Luận văn thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của khu chung cư

TỔNG QUAN

Tổng quan về nước thải

Nước thải là loại nước đã được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu và sản xuất, dẫn đến sự thay đổi về thành phần và tính chất ban đầu của nó.

Nước thải chứa các tạp chất vô cơ và hữu cơ dưới dạng hòa tan, không hòa tan, keo và lơ lửng Khi nồng độ của các thành phần này cao, chúng có thể gây tác động tiêu cực đến môi trường, làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của động, thực vật thủy sinh, cũng như sức khỏe và đời sống con người.

Nước thải được phân loại dựa trên nguồn gốc phát sinh, điều này giúp xác định biện pháp và công nghệ xử lý phù hợp Hai nguồn chính gây ra nước thải với lưu lượng lớn và mức độ ô nhiễm cao là sinh hoạt và sản xuất công nghiệp.

Nước thải sinh hoạt là loại nước được xả ra sau khi sử dụng cho các hoạt động hàng ngày như tắm, giặt giũ, và vệ sinh cá nhân Nó thường phát sinh từ các nguồn như hộ gia đình, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào số lượng dân cư, tiêu chuẩn cấp nước, và đặc điểm của hệ thống thoát nước trong khu vực.

Nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

Nước đen là loại nước thải có mức độ ô nhiễm cao, chủ yếu do chất bài tiết của con người từ các toilet Thông thường, nước đen được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại, tuy nhiên, chất lượng nước đầu ra sau bể tự hoại vẫn chưa đạt tiêu chuẩn Dù vậy, bể tự hoại vẫn giúp xử lý một lượng lớn các chất ô nhiễm.

Nước xám là loại nước thải có mức độ ô nhiễm thấp hơn nước đen, phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt như nấu ăn, tắm rửa, giặt giũ và vệ sinh sàn nhà Loại nước này thường chưa qua xử lý và được thải trực tiếp ra môi trường.

Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường

Nước thải công nghiệp là loại nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất của các xí nghiệp Đặc điểm ô nhiễm và nồng độ của nước thải này rất đa dạng, tùy thuộc vào từng loại hình công nghiệp và công nghệ được áp dụng.

Nước thải công nghiệp chủ yếu chứa các thành phần ô nhiễm như chất vô cơ, kim loại nặng, và các chất hữu cơ hòa tan Ngoài ra, nước thải còn có thể chứa dầu, mỡ, các chất nổi, chất lơ lửng, và hàm lượng cao các chất dinh dưỡng như Nitơ (N) và Phospho (P) Các chất hữu cơ trong nước thải được phân loại thành dễ và khó phân hủy sinh học, cùng với các hợp chất gây mùi.

1.1.3 Thành phần nươc thải sinh hoạt [6]

Các chất chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm chất hữu cơ, chất dinh dƣỡng, chất lơ lửng và vi sinh vật

Nước thải sinh hoạt chứa khoảng 58% các chất hữu cơ, bao gồm chất hữu cơ thực vật như cặn bã thực vật, rau, quả và giấy, cùng với chất hữu cơ động vật như chất bài tiết của con người và động vật, cũng như xác động vật Về mặt hóa học, các chất hữu cơ chủ yếu là protein (40 – 60%), hydratcacbon (25 – 50%) và chất béo, dầu mỡ (10%) Ure cũng là một thành phần quan trọng trong nước thải sinh hoạt Nồng độ các chất hữu cơ thường được xác định qua các chỉ tiêu BOD và COD.

Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 42% gồm: cát, đất sét, các 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 tả, lị, và thương hàn, có khả năng gây ra dịch bệnh Về mặt hóa học, các vi sinh vật này thuộc nhóm chất hữu cơ.

Bảng 1.1: Đặc tính thông thường của nước thải sinh hoạt

COD 1000 500 250 Đạm hữu cơ 35 15 8 Đạm amôn 50 25 12

(Nguồn: Metcalf and Eddy.1991 Trích bởi Chongrak 1989)

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước [3]

Việc xác định các chỉ tiêu của nước sẽ cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm hay hiệu quả của phương pháp xử lý nước thải

Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến độ pH và các quá trình hóa học, sinh hóa trong nước Nó chịu tác động lớn từ môi trường xung quanh, thời gian trong ngày và mùa trong năm.

