn gây nguy hại cho môi trường

Bảng 4.7Nồng độ các thông số dòng vào của bể tách dầu mỡ

Bể tách dầu mỡ SS BOD 5 N P Dầu mỡ

Nồng độ đã khử (mg/l) 7,1 16,6 0 0 38

 Thời gian lưu trong bể tách dầu mỡ phải lớn hơn 1h, chọn t = 1,5h (1,5 – 3h)

 Thể tích ngăn thứ 1 bằng một phần hai thể tích toàn bể

 Khoảng cách từ mực nước đến nắp thu dầu phải lớn hơn 230 mm

 Khoảng không chứa không khí trong bể có dung tích tối thiểu bằng 12,5% dung tích bể tách dầu

 Diện tích mặt thoáng tối thiểu của ngăn tách mỡ là 0,53 m 2 /m 3 thể tích công tác

 Chiều sâu công tác ngăn thu mỡ từ 0,35 - 1,83 m

Thể tích công tác của bể tách dầu mỡ:

V = Q xám max,giờ × t = 101,2 × 1,5 = 151,8 (m 3 ) Ngăn thứ nhất:

4× 151,8 = 75,9(m 3 ) Chọn ngăn thứ nhất có kích thước:

+ Chiều sâu bảo vệ : hbv = 0,5 m

Chiều sâu thực tế: H 1 = h 1 + h bv = 2 + 0,5 = 2,5 (m)

75,9 = 0,53(m 2 ⁄m 3 ngày) Dung tích phần không khí so với dung tích ngăn thứ nhất:

2 × 100% = 20%(thỏa) Thời gian lưu nước trong ngăn thứ nhất: t = V 1

101,2= 0,75(h) Vận tốc nước chảy ở ngăn thứ nhất: v = Q xám max,s

4× 151,8 = 37,95(m 3 ) Chọn ngăn 2 có kích thước:

+ Chiều sâu bảo vệ : hbv = 0,5 m

Chiều sâu thực tế: H 2 = h 2 + h bv = 2 + 0,5 = 2,5 (m)

37,95 = 0,53(m 2 ⁄m 3 ngày) Dung tích phần không khí so với dung tích ngăn thứ hai:

2 × 100% = 20%(thỏa) Thời gian lưu nước trong ngăn thứ hai: t = V 2

101,2= 0,38(h) Vận tốc nước chảy ở ngăn thứ hai: v = Q xám max,s

4× 151,8 = 37,95(m 3 ) Chọn ngăn thứ ba có kích thước:

+ Chiều sâu bảo vệ : hbv = 0,5 m

Chiều sâu thực tế: H 3 = h 3 + h bv = 2 + 0,5 = 2,5 (m)

37,95 = 0,53(m 2 ⁄m 3 ngày) Dung tích phần không khí so với dung tích ngăn thứ ba:

2 × 100% = 20%(thỏa) Thời gian lưu nước trong ngăn thứ ba: t = V 3

101,2= 0,38(h) Vận tốc nước chảy ở ngăn thứ ba: v = Q xám max,s

5 × 2 = 0,0028(m s)⁄ Mỗi vách ngăn là 200mm

Lượng dầu sinh ra mỗi ngày

Nồng độ dầu mỡ trong nước thải xám là 80 (mg/l)

Hàm lượng dầu mỡ thải ra mỗi ngày:

80 mg/l × 1200 m 3 /ngày × 1000 = 96 × 10 6 mg/ngày = 96 (kg/ngày)

Tính toán đường ống dẫn nước ra khỏi bể tách dầu mỡ

Lưu lượng giờ lớn nhất: Q xám max,h = 101,2 (m 3 /h)

Nước thải được chảy sang bể điều hòa với vận tốc nước chảy trong ống là v 1,2 m/s, với v = (0,7 – 1,5 m/s) [10] Đường ống dẫn nước thải ra:

D = √4 × Q xám max,h π × v = √ 4 × 101,2 π × 1,2 × 3600= 0,173(m) Chọn ống dẫn nước thải ra là ống nhựa uPVC có D = 180mm [12]

Vận tốc thực của nước thải trong ống: v = 4 × Q xám max,h π × D 2 × 3600= 4 × 101,2 π × 0,18 2 × 3600 = 1,1(m s)⁄ Thỏa v = 0,7 – 1,5 (m/s)

Bảng 4.8 Tóm tắt các thông số thiết kế bể tách mỡ

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

4 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm 180

Nhiệm vụ: là nơi tập trung toàn bộ nước thải, để đảm bảo đủ nước trước khi vào hệ thống xử lý nước thải

