Mục tiêu đề tài
Thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nước thải khu dân cư để đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTMT
Tính toán các công trình đơn vị phù hợp với tình hình tài chính, diện tích… của khu dân cư.
Nội dung đề tài
Bài viết này tập trung vào việc thu thập số liệu và tài liệu để đánh giá tổng quan về mô hình khu dân cư Bình Trưng Đông, đặc biệt là khả năng gây ô nhiễm môi trường của khu vực này Đồng thời, nó cũng đề cập đến các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt nhằm giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.
- Lựa chọn công nghệ xử lý
- Tính toán hệ thống xử lý nước thải
- Quản lý và vận hành trạm xử lý
- Kết luận và kiến nghị
TỔNG QUAN VỀ KHU DÂN CƯ BÌNH TRƯNG ĐÔNG
Tổng quan về khu dân cư Bình Trưng Đông
1.1.1 Diện tích quy hoạch và vị trí địa lý
1.1.1.1 Diện tích khuôn viên và các phân khu chức năng
Hình 1.1: Sơ đồ hướng dẫn vị trí khu dân cư Bình Trưng Đông Quận 2.
Tổng diện tích khu dân cư Bình Trưng Đông: 193.317,8 m 2 Trong đó:
• Đất dân dụng: 193.057,8 m 2 Trong đó:
- Đất ở: 96.333 m 2 , chiếm 48,9% đất dân dụng, bao gồm:
- Đất xây dựng nhà biệt thự: 44.373,2 m², chiếm 46,08% đất ở.
- Đất xây dựng nhà chung cư: 21.294,6 m 2 , chiếm 22,11% đất ở.
- Đất xây dựng nhà liên kế vườn:30.665,2m²,chiếm 31,83% đất ở.
- Đất công viên cây xanh: 30.757,5m²,chiếm 15,93% đất dân dụng.
- Đất giao thông và bến tải: 54.388,8m²,chiếm 28,17% đất dân dụng.
- Đất công trình công cộng (trường mẫu giáo, trường trung học cơ sở): 11.578m², chiếm 6,01% đất dân dụng.
• Đất công trình đặc thù 260m² (bố trí công trình văn hóa-tín ngưỡng theo đề xuất của UBND quận 2).
Tọa lạc tại góc giao lộ của đường Đỗ Xuân Hợp và Nguyễn Duy Trinh – Quận
2, trải dọc bên sông Giồng Ông Tố,Phường Bình Trưng Đông Quận 2.
Vị trí dự án nằm ở phía bắc Bình Trưng Đông,Quận 2, cách trung tâm thành phố 10km.
Phía Đông giáp: hành lang (25m) tuyến ống dẫn khí Phú Mỹ - Thành phố Hồ Chí Minh (chạy dọc theo đường Đỗ Xuân Hợp lộ giới 40m)
Phía Tây khu vực này giáp với khu nhà của Công ty Kinh doanh và Phát triển Nhà Thành phố, Công ty Kinh doanh và Xây dựng Nhà Phú Nhuận, cùng với khu đất của Công ty TNHH Kiều Quốc Phương.
Khu vực phía Nam giáp rạch Giồng Ông Tố đã hoàn thiện cơ sở hạ tầng, tạo nên một không gian sống lý tưởng với cảnh quan công viên cây xanh thoáng mát xung quanh.
Trong tương lai, theo kế hoạch phát triển của TP Hồ Chí Minh, khu dân cư BìnhTrưng Đông có những thuận lợi sau:
- Lợi thế nằm đối diện công trình trọng điểm thể thao Rạch Chiếc, gần đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây.
- Cách không xa khu đô thị mới Thủ Thiêm.
Thủ Thiêm Xanh, chỉ cách trung tâm Quận 1 khoảng 20 phút, là lựa chọn lý tưởng với sự kết hợp giữa tiện nghi và gần gũi với thiên nhiên Đây không chỉ là một nơi sống lý tưởng mà còn là cơ hội đầu tư giá trị, hứa hẹn gia tăng trong tương lai.
1.1.2 Hiện trạng môi trường khu dân cư
Nước thải sinh hoạt và nước mưa tại khu vực này đang gây ra vấn đề ô nhiễm môi trường Mặc dù nước mưa không tự gây ô nhiễm, nhưng việc trải nhựa mái nhà và sân bãi làm giảm khả năng thấm nước Hơn nữa, nước chảy tràn trên mặt đất mang theo chất cặn bã và đất cát vào hệ thống thoát nước Nếu không có biện pháp tiêu thoát hiệu quả, tình trạng ứ đọng nước mưa sẽ xảy ra, dẫn đến tắc nghẽn hệ thống thoát nước và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
Lượng chất thải rắn phát sinh từ quá trình hoạt động, sinh hoạt của người dân trong khu vực.
Khối lượng rác thải phát sinh: rác thải sinh hoạt: thực phẩm, bọc nilông, lon chai, chất thải rắn có khả năng phân hủy…
Qui mô dân số dự kiến của khu đất khoảng 6.790 người.
Tiêu chuẩn rác thải sinh hoạt 1kg/người.ngày. Ước tính khối lượng rác thải ra của khu hoán đổi đất:
1kg/người.ngày × 6.790 người = 6790 kg/ngày
Vì qui mô dân số lớn nên lượng chất thải phát sinh trong ngày lớn, phải có biện pháp thu gom, quản lý và xử lý hợp lý.
Quá trình xử lí nước thải sẽ phát sinh một lượng bùn đáng kể.