Nhiệt độ cao làm giảm nồng độ oxy hòa tan (DO) trong nước, ảnh hưởng tiêu cực đến sự hòa tan oxy từ không khí Sự gia tăng nhiệt độ trong nước cũng kích thích các phản ứng hóa sinh và sự phát triển của vi tảo Nước thải nóng từ các ngành công nghiệp, như nước làm mát và nước nồi hơi từ nhà máy nhiệt điện, thường có nhiệt độ cao hơn môi trường từ 10-15 độ C, gây ô nhiễm nhiệt cho nguồn nước tiếp nhận Nước nóng có thể làm thay đổi quy trình sống và thậm chí thay đổi thành phần loài trong các quần thể sinh vật thủy vực.

Nước nguyên chất không có màu sắc, và màu sắc của nước thường do các tạp chất gây ra, bao gồm chất mùn, một số ion vô cơ và một số loài thủy sinh.

Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường cho thấy màu sắc của nước thải, thường là màu nâu hoặc đen, không chỉ làm mất mỹ quan mà còn ảnh hưởng đến tâm lý người sử dụng Hơn nữa, màu sắc này hạn chế quá trình tổng hợp diệp lục của thực vật thủy sinh, dẫn đến giảm chất lượng nước sử dụng.

Có nhiều phương pháp để xác định màu của nước, trong đó phổ biến nhất là so sánh mẫu nước với các dung dịch chuẩn như clorophantinat coban Đơn vị đo độ màu thường được sử dụng là platin-coban, và nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 20 0 PtCo.

Nước sạch thường không có mùi, nhưng khi bị ô nhiễm, nó sẽ xuất hiện mùi lạ Nước thải chứa nhiều tạp chất hóa học, dẫn đến các mùi đặc trưng Quá trình phân giải các chất hữu cơ cũng làm thay đổi mùi vị của nước Chẳng hạn, nước thải có thể có mùi trứng thối do H2S, mùi tanh do sắt, vị chát do sunfat, mùi khai do NH3, mùi hôi do CH3(CH2)3SH và CH3SH, mùi thịt thối do NH2(CH2)4NH, mùi nồng do Cl2, và vị mặn do NaCl.

Xác định mùi của nước thải bằng cách lấy mẫu nước vào bình kín, lắc trong 10-20 giây, sau đó ngửi mùi mà không để hơi đi thẳng vào mũi Độ đục của nước cho biết mức độ ô nhiễm, với nước đục thường có độ đục từ 20-100 NTU, do các hạt rắn lơ lửng, có thể là vô cơ, hữu cơ hoặc vi sinh vật Độ đục ảnh hưởng đến khả năng truyền sáng và quang hợp; nước được coi là trong khi độ đục nhỏ hơn 10 NTU và mức nhìn sâu lớn hơn 1 m Theo tiêu chuẩn Việt Nam, nước sinh hoạt phải có độ đục nhỏ hơn 5 NTU Độ nhớt, biểu thị ma sát nội trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng, ảnh hưởng đến áp lực và quá trình xử lý nước, tăng khi hàm lượng muối hòa tan tăng và giảm khi nhiệt độ tăng.

Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường cho thấy nước có độ dẫn điện kém, với nước tinh khiết ở 20°C có độ dẫn điện là 4,2 μS/m, tương ứng với điện trở 23,8 MΩ/cm Độ dẫn điện của nước tăng khi hàm lượng các chất khoáng hòa tan tăng và có sự biến động theo nhiệt độ.

Thông số này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hoà tan trong nước

Tính phóng xạ của nước xuất phát từ sự phân huỷ các chất phóng xạ có trong nước, được xác định thông qua hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β Hạt α, bao gồm 2 proton và 2 nơtron, có năng lượng xuyên thấu thấp nhưng có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc tiêu hoá, gây hại do tính ion hoá mạnh Trong khi đó, hạt β có khả năng xuyên thấu tốt hơn nhưng dễ bị ngăn chặn bởi lớp nước, cũng gây ra tác động tiêu cực đến sức khoẻ con người.

Tổng hàm lượng các chất rắn (TS) trong nước bao gồm cả chất tan và không tan, với thành phần là các chất vô cơ và hữu cơ TS được xác định bằng cách đo lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước qua nồi cách thủy, sau đó sấy khô ở 105°C cho đến khi khối lượng không đổi Đơn vị đo lường là mg/l.

Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS) là lượng chất rắn không tan trong nước, được xác định qua việc lọc 1 lít nước mẫu qua giấy lọc sợi thủy tinh Sau khi lọc, phần chất rắn còn lại được sấy khô ở 105°C cho đến khi khối lượng không thay đổi Kết quả được tính bằng đơn vị mg/l.

Tổng hàm lượng các chất hòa tan (DS) là chỉ số đo lường các chất rắn hòa tan trong nước, bao gồm cả chất vô cơ và hữu cơ Để xác định hàm lượng này, người ta lọc 1 lít mẫu nước qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh, sau đó sấy khô ở 105°C cho đến khi khối lượng ổn định Đơn vị tính của DS là mg/l, và công thức tính được xác định là DS = TS – SS.

Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi trong mẫu nước được đánh giá thông qua hai khái niệm chính: tổng hàm lượng các chất hữu cơ không tan dễ bay hơi và tổng hàm lượng các chất hòa tan dễ bay hơi.

Hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) được xác định bằng cách nung chất rắn huyền phù (SS) ở nhiệt độ 550 oC cho đến khi khối lượng đạt trạng thái không đổi.

Hàm lượng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi (VDS) là khối lượng giảm đi khi nung chất rắn hòa tan (DS) ở nhiệt độ 550°C cho đến khi đạt trạng thái ổn định.

Một số phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt [2,3,5,6]

Nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm đa dạng, cần được xử lý bằng các phương pháp phù hợp Các phương pháp xử lý nước thải được phân loại thành nhiều loại khác nhau.

Phương pháp xử lý cơ học;

Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý;

Phương pháp xử lý sinh học

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học

Nước thải thường chứa các chất lơ lửng không tan, do đó cần tách chúng ra bằng các phương pháp cơ học Các phương pháp phổ biến bao gồm lọc qua song chắn rác, lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực ly tâm Việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp phụ thuộc vào kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết.

Nước thải trước khi vào hệ thống xử lý cần qua song chắn rác để loại bỏ các thành phần lớn như giẻ, vỏ đồ hộp, rác cây và bao nilon Việc này giúp ngăn ngừa tắc nghẽn bơm, đường ống và kênh dẫn, đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho toàn bộ hệ thống xử lý nước thải.

Tùy thuộc vào kích thước khe hở, song chắn rác được chia thành ba loại: thô, trung bình và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm, trong khi song chắn rác mịn có khoảng cách từ 10 – 25 mm Về hình dạng, có hai loại chính là song chắn rác và lưới chắn rác Ngoài ra, song chắn rác có thể được lắp đặt cố định hoặc di động, và loại thủ công thường được đặt vuông góc với dòng chảy, được làm từ thép không gỉ.

Lưới chắn rác, được làm bằng kim loại, thường được lắp đặt ở cửa vào kênh dẫn với góc nghiêng từ 45 – 60 độ cho việc làm sạch thủ công hoặc từ 75 – 85 độ cho việc làm sạch bằng máy Vận tốc nước chảy qua lưới không vượt quá 0,6 m/s, với tiết diện của song chắn có thể là tròn, vuông hoặc hỗn hợp Tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhưng dễ bị tắc, do đó, tiết diện hỗn hợp với cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước là phổ biến hơn Vận tốc nước qua song chắn được giới hạn từ 0,6 – 1 m/s, với vận tốc tối đa khoảng 0,75 – 1 m/s để ngăn rác bị đẩy qua khe, trong khi vận tốc tối thiểu là 0,4 m/s để tránh phân hủy chất thải rắn.

Bể lắng cát được thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2 đến 2 mm trong nước thải, giúp bảo vệ bơm khỏi sự mài mòn do cát và sỏi, đồng thời ngăn ngừa tắc nghẽn ống dẫn và bảo vệ các công trình sinh học phía sau Có hai loại bể lắng cát: bể lắng ngang và bể lắng đứng Để tăng cường hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng phổ biến.

Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3 m/s, giúp các hạt cát, sỏi và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy Trong khi đó, hầu hết các hạt hữu cơ sẽ không lắng và sẽ được xử lý ở các công trình tiếp theo.

Bể lắng đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các hạt cặn lơ lửng trong nước thải, bao gồm bể lắng đợt 1 cho cặn có sẵn và bể lắng đợt 2 cho cặn hình thành từ quá trình keo tụ và xử lý sinh học Dựa trên dòng chảy, bể lắng được chia thành hai loại chính: bể lắng ngang và bể lắng đứng.