Thể tích bể thu gom:

Q h min : Lưu lượng lớn nhất của nước thải, Q h min = 25,8(m 3 ⁄h) t: Thời gian lưu nước trong bể thu gom, t = 10-30 (phút), chọn t = 30 phút [4] Chọn:

Chiều cao công tác của bể thu gom là: h = 2 (m)

Chiều cao bảo vệ của bể thu gom là: hbv = 0,5 (m)

Chiều cao xây dựng của bể thu gom là: H = h + hbv = 2 + 0,5 = 2,5 (m)

Diện tích mặt bằng bể thu gom:

2 = 6,5(m 2 ) Chọn kích thước bể thu gom: L × B × H xd = 3,5m × 2m × 2,5m

Thể tích xây dựng của bể thu gom:

Tính toán ống dẫn nước ra khỏi bể thu gom: Đường kính ống dẫn nước thải ra:

Q h min : lưu lượng tính toán, Q min h = 25,8 (m 3 /h) v: vận tốc tự chảy trong ống, v = 1,2 – 2(m/s), chọn v = 1,5 (m/s) [10]

Chọn ống dẫn nước ra khỏi hố thu gom làm bằng nhựa uPVC có đường kính D 90mm [12]

Vận tốc thực của nước thải trong ống: v = 4 × Q π × D 2 = 4 × 25,8 π × 0,09 2 × 3600= 1,3(m s) ⁄

𝜌: khối lượng riêng của chất lỏng, ρ = 1000 kg/m 3 ;

H: tổn thất áp lực, H = 10 mH2O; g : gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81 m/s 2 ;

Công suất thực tế của bơm bằng 1,2 lần công suất tính toán :

Trong đó:β: Hệ số dự trữ

N tt = 1,2 × 0,9 = 1,1(kW) = 1,5(HP) Chọn bơm nước thải: Máy bơm chìm nước thải APP DSK – 20 [18]

- Bố trí hai máy bơm hoạt động luân phiên nhau, một công tác, một dự phòng

Bảng 4.9 Tóm tắt thông số thiết kế hố thu gom

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Thời gian lưu nước T phút 30

2 Kích thước bể Chiều dài L mm 3500

Chiều cao xây dựng Hxd mm 2500

3 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm 90

4 Thể tích xây dựng bể Wt m 3 17,5

4.1.5 Bể điều hòa sục khí

Nhiệm vụ chính của hệ thống là điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, nhằm tránh lắng cặn và thực hiện quá trình thoáng sơ bộ Qua đó, hệ thống giúp oxy hóa một phần chất hữu cơ, giảm kích thước các công trình đơn vị phía sau và tăng hiệu quả xử lý nước thải của các công nghệ sinh học Đồng thời, việc tạo ra chế độ làm việc ổn định và liên tục cho hệ thống cũng giúp ngăn chặn hiện tượng sốc tải.

Bảng 4.10 Nồng độ các thông số dòng vào của bể điều hòa sục khí

Bể điều hòa sục khí SS BOD 5 N P Dầu mỡ

Nồng độ đã khử (mg/l) 0 17,8 0 0 0

Thời gian lưu nước tại bể điều hòa t = 4 − 8h Ta chọn t = 4h

Thể tích làm việc của bể điều hòa:

V = Q h max × t = 122 × 4 = 488 m 3 Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hòa: H = 4 m

Chọn chiều cao bảo vệ h bv = 0,5 m

Chiều cao xây dựng H xd = H + h bv = 4 + 0,5 = 4,5 m

Diện tích bể điều hòa:

4 = 122 m 2 Kích thước bể điều hòa: L × B × H = 12,5m × 10m × 4,5m

Thể tích xây dựng của bể điều hòa:

Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa

Bảng 4.11 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa [4]

Dạng khuấy trộn Giá trị R 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)

Lượng không khí cần thiết:

R: tốc độ khí nén Chọn R = 15 l m⁄ 3 phút = 0,015 m 3 ⁄m 3 giờ (bảng 4.11)

V t : Thể tích xây dựng của bể điều hòa, V t = 562,5 m 3

Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa màng tinh Jaeger của Đức với đường kính 270 mm, có khả năng lưu lượng khí từ 2 đến 10 m³/h Theo catalog của đĩa thổi khí Jaeger, lưu lượng khí được chọn là 10 m³/h, tương đương 166,7 l/phút.