Chất thải nguy hại là những chất hoặc hợp chất có đặc tính gây nguy hiểm trực tiếp như dễ cháy, dễ nổ, dễ ăn mòn, dễ lây nhiễm, hoặc tương tác với các chất độc hại khác, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người Trong khu nhà, các loại chất thải nguy hại thường gặp bao gồm gas, chất tẩy rửa, pin, hóa mỹ phẩm, thùng sơn đã qua sử dụng và vật dụng y tế trong hộ gia đình.
Khí thải từ phương tiện giao thông như xe máy và xe tải là nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí trong khu dân cư Các chất ô nhiễm chủ yếu bao gồm SOx, NOx, COx và bụi Mặc dù nguồn ô nhiễm này phân bố không đồng nhất và rải rác, nhưng vẫn cần được chú ý để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Lượng khí thải sinh ra tùy thuộc vào tính năng kỹ thuật của phương tiện Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào chế độ vận hành.
1.1.3 Tác động tới môi trường
1.1.3.1 Tác động tới môi trường đất
Nước mưa chảy tràn cuốn theo bụi bặm, chất ô nhiễm sẽ tự thấm trong khu vực Điều này sẽ làm thay đổi thành phần tính chất của đất.
Rác sinh hoạt nếu không được thu gom định kỳ có thể gây hại cho chất lượng đất đai trong khu vực Ngoài ra, nó còn tạo điều kiện cho sự phát triển của các loài côn trùng và bọ sát có hại, đồng thời là nguồn lây lan dịch bệnh.
1.1.3.2 Tác động với môi trường nước
Nước thải sinh hoạt và các chất bài tiết chứa nhiều sinh vật gây bệnh, do đó, việc thu gom và xử lý chúng một cách hợp lý là rất cần thiết để đảm bảo an toàn vệ sinh.
Nước mưa khi chảy tràn sẽ mang theo hợp chất, đất đá, cặn bẩn và dầu mỡ, dẫn đến tình trạng nghẽn hệ thống thoát nước Điều này không chỉ gây ra vấn đề an toàn vệ sinh mà còn ảnh hưởng đến mỹ quan khu vực Các chất lơ lửng trong nước thải gây ứ đọng và phát sinh mùi hôi, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường xung quanh.
Chất hữu cơ dễ phân hủy nếu không được xử lý sẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, do vi sinh vật tiêu thụ oxy để phân hủy chúng Bên cạnh đó, lượng dầu mỡ trong nước thải cũng hạn chế sự hòa tan và xâm nhập của oxy vào nguồn nước Điều này ảnh hưởng đến khả năng hô hấp và quang hợp của thủy sinh vật, đồng thời giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước.
1.1.3.3 Tác động do chất rắn
Rác thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy, tạo điều kiện cho sự phát triển của các mầm bệnh như ruồi, muỗi, gián, và gây ảnh hưởng xấu đến mỹ quan đô thị.
1.1.3.4 Tác động cho chất thải nguy hại
Chất thải nguy hại có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người, bao gồm tổn thương cơ thể, dị ứng, các bệnh mãn tính và cấp tính, cũng như các rối loạn về hô hấp, ung thư và hệ thần kinh Nếu không được xử lý đúng cách, chất thải nguy hại không chỉ hủy hoại môi trường mà còn tạo ra mối nguy tiềm ẩn cho sức khỏe cộng đồng.
1.1.3.5 Tác động do khí thải
Khí thải phát sinh từ các phương tiện giao thông ảnh hưởng trực tiếp đến người dân.Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng không tập trung và thường xuyên.
1.1.4 Biện pháp giảm thiểu tác động xấu
1.1.4.1 Khống chế ô nhiễm môi trường nước
Trong khu dân cư sử dụng nước ngầm, chất lượng nước sẽ được kiểm tra định kỳ Nếu phát hiện chỉ tiêu không đạt chuẩn, chủ đầu tư sẽ triển khai biện pháp xử lý để đảm bảo nước đạt tiêu chuẩn an toàn.
Nước mưa chảy tràn được thu gom và đưa vào hệ thống cấp nước khu vực sau khi đã được xử lý loại bỏ rác và tạp chất lớn thông qua bộ phận chắn rác Nước này cũng được sử dụng cho việc tưới cây và vệ sinh công cộng trước khi thoát vào hệ thống thoát nước mưa.
Xử lý nước thải gồm hai hệ thống:
Hệ thống thoát nước từ toilet thu gom nước thải từ hộ gia đình, nhà trẻ và trung tâm thương mại Nước thải này được xử lý sơ bộ trong bể xử lý tự hoại 3 ngăn tại từng khu nhà.
Lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải của khu dân cư
Tổng lưu lượng nuóc thải toàn khu 20 ha là 1200m 3 /ngày Tiêu chuẩn nước thải là 60m 3 /ngày/ha.
Thành phần 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 nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nước thải sinh hoạt tại khu vực này chứa đựng nhiều chất ô nhiễm, bao gồm các chất rắn lửng (SS), chất hữu cơ (BOD, COD), dinh dưỡng (N, P) và vi khuẩn gây bệnh E.Coli.
Chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm từ 50 – 60% tổng lượng chất, bao gồm cặn bã thực vật như rau, hoa, quả, giấy và các chất hữu cơ động vật như chất bài tiết của người và động vật, cũng như xác động vật Theo đặc tính hóa học, các chất hữu cơ này chủ yếu là Protein (40 – 60%), Hydrat carbon (25 – 50%) và chất béo, dầu mỡ (10%) Urê là một trong những chất hữu cơ quan trọng trong nước thải sinh hoạt.