Trong bể lắng ngang, nước chảy theo phương ngang với tốc độ tối đa 0,01 m/s và thời gian lưu từ 1,5 đến 2,5 giờ Ngược lại, bể lắng đứng cho phép nước thải di chuyển theo phương thẳng đứng với tốc độ từ 0,5 đến 0,6 m/s, thời gian lưu dao động từ 45 đến 120 phút Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn từ 10 đến 20% so với bể lắng ngang.

1.3.2 Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý

Phương pháp tuyển nổi là kỹ thuật hiệu quả để tách các tạp chất rắn hoặc lửng không tan khỏi pha lỏng, thường được áp dụng trong xử lý nước thải để loại bỏ các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học Quá trình này cũng có thể tách các chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt Ưu điểm nổi bật của phương pháp tuyển nổi là khả năng loại bỏ hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn.

Quá trình tuyển nổi diễn ra khi các bọt khí nhỏ được sục vào pha lỏng, kết dính với hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ nổi lên bề mặt nhờ vào bọt khí.

Phân loại các phương pháp tuyển nổi:

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén

- Tuyển nổi với tách không khí từ nước

- Tuyển nổi điện, tuyến nổi sinh học và hóa học

Hiệu suất của quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng và kích thước bọt khí cũng như hàm lượng chất rắn Kích thước tối ưu của bọt khí thường nằm trong khoảng 15 – 30 micromet, trong khi kích thước bình thường dao động từ 50 – 120 micromet Khi hàm lượng hạt rắn cao, khả năng va chạm và kết dính giữa các hạt sẽ tăng, dẫn đến việc giảm lượng khí tiêu tốn Do đó, việc duy trì kích thước bọt khí ổn định trong quá trình tuyển nổi là rất quan trọng.

Trong nguồn nước, các hạt thường tồn tại dưới dạng keo mịn phân tán với kích thước từ 0,1 đến 10 micromet Những hạt này không nổi lên hay lắng xuống, làm cho việc tách loại chúng trở nên khó khăn Do kích thước nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của các hạt này rất lớn, khiến hiện tượng hóa học bề mặt trở nên quan trọng.

Các hạt nhỏ trong nước có xu hướng keo tụ nhờ lực hút Vander Waals, dẫn đến sự kết dính khi khoảng cách giữa chúng giảm do va chạm Va chạm này xảy ra nhờ chuyển động Brown và tác động của sự xáo trộn, tuy nhiên, trong trường hợp phân tán, hiện tượng này có thể bị ảnh hưởng.

Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường nghiên cứu về trạng thái phân tán của các hạt nhờ lực đẩy tĩnh điện từ bề mặt mang điện tích âm hoặc dương Các hạt keo duy trì trạng thái lơ lửng nhờ lực này, và để phá vỡ tính bền của chúng, cần phải trung hòa điện tích bề mặt qua quá trình keo tụ Khi các hạt keo bị trung hòa, chúng có khả năng liên kết với nhau, tạo thành bông cặn lớn hơn và nặng hơn, dẫn đến quá trình lắng xuống, được gọi là quá trình tạo bông.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu được chọn là nước thải sinh hoạt của một khu chung cư có 2000 người

Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của khu chung cư được thiết kế đạt tiêu chuẩn QCVN 14-2008/BTNMT, chủ yếu nằm dưới mặt đất để tiết kiệm diện tích Nước sau khi xử lý sẽ được tái sử dụng cho nhiều mục đích trong khu nhà, góp phần tạo ra một môi trường sinh thái thân thiện và cảnh quan đẹp.

2.3 Các phương pháp nghiên cứu [8,10]

2.3.1 Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết

Phương pháp phân loại lý thuyết là cách tổ chức tài liệu khoa học theo một hệ thống logic, giúp nhóm các kiến thức và vấn đề có đặc điểm chung Phương pháp này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhận diện và sử dụng tài liệu theo mục đích nghiên cứu, mà còn hỗ trợ phát hiện các quy luật phát triển của đối tượng và kiến thức khoa học Từ đó, nó cho phép dự đoán các xu hướng phát triển mới trong lĩnh vực khoa học và thực tiễn.