Số đĩa phân phối khí: n =Q khí r =8,44 × 1000

166,7 = 50,6(đĩa) Chọn số đĩa khuếch tán khí là 54 đĩa

Với diện tích đáy bể 12,5m × 10m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 50cm

Số ống nhánh: Chọn số ống nhánh dẫn khí là 6 ống

Số đĩa trên một ống nhánh: m n = số đĩa số ống nhánh T

6 = 9(đĩa) Khoảng cách giữa các đĩa trên ống: l 1 =L − 0,5 × 2 m n − 1 ,5 − 0,5 × 2

9 − 1 = 1,4(m) Khoảng cách giữa các ống nhánh: l 2 =B − 0,5 × 2

Tính toán đường ống phân phối khí chính:

Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 10 – 15m/s, chọn v 15m/s [10]

Chọn ống dẫn khí chính là ống thép mạ kẽm có đường kính Dc = 125mm [13] Kiểm tra vận tốc ống chính: v c = 4 × Q c kk

Tính toán đường ống dẫn khí nhánh:

Lưu lượng khí qua ống nhánh: q n khí =Q khí n =0,14

6 = 0,023 (m 3 ⁄ ) s Đường kính ống khí nhánh: d n = √4 × q n khí π × v khí = √4 × 0,023 π × 15 = 0,044(m)

Chọn ống dẫn khí nhánh làm bằng thép mạ kẽm có đường kính Dn = 48mm [13] Kiểm tra vận tốc ống khí nhánh: v n =4 × q n khí d n 2 × π = 4 × 0,023

Tính toán áp lực và công suất của hệ thống phân phối khí Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí:

- h d : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, m

- h c : tổn thất áp lực cục bộ, h d + h c ≤ 0,4m Chọn h d + h c = 0,4 m

- ℎ 𝑓 : tổn thất qua thiết bị phân phối, h f ≤ 0,5m Chọn h f = 0,5 m

- H: chiều cao hữu ích của bể điều hòa, H = 4 m Áp lực không khí:

(Mục 2.65/[7]) Công suất máy thổi khí:

- P: áp lực chân không, P = 1,47 atm

- Q khí : lưu lượng khí, Q khí = 0,14 m 3 ⁄s

- η: hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7 − 0,9 Chọn η = 0,8

N t = 1,1 × 6,98 = 7,7 kW = 10,3HP Trong đó: β: Hệ số dự trữ

Chọn máy thổi khí: Máy thổi khí Heywel RSS-100 [18]:

- Bố trí hai máy thổi khí hoạt động luân phiên nhau, một công tác, một dự phòng

Tính toán đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể

Với vận tốc nước thải tự chảy là v = 0,7 − 1,5 m s → v = 1,5 m s⁄ ⁄ [10]

Lưu lượng nước thải đầu vào: Q h max = 122 (m 3 ⁄h) Đường kính ống dẫn nước thải ra khỏi bể :

Chọn ống dẫn nước thải ra bể là ống uPVC có đường kính D = 180mm [12]

Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống: v = 4 × Q h max π × D 2 × 3600= 4 × 122 π × 0,18 2 × 3600= 1,33 (m s)⁄

Tính toán chọn máy bơm

- η: Hiệu suất của máy bơm, η = 0,7 − 0,9 Chọn η = 0,8

- ρ: Khối lượng riêng của nước ρ = 1000kg/m 3

- H: Cột áp của bơm, H = 10mH 2 O

Công suất thực của bơm:

N tt = 1,2 × N = 1,2 × 4,2 = 5,04 kW = 6,8 HP Trong đó: β: Hệ số dự trữ

Chọn bơm nước thải: Máy bơm chìm nước thải Tsurumi KTZ 45.5 [18]

- Bố trí hai máy bơm hoạt động luân phiên nhau, một công tác, một dự phòng

Bảng 4.12 Tóm tắt thông số tính toán bể điều hòa sục khí

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Thời gian lưu nước trong bể điều hòa t h 4