Chất vô cơ trong nước thải chiếm 40 – 42% gồm chủ yếu cát, đất sét, các acid,bazơ vô cơ, dầu khoáng…
Thành phần nước thải trong khu dân cư được cho ở bảng sau:
Bảng 1.1 : Thành phần và tính chất nước thải khu dân cư
STT Thông số Đơn vị Đầu vào
4 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 300
5 Nitrat NO3 -(tính theo N) mg/l 12,5
7 Phosphat PO4 3-( tinh theo N) mg/l 11,7
9 Dầu mỡ thực vật mg/l 1,25
Nước thải từ nhà vệ sinh công cộng và hộ dân được dẫn qua bể tự hoại 3 ngăn, nơi thực hiện chức năng lắng và phân hủy cặn lắng Cặn rắn được giữ lại trong bể từ 3 – 6 tháng, dưới tác động của vi sinh vật kị khí, các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy, tạo ra khí và chất vô cơ hòa tan Thời gian lắng nước thải trong bể là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất xử lý cao Tuy nhiên, nước sau khi qua bể tự hoại vẫn không đạt tiêu chuẩn thải và được xả vào hệ thống cống thải chung của khu dân cư, dẫn đến hệ thống xử lý nước thải tập trung để đảm bảo tiêu chuẩn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
Tổng quan nước thải sinh hoạt
2.1.1 Nguồn gốc và đặc trưng của nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước xả bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân…
Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hộ gia đình, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác, cùng với nước thải vệ sinh từ công nhân tại các xí nghiệp và khu công nghiệp.
2.1.1.2 Đặc trưng chung của nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt bao gồm hai loại chính: thứ nhất, nước thải nhiễm bẩn từ chất thải bài tiết của con người tại các phòng vệ sinh; thứ hai, nước thải nhiễm bẩn từ các chất thải sinh hoạt như cặn bã từ nhà bếp và các chất tẩy rửa, bao gồm cả nước dùng để vệ sinh sàn nhà.
Các chất hữu cơ Các chất vô cơ
65% 10% 25% Cát Muối Kim loại Protein Các chất béo Cacbohydrat
Hình 2.1:Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt thường chứa cặn bã hữu cơ (SS), chất hữu cơ hòa tan (BOD5/COD), các chất dinh dưỡng như Nitơ và Photpho, cùng với vi trùng gây bệnh như E.Coli và Coliform, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng.
Chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 50-60% tổng lượng chất, bao gồm cặn bã thực vật như rau quả và giấy, cùng với chất hữu cơ động vật như chất bào tiết và xác động vật Nồng độ chất hữu cơ dao động từ 150-450 mg/l theo trọng lượng khô, trong đó có khoảng 20-40% là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40-42% gồm chủ yếu: cát, đất sét, các chất axit, bazơ vô cơ, dầu khoáng…
Nước thải chứa nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, virus, nấm, rong tảo và trứng giun sán, trong đó có thể có vi trùng gây bệnh như lỵ và thương hàn, có khả năng gây dịch bệnh Các vi sinh vật này thuộc nhóm chất hữu cơ trong thành phần hóa học của nước thải.
Bảng 2 1:Tải lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải sinh hoạt
Thông số Tải lượng,g/ người ngày Nồng độ * , mg/ l Tổng chất rắn
Các chất rắn dễ bay hơi
Cặn lơ lửng dễ bay hơi
* : nồng độ tính khi tiêu chuẩn nước thải là 170l/ người ngày
2.1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất ô nhiễm cần được xử lý bằng các phương pháp phù hợp Các phương pháp xử lý nước thải chủ yếu bao gồm: phương pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hóa học và hóa lý, cùng với phương pháp xử lý sinh học.
2.1.2.1 Phương pháp xử lý cơ học:
Phương pháp xử lý cơ học là kỹ thuật sử dụng các lực vật lý như trọng trường và lực ly tâm để tách biệt các chất không hòa tan và hạt lơ lửng lớn khỏi nước thải Phương pháp này không chỉ đơn giản và tiết kiệm chi phí mà còn mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý chất lơ lửng, do đó thường được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải.
Các công trình chính được sử dụng bao gồm song/lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể điều hòa, khuấy trộn, lắng, lắng cao tốc, tuyển nổi, lọc, hòa tan khí, bay hơi và tách khí Việc áp dụng các công trình này được tóm tắt trong bảng dưới đây.
Bảng 2 2:Áp dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải
(1) Song chắn rác Tách các chất rắn có kích thước lớn hay nhỏ.
(2) Nghiền rác Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn và đồng nhất.
(3) Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng, tải trọng BOD và SS.
(4) Khuấy trộn Khuấy trộn hóa chất hay khí vào trong nước thải nhưng vẫn giữ cặn ở trạng thái lơ lửng.
(5) Lắng Tạo các hạt cặn nhỏ thành các hạt có kích thước lớn hơn để tách cặn bằng lắng trọng lực và nén bùn.
(6) Tuyển nổi Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng nước, hoặc sử dụng để nén bùn sinh học.
(7) Lọc Tách các hạt lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học.
(8) Vận chuyển khí Bổ sung hoặc tách khí.
(9) Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi ra khỏi nước thải.
2.1.2.2 Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý:
Phương pháp xử lý nước thải chủ yếu dựa vào các đặc tính và phản ứng hóa học, mang lại hiệu quả cao Tuy nhiên, chi phí xử lý cao và khả năng tạo ra các sản phẩm phụ độc hại khiến phương pháp này ít được áp dụng.