Phương pháp hệ thống hóa lý thuyết là cách tổ chức thông tin đa dạng từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau thành một hệ thống chặt chẽ Phương pháp này dựa trên quan điểm hệ thống-cấu trúc trong việc xây dựng mô hình lý thuyết trong nghiên cứu khoa học Mục tiêu của phương pháp này là phát triển một lý thuyết mới, hoàn chỉnh, giúp nâng cao sự hiểu biết về đối tượng một cách đầy đủ và sâu sắc hơn.

Phân loại và hệ thống hóa là hai phương pháp liên quan mật thiết với nhau, trong đó phân loại chứa yếu tố hệ thống hóa Hệ thống hóa cần dựa trên cơ sở phân loại, giúp làm cho quá trình phân loại trở nên hợp lý và chính xác hơn.

2.1 Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu

Phân tích tài liệu là một phương pháp nghiên cứu văn bản, giúp hiểu rõ vấn đề bằng cách chia nhỏ các mặt và bộ phận của tài liệu Qua đó, người nghiên cứu có thể lựa chọn những thông tin quan trọng nhất cho đề tài của mình, đảm bảo sự toàn diện và đầy đủ trong quá trình phân tích.

Phương pháp tổng hợp liên kết các mặt và bộ phận thông tin từ lý thuyết đã thu được, nhằm tạo ra một hệ thống lý thuyết mới, đầy đủ và sâu sắc hơn về vấn đề nghiên cứu.

Phân tích tài liệu đảm bảo cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn

Phương pháp so sánh là kỹ thuật phân tích thông số bằng cách đối chiếu số liệu thu thập được với một tiêu chuẩn nhất định, từ đó xác định xem các thông số này có nằm trong giới hạn cho phép hay không.

So sánh kết quả tính toán của công trình với TCVN 7957:2008 về thoát nước, mạng lưới và công trình bên ngoài giúp đánh giá tính phù hợp của các thông số thiết kế Việc này không chỉ đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế mà còn nâng cao hiệu quả và độ bền của hệ thống thoát nước.

So sánh các chỉ tiêu thiết kế nước thải đầu ra với QCVN 14:2008/BTNMT giúp xác định chất lượng nước thải đầu ra của công trình thiết kế Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt này cung cấp các tiêu chí cần thiết để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải, đảm bảo rằng nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn an toàn cho môi trường và sức khỏe cộng đồng Việc tuân thủ các chỉ tiêu này không chỉ góp phần bảo vệ môi trường mà còn nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý nước thải.

Hệ thống là tập hợp các thành tố tương tác, trong đó sự thay đổi của một thành tố có thể tác động đến các thành tố khác, tạo ra chuỗi tương tác nguyên nhân-kết quả Mỗi tương tác trong hệ thống không chỉ mang tính nguyên nhân mà còn có vai trò điều khiển Hệ thống luôn học hỏi và rút kinh nghiệm liên tục trong quá trình phát triển.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của khu chung cư

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu chung cư

Nước thải sinh hoạt từ khu dân cư, bao gồm nước đen và nước xám, được thu gom qua hệ thống ống thoát nước và đưa vào bể tự hoại để xử lý Tại bể tự hoại, quá trình lắng cặn và lên men diễn ra, trong đó các chất hữu cơ như hydrocacbon, đạm và béo bị phân hủy bởi vi khuẩn kị khí và nấm men Quá trình này giúp chuyển đổi chất không tan thành chất tan và khí, chủ yếu là methane (CH4).

Sau quá trình tiền xử lý, nước thải được đưa vào bể lọc kị khí, nơi nước thải chảy từ dưới lên trên và tiếp xúc với lớp vật liệu lọc có vi khuẩn yếm khí Tại đây, các chất hữu cơ trong nước thải được hấp thụ và phân hủy Sau khi ra khỏi bể lọc kị khí, nước thải được chuyển sang bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy ngang, nơi hệ thực vật và vi sinh vật, cùng với các quá trình vật lý như lắng, lọc và bốc hơi, giúp xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm Hệ thống này còn có khả năng lưu giữ kim loại nặng mà không gây độc hại cho thực vật và vi sinh vật Bãi lọc trồng cây cũng có khả năng khử vi trùng thông qua các quá trình tự nhiên, bức xạ tử ngoại và cạnh tranh với các vi sinh vật khác Nước thải sau xử lý có thể được tái sử dụng cho một số mục đích khác, trong khi phần còn lại được xả ra nguồn tiếp nhận.