Chiều cao hữu ích H mm 4000

Chiều cao xây dựng Hxd mm 4500

3 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 125

4 Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn mm 48

5 Đường kính ống dẫn nước thải vào Dvào mm 90

6 Đường kính ống dẫn nước thải ra Dra mm 180

7 Số đĩa thổi khí n đĩa 54

8 Thể tích xây dựng của bể điều hòa Vt m 3 562,5

9 Công suất máy thổi khí Nk HP 15

10 Công suất của máy bơm nước thải ra khỏi bể N kW 5,5

Nước thải từ bể lắng I và nước tuần hoàn sau bể sinh học hiếu khí Aerotank được bơm vào bể sinh học thiếu khí Anoxic theo hướng từ dưới lên, với nhiệm vụ khử Nitrogen Trong bể này, vi khuẩn tồn tại dưới dạng lơ lửng và bám dính trên vật liệu nhờ vào dòng chảy Vi sinh vật thiếu khí phát triển sinh khối trên vật liệu plastic có bề mặt riêng lớn và ở dạng lơ lửng Sau khi xử lý tại bể Anoxic, nước thải sẽ tự chảy sang bể sinh học hiếu khí Aerotank để tiếp tục quá trình xử lý.

Bảng 4.13 Nồng độ các thông số dòng vào của bể Anoxic

Bể Anoxic SS BOD 5 NH 3 NO 3 P

Tổng lưu lượng vào bể:

Q tb h : Lưu lượng nước thải trung bình giờ vào bể, Q tb h = 62,5(m 3 ⁄h)

Q R : Lưu lượng bùn tuần hoàn từ bể lắng sinh học về bể Anoxic:

Trong đó: α: Hệ số tuần hoàn bùn α = R = Q R

X: Tổng MLVSS trong bể bùn hoạt tính, X = 3000(mg/l)

XR: Nồng độ vinh vật trong dòng tuần hoàn, XR = 8000 – 12000(mg/l), chọn

Q IR : Lưu lượng nước tuần hoàn từ bể Aerotank về bể Anoxic để khử nitrat:

Q IR = IR × Q tb h = 2,4 × 62,5 = 150(m 3 ⁄h) Trong đó:

IR: Hệ số tuần hoàn nước nội bộ

(CT 8-48/758/[7]) Giả sử hiệu suất chuyển hóa Nitrat là 80%, vậy lượng Nitrat được chuyển đổi là

𝑁𝑂𝑥 = 0,8×47,9 = 38,3 mg/l Lượng N trong nước thải tuần hoàn từ bể Aerotank Nr = 10 mg/l

Vậy tổng lưu lượng vào bể:

Q = Q tb h + Q R + Q IR = 62,5 + 37,5 + 150 = 250(m 3 ⁄h) Tốc độ khử nitrat ở 25 0 C: ρ N

2 20 0 C : Tốc độ khử nitrat ở nhiệt độ 20 0 C, ρ N

2 20 0 C = 0,1 (mgNO3 -/mg bùn hoạt tính ngày)

DO : Lượng oxy hòa tan trong bể, chọn DO = 0,25 (mg/l)

Thời gian lưu nước, thời gian thực hiện quá trình khử nitrat (hiệu suất chuyển hóa nitrat trong bể

Thể tích vùng thiếu khí:

Trong đó: n: tỉ lệ khử NO3 - thành khí N2, n =1

NO3 - : lượng Nitrat đã bị khử (mg/l)

Chọn chiều cao làm việc của bể H = 4m

Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m

Chiều cao xây dựng của bể:

H xd = H + h bv = 4 + 0,5 = 4,5(m) Diện tích bể :

4 = 116,3(m 2 ) Chọn kích thước bể Anoxic: L × B × H = 12 × 10 × 4(m)

Thể tích xây dựng bể Anoxic: W t = L × B × H xd = 12 × 10 × 4,5 = 540(m 3 )

Tính toán ống dẫn nước ra khỏi bể Anoxic :

Nước thải chảy sang bể Aerotank với vận tốc nước chảy trong ống là v = 1,2 m/s, với v = (0,7 - 1,5 m/s) [10] Đường kính đường ống dẫn nước:

Chọn ống dẫn nước thải ra làm bằng nhựa uPVC D125 có đường kính D = 125mm

Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong đường ống: v =4 × Q h tb π × D 2 = 4 × 62,5 π × 0,125 2 × 3600= 1,4 (m s)⁄ Thỏa mãn điều kiện v = 1-2 m/s

Tính toán chọn máy khuấy

Năng lượng khuấy từ khoảng 3 – 10 kW/10 3 m 3 (Mục 9.5/925/[10])

Chọn năng lượng khuấy bằng 3 kW /10 3 m 3

Chọn máy khuấy: Máy khuấy trộn chìm EVAK EM - 5.20 [18]

 Bố trí 4 máy khuấy trộn chìm đặt ở 4 góc tường

Bảng 4.14 Tóm tắt thông số tính toán của bể Anoxic

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Chiều cao hữu ích H mm 4000

Chiều cao xây dựng Hxd mm 4500

3 Thể tích xây dựng bể Wt m 3 540

4 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm 125

5 Công suất của máy khuấy Nmk kW 0,75

Quá trình bùn hoạt tính được thực hiện trong bể hiếu khí aerotank

Quá trình phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ hòa tan hoặc dạng keo diễn ra khi nước thải tiếp xúc với bùn vi sinh vật lơ lửng, trong điều kiện cung cấp oxy liên tục thông qua sục khí.

Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu:

 Cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng;

 Xáo trộn đều vi sinh vật (bùn) và CHC trong nước thải và chúng sử dụng CHC như nguồn thức ăn

Khi vi sinh vật phát triển và tiếp xúc với không khí, chúng sẽ kết tụ lại với nhau, tạo thành bùn hoạt tính hay còn gọi là bông bùn sinh học.

Bảng 4.15 Nồng độ các thông số dòng vào của bể Aerotank

Bể Aerotank SS BOD 5 NH 3 NO 3 P

Nồng độ đã khử (mg/l) 0 258,2 12,9 47,9 - 2,7

Bảng 4.16 Các thông số thiết kế của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn [4]

Thông số Đơn vị Giá trị Chọn

Thời gian lưu bùn, c ngày 5-15 10

Tỉ số F/M kg/kg.ngày 0,2-0,6

Tải trọng thể tích kgBOD5/m 3 ngày 0,8-1,92

Hệ số sản lượng bùn, Y mgVSS/mgBOD5 0,4-0,8 0,5

Tốc độ phân hủy nội bào, kd ngày -1 0,025-0,075 0,03

Tỉ số thể tích bể/lưu lượng giờ ngày -1 W/Q = 3-5

Tỉ số tuần hoàn bùn hoạt tính Qth/Q = 0,25-1

Tỉ số giữa MLVSS/MLSS 0,7-0,8 0,8

Nồng độ MLVSS trong dòng tuần hoàn mg/l 8000-12000 8000

+ Lưu lượng nước thải Q = 1500 m 3 /ngày

+ Hàm lượng BOD5 ở đầu vào: 303,8 mg/l

+ Hàm lượng SS ở đầu vào: 148,3 mg/l

+ Nhiệt độ duy trì trong bể 30 0 C

+ Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn loại B

+ Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra = 51,9 mg/l gồm có 65% là cặn có thể phân huỷ sinh học

+ Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (nồng độ vi sinh vật ban đầu): X0 = 0

+ Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 (BOD hoàn toàn) là 0,68

+ Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,8

Xác định nồng độ BOD 5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra

Sơ đồ làm việc của hệ thống

+ Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào , lưu lượng bùn tuần hoàn , lưu lượng bùn xả và lưu lượng nước đầu ra, m 3 /ngày

+ S0 , S : nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng, mg/l

Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, nồng độ bùn trong nước thải dẫn vào bể, nồng độ bùn tuần hoàn, và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng là các yếu tố quan trọng trong quá trình xử lý nước thải Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của hệ thống và chất lượng nước thải sau xử lý Việc kiểm soát và tối ưu hóa các nồng độ này giúp nâng cao hiệu quả xử lý và bảo vệ môi trường.

Phương trình cân bằng vật chất:

BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra

+ BOD5 hoà tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/l

Lượng cặn có thể phân huỷ sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra:

Lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá hết lượng cặn có thể phân huỷ sinh học:

33,7  1,42 mgO2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa = 47,9 (mg/l)

Là lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng

Quá trình tính toán dựa theo phương trình phản ứng:

1 mg/l  1,42 mg/l Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5

BOD5 = 0,68  BOD20 = 0,68  47,9 = 32,6 (mg/l) Vậy: 45,6 (mg/l) = S + 32,6 (mg/l)

Tính hiệu quả xử lý:

Tính hiệu quả xử lý tính theoBOD:

303,8 × 100% = 95,7 % Hiệu quả xử lý của toàn bộ sơ đồ:

- Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 1500 m 3 /ngày

- Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,6 mgVSS/mgBOD 5

- X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X = 3500 mg/l

- K d : Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06/ ngày

-  c: Thời gian lưu bùn,  c = 10 ngày

- S0: hàm lượng BOD5 đầu vào, S0 = 303,8 mg/l

- S: hàm lượng BOD5 hòa tan đầu ra, S = 17 mg/l

Thời gian lưu nước trong bể:

62,5 = 7,5 (giờ) Thời gian lưu nước trong bể t = 4 – 8h  Thỏa

Chọn chiều cao hữu ích: H = 4 (m)

Chiều cao bảo vệ: h bv = 0,5 (m)

Chiều cao tổng cộng của bể:

H xd = H + h bv = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Diện tích mặt bằng bể:

4 = 116,9 (m 2 ) Chọn kích thước bể Aerotank: L × B × Hxd = 12m × 10m × 4,5m

Thể tích xây dựng của bể: Wt = L × B × Hxd = 12 × 10 × 4,5 = 540 (m 3 )

Tính lượng bùn cần xử lý

Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày:

Tính hệ số tạo bùn từ BOD5

(Mục 5/149/[4]) Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo MLVSS):

P X(VSS) = Y obs × Q ngày đêm tb × (S 0 - S)

Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày:

(Mục 5/149/[4]) Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi:

P xả = P x(SS) - P ra = P x(SS) -(Q ngàyđêm tb × S ra × 10 -3 )= 204,5 - (1500×45,6×10 −3 ) = 136,1 (kgSS ngày⁄ )

(Mục 5/149/[4]) Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn bùn: θ C = VX

- X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X = 3500 mg/l

-  c : Thời gian lưu bùn  c = 10 ngày

Lưu lượng nước thải ra khỏi hệ thống từ bể lắng đợt 2 (Qe) được xem là lượng nước đưa ra ngoài Trong quá trình này, lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn được coi là không đáng kể.

- Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xe= 0,8  Sra = 0,8  45,6 36,5mg/l

- Xr : Nồng độ chất rắn bay hơi có trong bùn hoạt tính tuần hoàn Xr = 0,8  10000

Xác định tỷ số tuần hoàn

Ta có phương trình cân bằng vật chất cho bể Aerotank:

- Qr: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn

- X0: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aerotank, mg/l

- X: nồng độ VSS trong bể Aerotank, X = 3500mg/l

- Xr: Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xr thuộc khoảng (7000-12000)mg/l, chọn Xth = 8000mg/l

Giả sử X0 rất nhỏ so với X và Xr, do đó ta có phương trình:

Chia hai vế cho Q và đặt tỷ số Qr/Q = R

8000 − 3500= 0,8 Lưu lượng bùn tuần hoàn:

Kiểm tra tỉ trọng F/M và tải trọng hữu cơ

→ Thỏa điều kiện F/M = (0,2 – 0,6) kg/kg.ngày

Tải trọng thể tích LBOD:

→ Giá trị này nằm tronng khoảng cho phép của thông số khi thiết kế bể ϵ (0,7 − 1,9) kgBOD/m 3 ngày

Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank

Lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý bùn hoạt tính:

- Q: lưu lượng nước thải trung bình, Q = 1500 m 3 /ngày

- S0: hàm lượng BOD5 đầu vào, S0 = 303,8 mg/l

- S: hàm lượng BOD5 đầu ra, S = 13 mg/l

- Px: lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày theo MLVSS, Px = 161,3 kg/ngày

- f: hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay, f trong khoảng (0,45 – 0,68), chọn f = 0,68

OC 0 = 737,5 (kgO 2 ⁄ngày) Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể:

- β: hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy β=1

- C d : nồng độ oxy cần duy trì trong công trình Khi xử lý nước thải thường lấy C d

- Cs20 : Nồng độ bão hoà oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc Cs = 9,08 mg/l

- C s30 : nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ (30˚C) C s30 7,94 mg/l

Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải, ký hiệu là α, chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, cũng như hình dáng và kích thước của bể Giá trị của α dao động từ 0,6 đến 0,94, và trong trường hợp này, chúng ta chọn α = 0,8.

Tính thể tích không khí theo yêu cầu:

Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 9%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế thực tế là SF = 1,5

Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết ( giả sử không khí chứa 23,2% O2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 20 0 C là 0,0118 kN/m 3 = 1,18 kg/m 3 ) là:

(Mục 9/151/[4]) Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 9% sẽ bằng

2695,1 0,09 = 29945,6 (m 3 ⁄ngày) = 20,8 (m 3 ⁄phút) Lưu lượng không khí cần cung cấp của máy thổi khí:

1440 = 31,2 (m 3 ⁄phút) = 0,52(m 3 ⁄ ) s Áp lực và công suất cho hệ thống máy thổi khí

KHÁI TOÁN KINH PHÍ

VẬN HÀNH – QUẢN LÝ – GIẢI QUYẾT SỰ CỐ