Bảng 2 3: Áp dụng các quá trình hóa học trong xử lý nước thải
Kết tủa Tách photpho và nâng cao hiệu quả của việc tách cặn lơ lửng ở bể lắng bậc 1.
Hấp phụ Tách chất hữu cơ không được xử lý bằng phương pháp hóa học thông thường hoặc bằng phương pháp sinh học.
Khử trùng Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh.
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh Chlorine là chất được sử dụng rộng rãi nhất.
Khử Chlorine Tách lượng Clo dư còn lại sau quá trình Clo hóa.
Khử trùng bằng ClO2 Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh.
Khử trùng bằng BrCl2 Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh.
Khử trùng bằng Ozone Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh.
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh.
Phương pháp sinh học là một giải pháp hiệu quả trong xử lý nước thải sinh hoạt, nhằm keo tụ và tách các hạt keo không lắng cũng như phân hủy các chất hữu cơ thông qua hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí Quá trình này tạo ra các sản phẩm cuối cùng bao gồm khí CO2, N2, CH4, H2S, các chất vô cơ như NH4+ và PO4 3-, cùng với sự hình thành các tế bào mới.
Các quá trình xử lý sinh học được phân loại thành năm nhóm chính, bao gồm: quá trình hiếu khí, quá trình thiếu khí, quá trình kỵ khí, quá trình thiếu khí và kỵ khí kết hợp, cùng với quá trình hồ sinh học.
Quá trình xử lý có thể được phân chia dựa trên hai hệ thống chính: hệ thống tăng trưởng lơ lửng (suspended-growth system) và hệ thống tăng trưởng bám dính (attached-growth system), hoặc có thể là sự kết hợp của cả hai.
Phương pháp này được ưa chuộng vì tính kinh tế, đồng thời sản phẩm phụ từ quá trình có thể được sử dụng làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái tạo năng lượng (khí metan).
2.1.3.1 Công trình xử lý nước sinh học kỵ khí
Quá trình xử lý chất thải hữu cơ diễn ra thông qua sự phân hủy nhờ lên men kỵ khí, đặc biệt hiệu quả trong các công trình quy mô nhỏ và vừa Các hệ thống xử lý thường được áp dụng bao gồm bể tự hoại và giếng thấm, kết hợp giữa việc tách cặn lắng và phân hủy kỵ khí cả trong pha rắn và pha lỏng.
Bể tự hoại là một công trình xử lý nước thải bậc I, có chức năng xử lý sơ bộ bằng cách lắng nước thải và lên men cặn lắng.
Bể tự hoại có hình dạng chữ nhật hoặc tròn, được xây dựng từ gạch, bê tông cốt thép hoặc vật liệu composite Bể thường được chia thành 2 hoặc 3 ngăn, trong đó ngăn đầu tiên chiếm 50-70% dung tích toàn bể do phần lớn cặn lắng được tích tụ tại đây.
Bể tự hoại được chia thành hai phần: phần lắng nước thải ở trên và phần lên men cặn lắng ở dưới, với thời gian lưu nước từ 1 đến 3 ngày Hiệu quả lắng cặn đạt từ 40-60%, phụ thuộc vào nhiệt độ và quản lý bể Sau 3-6 tháng, cặn lắng sẽ lên men yếm khí, chủ yếu diễn ra qua quá trình lên men axit Các khí sinh ra như CH4, CO2, H2S có thể làm nước thải ô nhiễm trở lại và tạo lớp váng nổi Để dẫn nước thải vào và ra, cần sử dụng ống Tê có đường kính tối thiểu 100mm, một đầu dưới lớp màng nổi và đầu còn lại nhô lên để dễ kiểm tra và vệ sinh Cặn trong bể cần được lấy định kỳ, nhưng phải để lại khoảng 20% cặn đã lên men để hỗ trợ quá trình phân hủy cặn mới.
Hình 2.2:Mô hình bể tự hoại
Giếng thấm là công trình xử lý nước thải thông qua việc lọc qua cát, sỏi và oxy hóa kỵ khí các chất hữu cơ Sau khi xử lý, nước thải được thấm vào đất, giúp tiêu diệt hầu hết vi khuẩn gây bệnh nhờ thời gian lưu lại lâu trong đất Để đảm bảo hoạt động hiệu quả của giếng thấm, nước thải cần được xử lý trước bằng phương pháp lắng trong bể tự hoại hoặc bể lắng hai vỏ.
Giếng thấm chỉ nên được sử dụng khi mực nước ngầm trong đất nằm sâu hơn 1.5m, nhằm đảm bảo hiệu quả thấm lọc và tránh ô nhiễm nguồn nước dưới đất.
2.1.3.2 Công trình xử lí sinh học hiếu khí:
Quá trình xử lý nước thải dựa vào sự oxy hóa các chất hữu cơ nhờ oxy hòa tan, thường diễn ra trong các hồ hiếu khí hoặc đất ngập nước Tuy nhiên, do yêu cầu diện tích lớn, các công trình này không phù hợp với trạm xử lý có không gian hạn chế Để giải quyết vấn đề này, các công trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo được phát triển, dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính hoặc quá trình màng sinh vật Các công trình phổ biến bao gồm bể aerotank, kênh oxy hóa, bể lọc sinh học và đĩa lọc sinh học.
Bể Aerotank là loại bể sử dụng phương pháp bùn hoạt tính.