Nước thải (nước đen, nước xám) Bể tự hoại cải tiến 3 ngăn

Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang Mục đích khác và nguồn tiếp nhận

Hình 3.2: Mô hình bể tự hoại dòng hướng lên

Phân hủy các hydrocacbon, đạm, chất béo,… nhờ vào quá trình lắng cặn và lên men, phân hủy sinh học kị khí

Nước thải sinh hoạt từ các hộ dân được thu gom vào bể xử lý, nơi diễn ra quá trình lắng cặn và lên men kị khí ở ngăn số 1 Quá trình này giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải Nước được chuyển động từ dưới lên trên, tạo điều kiện cho vi sinh vật kỵ khí trong lớp bùn hoạt tính ở đáy bể xử lý các chất bẩn hữu cơ Sau khi trải qua các ngăn, nước thải được chuyển đến bể lọc kị khí để tiếp tục các bước xử lý tiếp theo.

Thiết kế bể tự hoại

Tổng dung tích của bể tự hoại V (m3) được xác định bằng tổng dung tích ướt (dung tích hữu ích) của bể và dung tích phần lưu không tính từ mặt nước đến tấm đan nắp bể.

-Dung tích ướt của bể tự hoại bao gồm 4 vùng phân biệt, tính từ dưới lên trên:

Vùng tích luỹ bùn cặn đã phân huỷ V t ;

Vùng chứa cặn tươi, đang tham gia quá trình phân huỷ Vb;

Vùng tách cặn (vùng lắng) Vn;

Vùng tích luỹ váng - chất nổi Vv

Hình 3.3: Các vùng lắng trong bể tự hoại

Dung tích vùng lắng - tách cặn Vn được xác định dựa trên loại nước thải, thời gian lưu nước tn và lưu lượng nước thải chảy vào bể Q, đồng thời tính đến giá trị lưu lượng tức thời của dòng nước thải Thời gian lưu nước tối thiểu tn cũng được xác định theo các yếu tố này Dung tích cần thiết vùng tách cặn của bể tự hoại Vn (m³) được tính toán dựa trên các thông số trên.

N - số người sử dụng bể (người) qo - tiêu chuẩn thải nước (qo0 l/người.ngày) tn-thời gian lưu nước (ngày)

- Dung tích vùng phân huỷ cặn tươi V b (m3): tb-thời gian cần thiết để phân hủy cặn ở nhiệt độ 25 o C (tb@ ngày)

Cặn tươi từ vùng lắng rơi xuống vùng phân hủy cặn có lượng và tính chất rất khác nhau, phụ thuộc vào chế độ dinh dưỡng và cách sử dụng nước.

Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường đề cập đến vùng lưu giữ bùn đã phân hủy với dung tích Vt (m³) Sau khi cặn phân hủy, phần còn lại sẽ lắng xuống đáy bể và tạo thành lớp bùn Dung tích bùn này phụ thuộc vào tải lượng đầu vào của nước thải, số lượng người sử dụng, thành phần và tính chất của nước thải, cũng như nhiệt độ và thời gian lưu.

Với: r - lượng cặn đã phân huỷ tích luỹ của 1 người trong 1 năm: r = 40(l/người.năm)

T: Khoảng thời gian giữa 2 lần hút cặn (năm)

- Dung tích phần váng nổi Vv thường được lấy bằng (0,4 - 0,5)Vt

-Dung tích ƣớt của bể là:

- Dung tích phần lưu không trên mặt nước của bể tự hoại Vk được lấy bằng 20% dung tích ƣớt

-Vậy tổng dung tích của bể là:

Kích thước bể tự hoại được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn thải nước sinh hoạt là 150 lít/người/ngày, với nhiệt độ trung bình của nước thải khoảng 25 độ C và chu kỳ hút cặn 1 lần mỗi năm Để đảm bảo an toàn và duy trì hoạt động liên tục trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc cần vệ sinh, bể được xây dựng thành 2 modul hoạt động song song.

 Một bể có thể tích là:

Mỗi bể tự hoại đƣợc thiết kế là hình chữ nhật, chiều cao h = 2,5 m, tỷ lệ dài (L): rộng (B)= 3: 1, số ngăn mỗi bể là 3

Ngăn đầu tiên (ngăn chứa) có dung tích tối thiểu bằng một nửa dung tích bể, với chiều dài ngăn 1 là L1/2 = 7,5 m Hai ngăn tiếp theo (ngăn lắng) có dung tích chiếm một phần tư dung tích bể, do đó chiều dài của hai ngăn này bằng nhau, L2 = L3/4 = 3,75 m.