Nước thải sau khi xử lý sơ bộ vẫn chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng, đi vào Aerotank Các chất lơ lửng này bao gồm các chất rắn và hợp chất hữu cơ chưa hòa tan, tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào, sinh sản và phát triển thành các hạt cặn bông Quá trình xử lý nước thải trong Aerotank được gọi là xử lý sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật, trong đó bùn hoạt tính là các hạt cặn màu nâu sẫm, chứa hợp chất hữu cơ hấp phụ và là nơi cư trú của vi khuẩn cùng vi sinh vật khác Nước thải chứa hợp chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy, nhưng cũng có hợp chất khó phân hủy hoặc chưa hòa tan, cần vi khuẩn tiết ra enzyme ngoại bào để phân hủy thành chất đơn giản hơn Các hợp chất này sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxy hóa thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước, tuy nhiên, quá trình oxy hóa các hợp chất lơ lửng khó hòa tan diễn ra chậm hơn.
Hiệu quả làm sạch của bể Aerotank bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm đặc tính thủy lực của bể, phương pháp nạp chất nền và thu hồi hỗn hợp bùn hoạt tính Ngoài ra, kiểu dáng và đặc trưng của thiết bị làm thoáng cũng đóng vai trò quan trọng Do đó, khi thiết kế bể, cần xem xét kỹ lưỡng các yếu tố này để lựa chọn kiểu dáng và kích thước bể phù hợp.
Bể Aerotank truyền thống có hiệu suất xử lý cao nhưng cần thêm bể lắng I và II để loại bỏ chất bẩn và cặn bùn Trong bối cảnh diện tích đất ngày càng hạn chế, việc giảm số lượng thiết bị và công trình xử lý là rất cần thiết Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng các bể Aerotank hoạt động từng mẻ và bể Unitank, đáp ứng nhu cầu xử lý hiệu quả mà không chiếm quá nhiều diện tích.
Hình 2.3:Bể Aerotank Công nghệ Unitank:
Công nghệ Unitank là phương pháp xử lý nước thải hiếu khí sử dụng bùn hoạt tính, hoạt động theo chu kỳ và liên tục Hệ thống này cho phép điều chỉnh linh hoạt chế độ xử lý phù hợp với đặc điểm của nước thải đầu vào, đồng thời có khả năng loại bỏ Photpho và Nitơ khi cần thiết Thiết kế của hệ thống Unitank dựa trên các nguyên tắc và quy luật riêng, khác biệt so với các hệ thống xử lý nước thải bùn hoạt tính truyền thống.
Unitank là một bể hình chữ nhật chia thành ba khoang thông nhau, với hai khoang ngoài có hệ thống máng răng cưa giúp sục khí cho vi sinh vật và tách bùn khỏi nước đã xử lý Hệ thống đường ống dẫn nước thải vào từng khoang theo từng pha, với nước thải sau xử lý được đưa ra ngoài bể chứa nước sạch Bùn sinh học dư cũng được loại bỏ từ hai khoang ngoài Unitank hoạt động theo chu kỳ với dòng vào và ra, bao gồm hai pha chính kéo dài ba giờ và hai pha phụ một giờ, thời gian này có thể điều chỉnh dựa trên lưu lượng và tính chất nước thải đầu vào.
Hệ thống Unitank hoạt động tự động nhờ vào bộ PLC được lập trình sẵn, dựa trên đặc tính của nước thải và dữ liệu thực nghiệm Chu trình Unitank bao gồm hai pha chính và hai pha phụ.
Hình 2.4:Sơ đồ hoạt động các pha của bể Unitank
2.1.3.3 Bể lọc sinh học hiếu khí
Bể lọc sinh học hiếu khí, hay còn gọi là bể biophin, hoạt động dựa vào sự phát triển của vi sinh vật bám dính Có hai loại bể biophin: loại không ngập nước, bao gồm bể biophin nhỏ giọt và bể biophin cao tải, và loại ngập trong nước.
Bể biophin nhỏ giọt là thiết bị hiệu quả trong xử lý sinh học nước thải, giúp giảm hàm lượng ô nhiễm xuống còn 15mg/l, với hiệu suất xử lý đạt tới 90% hoặc cao hơn.
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
Tính chất nước thải đầu vào – Yêu cầu nước thải đầu ra
3.1.1 Tính chất nước thải đầu vào
Công suất của hệ thống XLNT Qtrung bình, ngày = 50 m 3 / ngày đêm.
Các chỉ tiêu đầu vào như sau:
Bảng 3.1: Thông số đầu vào của khu dân cư
STT Thông số Đơn vị Đầu vào
4 Chất rắn lơ lửng(SS) mg/l 300
5 Nitrat NO3 - (tính theo N) mg/l 12,5
8 Phosphat PO4 3-( tính theo N) mg/l 11,7
9 Dầu mỡ thực vật mg/l 1,25
Nguồn: Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường & Bảo Hộ Lao Động 3.1.2 Yêu cầu nước thải đầu ra
Nước thải sau xử lý phải đáp ứng QCVN 14:2008/BTNMT Cột A, giá trị C
Bảng 3.2: Thông số đầu vào và đầu ra của nước thải khu dân cư
STT Thông số Đơn vị Đầu vào QCVN
4 Chất rắn lơ lửng(SS) mg/l 300 50
5 Nitrat NO3 - (tính theo N) mg/l 12,5 30
8 Phosphat PO4 3-( tính theo N) mg/l 11,7 6
9 Dầu mỡ thực vật mg/l 1,25 10
Nguồn: Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường & Bảo Hộ Lao Động
Bảng thành phần tính chất nước thải trước và sau xử lý cho thấy, sau khi xử lý sơ bộ tại hầm tự hoại, nước thải cơ bản đạt chỉ tiêu nguồn tiếp nhận Tuy nhiên, một số thông số như BOD, SS, phosphat và coliform vẫn còn cao, cần tiếp tục xử lý để đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 14:2008/BTNMT trước khi xả vào nguồn tiếp nhận.
Yêu cầu thiết kế
3.2.1 Nguyên tắc lựa chọn Để lựa chọn các giải pháp công nghệ thích hợp xử lý nước thải ở nước ta hiện nay cần dựa trên 4 nguyên tắc cơ bản:
Phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng khu vực, từng đô thị
Phù hợp với thành phần, tính chất nước thải
Phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội và từng đô thị
Kết hợp giữa mục tiêu ngắn hạn và dài hạn, việc đầu tư xây dựng cần dựa trên khả năng tài chính hiện tại, đồng thời hướng tới việc phát triển một dây chuyền công nghệ hoàn chỉnh Điều này giúp từng bước hoàn thiện và nâng cấp công nghệ hiện đại trong tương lai.
3.2.2 Điều kiện tự nhiên: Đặc điểm đô thị ở nước ta là tập trung phần lớn ở vùng đồng bằng, do đó còn quan tâm tới 4 vùng đặc trưng: Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH), Ven biển Miền Trung (VBMT), Đông Nam Bộ (ĐNB) và Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL).
Nhiệt độ trung bình hàng năm ở khu vực này khá cao, tạo điều kiện thuận lợi cho công nghệ xử lý sinh học, đặc biệt là sinh học tự nhiên và công nghệ xử lý sinh học kị khí.
Vùng Đông Nam Bộ chủ yếu có thổ nhưỡng cát, rất thích hợp cho việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải bằng bãi thấm Ngược lại, vùng Đồng Bằng Sông Hồng và Đồng Bằng Sông Cửu Long lại có điều kiện thuận lợi hơn cho việc sử dụng công nghệ hồ sinh học trong xử lý nước thải.
3.2.3 Thành phần và tính chất nước thải
Nước thải đô thị ở Việt Nam có thành phần và tính chất khác biệt so với nước thải ở các thành phố hiện đại của các nước công nghiệp phát triển do ba lý do chính.
Mức sống trung bình của xã hội trong các đô thị còn thấp nên lượng chất nước thải hữu cơ theo người không cao.
Hầu hết các ngôi nhà đều trang bị bể tự hoại, dù đã hoàn thiện hay chưa, giúp xử lý một phần nước thải bằng phương pháp sinh học kị khí trước khi xả vào cống.
Mạng lưới thoát nước ở đô thị Việt Nam còn thiếu hoàn thiện, khiến nước thải tồn đọng lâu trong cống vào mùa khô Điều này dẫn đến quá trình xử lý kị khí tương tự như trong bể tự hoại, tạo ra một số đặc trưng riêng cho hệ thống thoát nước đô thị.
Nồng độ ô nhiễm nước thải tại Việt Nam thấp hơn so với các nước công nghiệp phát triển Cụ thể, ở các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, chỉ số BOD5 thường dao động từ 150 đến 200 mg/l, trong khi ở các đô thị khác, chỉ số này nằm trong khoảng 100 đến 150 mg/l.
Nồng độ các chất rắn lơ lửng (SS) có sự biến động lớn, thường thấp trong mùa khô nhưng lại tăng đột ngột khi có mưa, có thể cao gấp hàng chục lần so với mức bình thường.
Nồng độ NH3 và H2S trong nước thải cao, vì vậy việc áp dụng giải pháp xử lý sinh học tự nhiên sẽ hiệu quả hơn so với phương pháp sinh học nhân tạo.
3.2.4 Điều kiện kinh tế - xã hội
Việc thu phí thoát nước là một yêu cầu cần thiết mà chúng ta phải thực hiện sớm hay muộn Tại Việt Nam, tỷ lệ người có thu nhập trung bình và thấp chiếm đa số, khiến cho áp lực tài chính trở nên nặng nề hơn khi phí thoát nước được áp dụng Do đó, công nghệ xử lý nước thải cần phải đảm bảo chi phí thấp, giúp người dân có thể chi trả và chấp nhận phí thoát nước Để đạt được mục tiêu này, cần chú ý đến những vấn đề liên quan.
Ưu tiên áp dụng công nghệ xử lý tự nhiên vì nó giúp giảm chi phí xử lý, đặc biệt là khi thiết bị nhập khẩu không đáng kể Công nghệ này hầu như không tiêu thụ điện năng hoặc chỉ tiêu thụ rất ít, đồng thời có quy trình vận hành đơn giản mà không cần đến công nhân kỹ thuật có trình độ cao.
Tiêu chuẩn vệ sinh và yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý hiện đang phát triển theo từng giai đoạn, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế và mức sống xã hội Tuy nhiên, các tiêu chuẩn này vẫn chưa đồng bộ và tồn tại nhiều mâu thuẫn, với một số chỉ tiêu khó đạt được trong quá trình xử lý Để cải thiện tình hình, việc khai thác điều kiện tiếp nhận của môi trường là cần thiết, giúp dẫn nước xa hơn và tránh xả vào các nguồn nước thô cũng như khu vực đông dân cư Mặc dù yêu cầu xử lý có thể chỉ dừng lại ở một mức nhất định, những nhà thiết kế có kinh nghiệm vẫn có thể nâng cao chất lượng nước xử lý bằng cách khai thác hợp lý hiện tượng anoxic.
Tái sử dụng nước thải sau xử lý là một vấn đề quan trọng cần được chú ý, vì nó không chỉ giúp giảm chi phí xử lý mà còn tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa lợi ích ngắn hạn và bền vững lâu dài.
Đề xuất công nghệ xử lý
Thuyết minh quy trình công nghệ phương án 1
Máy sàng rác Hầm tiếp nhận
Nguồn tiếp nhận( QCVN 14:2008/BTNMT
Nước thải sinh hoạt từ cư dân được dẫn qua hệ thống cống và qua song chắn rác thô, nơi rác lớn hơn 20mm được loại bỏ và đưa vào thùng chứa Sau đó, nước thải vào hầm tiếp nhận trước khi qua bể điều hòa Tại đây, nước được xử lý qua song chắn rác tinh, giữ lại rác có kích thước lớn hơn 2mm, giúp giảm hàm lượng chất lơ lửng trong nước Chất thải sau đó được thu gom vào thùng chứa inox và lượng rác từ hai loại song chắn rác sẽ được xử lý tại các nhà máy xử lý chất thải rắn.
Nước từ hố thu gom được bơm qua thiết bị tách rác tinh đến bể điều hòa, nơi điều chỉnh lưu lượng và nồng độ chất bẩn của nước thải để đảm bảo hoạt động ổn định cho các công trình xử lý tiếp theo Tại bể điều hòa, nước thải được cấp khí từ máy thổi khí qua hệ thống đĩa phân phối, giúp khuấy trộn và tạo điều kiện hiếu khí, ngăn ngừa hiện tượng phân hủy kị khí gây mùi hôi Sau khi qua bể điều hòa, nước thải sẽ được bơm về bể lắng I.
Bể lắng có dạng lắng đứng, nơi nước được phân phối vào ống trung tâm và tạo dòng từ dưới lên, giúp các cặn lơ lửng kết dính lại thành các bông cặn lớn hơn, từ đó cải thiện quá trình lắng dưới tác dụng của trọng lực Nước trong sẽ được thu qua máng thu nước và tiếp tục được đưa vào bể Aerotank Tại đây, khí được cấp vào nhờ các đĩa phân phối, tối ưu hóa quá trình hòa tan Oxy Mục tiêu của giai đoạn này là giảm lượng hữu cơ trong nước thải thông qua hoạt động phân hủy của vi sinh vật, đồng thời đông tụ các chất thải dạng keo lắng, dẫn đến sự tăng trưởng của sinh khối vi sinh vật và giảm hàm lượng chất hữu cơ.
Sau khi nước được bơm qua bể Aerotank, nó sẽ tiếp tục vào bể lắng II, nơi có nhiệm vụ tách bùn hoạt tính khỏi nước thải đã qua xử lý Phần lớn bùn lắng sẽ được bơm tuần hoàn trở lại bể Aerotank, trong khi lượng bùn dư sẽ được chuyển đến bể phân hủy bùn Trước khi xả ra nguồn tiếp nhận, nước thải cần được xử lý qua bể khử trùng để loại bỏ vi trùng gây bệnh.
Thuyết minh sơ đồ công nghệ phương án 2
Bể phân hủy bùn Máy thổi khí
Nguồn tiếp nhận QCVN 14:2008/BTNMT Cột A, giá trị C
Nước thải sinh hoạt từ khu dân cư được dẫn qua hệ thống cống và qua song chắn rác thô, nơi loại bỏ rác có kích thước lớn hơn 20mm vào thùng chứa Sau đó, nước thải vào hầm tiếp nhận trước khi đi qua bể điều hòa Trước khi vào bể điều hòa, nước sẽ được lọc qua song chắn rác tinh, giữ lại toàn bộ rác có kích thước lớn hơn 2mm, giúp giảm hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải.
Nước từ hố thu gom được đưa qua thiết bị tách rác tinh và đến bể điều hòa, nơi có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng và nồng độ chất bẩn của nước thải Bể điều hòa đảm bảo hoạt động ổn định cho các công trình xử lý tiếp theo Tại đây, nước thải được cấp khí từ máy thổi khí chìm để khuấy trộn, tạo điều kiện hiếu khí và ngăn ngừa hiện tượng phân hủy kị khí gây mùi hôi Sau khi qua bể điều hòa, nước thải sẽ được bơm về bể lắng I.
Bể lắng đứng là thiết bị quan trọng trong xử lý nước thải, với Bể lắng I có khả năng lắng đọng một phần cặn hữu cơ Sau khi quá trình lắng diễn ra, nước thải sẽ được chuyển sang bể hiếu khí, nơi có lớp vật liệu lọc ngập trong nước, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý.
Trong bể sinh học hiếu khí, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan được chuyển hóa thành bông bùn sinh học nhờ vào quần thể vi sinh vật hiếu khí có khả năng lắng dưới trọng lực Nước thải liên tục chảy vào bể, nơi khí được đưa vào và xáo trộn với bùn hoạt tính, cung cấp oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ Dưới điều kiện này, vi sinh vật sử dụng các chất dinh dưỡng như BOD, N, và P để phát triển và tạo thành bông bùn bám dính Sau một thời gian, hỗn hợp bông bùn này sẽ bám vào vật liệu lọc và sau đó bị tróc ra, chảy đến bể lắng sinh học.
Sau khi nước thải đi qua bể sinh học hiếu khí, nó sẽ được dẫn vào bể lắng II để lắng lại bông bùn hoạt tính Phần nước trong sau đó sẽ được chuyển đến bể khử trùng, nơi vi sinh vật còn sót lại sẽ được tiêu diệt trước khi nước thải được thải ra môi trường.
Phần bùn từ bể lắng I và bể lắng II sẽ dẫn qua bể phân hủy bùn kị khí, sau đó được hút định kì.
3.3.3 Nhận xét và lựa chọn
- Tiết kiệm diện tích xây dựng lớn so với các hệ thống xử lý sinh học tự nhiên như: Mương oxy hóa…
- Nồng độ Nitơ và phospho vẫn cao sau khi xử lý
- Chi phí đầu tư lớn
- Khó vận hành và kiểm soát
- Nhân viên vận hành phải có trình độ
- Xử lý được Nitơ và phospho
- Khả năng lắng cặn bông bùn tốt hơn
- Chi phí đầu tư lớn
- Hiệu quả xử lý cao Hiệu quả xử lý COD 80- 95%
Phương án 2 nổi bật với nhiều ưu điểm vượt trội so với phương án 1, do đó, chúng ta quyết định lựa chọn phương án 2 để xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư.
TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
Nhiệm vụ thiết kế và cơ sở tính toán
Thiết kế công nghệ cho khu dân cư cần xử lý lưu lượng nước thải trung bình 1200m³/ngày Cần thực hiện tính toán thiết kế công nghệ cho hệ thống xử lý nước thải, đồng thời thể hiện mặt bằng của hệ thống này Tiêu chuẩn chất lượng nước thải sau xử lý phải tuân thủ QCVN 14:2008/BTMT, Cột A, giá trị C Nồng độ chất ô nhiễm và yêu cầu chất lượng nước xả vào nguồn tiếp nhận được nêu rõ trong bảng đính kèm.
Bảng 4.1: Thông số đầu vào và đầu ra của nước thải khu dân cư
STT Thông số Đơn vị Đầu vào QCVN
4 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 300 50
5 Nitrat NO3 -( tính theo N) mg/l 32 15
6 Phosphat PO4 3-( tính theo N) mg/l 8 4
9 Dầu mỡ thực vật mg/l 1,25 10
Nguồn: Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường và Bảo Hộ Lao Động
BOD tương đối thấp nên công nghệ xử lý phù hợp là công nghệ xử lý sinh học.
Trong nước thải sinh hoạt của khu dân cư có chứa vi sinh vật, dù ở mức độ nào, và đây là nguồn lây truyền khi xả ra môi trường Do đó, cần thiết phải có hệ thống khử trùng nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
Nội dung xác định các thông số tính toán:
- Mức độ cần xử lý nước thải
Các lưu lượng tính toán cần xác định
Lưu lượng trung bình ngày đêm:
Lưu lượng trung bình giờ:
Lưu lượng giây trung bình:
Lưu lượng giờ lớn nhất:
Với là hệ số không điều hòa ngày của nước thải sinh hoạt của khu dân cư phụ thuộc vào nước thải trung bình
Bảng 4.2 : Hệ số không điều hòa của nước thải
Hệ số không điều hòa chung K 0
Lưu lượng nước thải trung bình q (l/s)
Từ bảng số liệu trên, với = 14l/s dùng phương pháp nội suy có hệ số = 2,02
Lưu lượng ngày lớn nhất là:
Lưu lượng giây lớn nhất : = = = 28,06 l/s
Mức độ cần xử lý nước thải:
Mức độ cần xử lý nước thải được tính theo:
- Hàm lượng chất lơ lửng ( phục vụ tính toán công nghệ cơ học)
- Hàm lượng BOD ( phục vụ tính toán các công trình và công nghệ xử lý sinh học) Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo chất lơ lửng:
- C1: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải trước khi xử lý
- C2: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sau khi xử lý cho phép xả vào nguồn
Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo BOD5:
L1 : Hàm lượng BOD5 trong nước thải trước khi xử lý
L2: Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau khi xử lý cho phép xả vào nguồn
Tính toán các công trình đơn vị
4.2.1 Song chắn rác a Nhiệm vụ: nhằm loại bỏ các loại rác có kích thước lớn, nhằm bảo vệ các công trình phía sau, cản các vật lớn đi qua có thể làm tắc nghẽn hệ thống ( đường ống, mương dẫn, máy bơm) làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của các công trình phía sau. b Tính toán
Bảng 4.3: Các thông số thiết kế song chắn rác
Thông số Song chắn rác và các biện pháp lấy rác
25 - 38 Khoảng cách giữa các song chắn rác 25 – 50 15 - 75 Độ dốc đặt thanh chắn so với phương thắng đứng 30 – 45 0 - 30
Vận tốc dòng chảy trong mương dẫn phía trước song chắn rác
Tổn thất áp lực cho phép,mm 150 150-600
Nguồn:Xử lý nước thải Đô thị & công nghiệp- Lâm Minh Triết Kích thước mương đặt song chắn rác
Chọn vận tốc nước chảy trong mương: v= 0,5m/s
Chọn kích thước mương rộng và sâu: B H = 0,6m 0,8m
Vậy chiều cao lớp nước trong mương là: h= = = 0,1m
Kích thước song chắn rác
Chọn kích thước thanh rộng dày = b d = 5mm 25 mm
Khe hở giữa các thanh là w%mm
Song chắn rác có n thanh số khe hở: m = n+1
600 = n 5mm +(n+1) 25mm n = 20 thanh Điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh:
Hình 4.1:Sơ đồ lắp đặt song chắn rác
Tính toán tổn thất áp lực qua song chắn rác
Tổng tiết diện các khe song chắn:
- B: Chiều rộng đặt mương song chắn rác (m)
- b: chiều rộng thanh song chắn (m)
- h: chiều cao lớp nước trong mương (m)
Vận tốc dòng chảy qua song chắn:
Tổn thất áp lực qua song chắn: hL = = =8.10 -3 m= 8mm