Vậy thông số liên quan bể tự hoại nhƣ sau:

Bể chứa nước có dung tích 186 m³, phục vụ cho 1000 người sử dụng, với chiều cao 2,5 m, chiều rộng 5 m và được chia thành ba ngăn với các chiều dài lần lượt là 7,5 m, 3,7 m và 3,7 m Để ngăn chặn bùn cặn bị cuốn trôi, vận tốc dòng nước tại ngăn 2 và ngăn 3 cần được kiểm soát Đáy ngăn chứa phải có độ dốc 25% về phía ống dẫn nước vào, trong khi đáy ống vào cao hơn đáy ống ra 0,05 m để đảm bảo chế độ tự chảy Để tránh ngập cục bộ, đáy ống ra phải cao hơn mực nước cao nhất trong cống tiếp nhận nước thải và mực nước ngầm Các ống dẫn nước vào, ra và giữa các ngăn được lắp đặt so le nhau nhằm kéo dài quãng đường nước chảy, tránh hiện tượng chảy tắt Trên các vách ngăn có cửa thông nước với khoảng cách từ mép cửa đến mặt nước là 0,3 m để ngăn cặn tràn sang ngăn sau Bể được lắp đậy kín với đường kính 80 cm.

Bể tự hoại phải có ống thông hơi, đường kính 60 mm, dẫn lên cao trên mái nhà 0,7 m để tránh mùi, khí độc hại

Tính đường ống trong bể tự hoại

Tính toán đường ống dẫn nước thải đi vào và đi ra của bể tự hoại

Lưu lượng nước thải đi vào bể:

Vận tốc nước thải chảy trong ống: chọn vận tốc nước trong ống v = 0,75 m/s

Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 60 mm

Tính toán đường ống dẫn nước thải đi trong bể tự hoại

Từ ngăn chứa nước thải chia thành 2 nhánh đi sang ngăn lắng

Lưu lượng nước thải đi trong ống :

Vận tốc nước thải trong ống v = 0,75 m/s

Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 42 mm

Hình 3.4: Mô hình bể lọc kị khí Mục đích:

Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật môi trường nghiên cứu quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nước thành các chất vô cơ bền thông qua việc sử dụng vi sinh vật kị khí Quá trình này được thực hiện tùy nghi bám trên vật liệu lọc, nhằm cải thiện hiệu quả xử lý nước và bảo vệ môi trường.

Nước thải sau khi xử lý tại bể tự hoại sẽ được chuyển tiếp sang bể lọc kị khí, nơi nước chảy từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc có chứa vi sinh vật Vật liệu lọc được lựa chọn là sỏi với đường kính 25 mm, và được đặt trên tấm đan bê tông cốt thép có lỗ.

Lớp vật liệu lọc có độ dày 20 mm, đặt cách đáy bể 20 cm và cao 1 m Khi chất hữu cơ tiếp xúc với màng vi sinh vật, chúng sẽ bị hấp thụ và phân hủy, trong khi bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc Sau khoảng 2-3 tháng hoạt động, cần xả bùn và thau rửa lọc một lần Nước thải sẽ được dẫn qua 3 ngăn lọc kị khí trước khi chuyển sang bãi lọc ngầm trồng cây để xử lý tiếp.

Thiết kế bể lọc kị khí:

Bể lọc kị khí được thiết kế hình chữ nhật và chia thành ba ngăn bằng nhau Mỗi ngăn chứa lớp vật liệu lọc là hạt sỏi với chiều cao 1 mét, lớp vật liệu này cách đáy 0,2 mét và cách mặt trên 0,1 mét.

Do chia thành 2 modul hoạt động song song nên mỗi modul có:

U0: tải trọng thủy lực, U0 trong khoảng 0,5 – 1,5 m 3 /m 2 ngày Chọn U0=1.5 m 3 /m 2 ngày

Q’: lưu lượng nước thải, m 3 /ngày

Chiều cao của bể lọc kị khí được xác định từ bề mặt vật liệu lọc đến mặt nước thu, được ký hiệu là h1 (m) Tiếp theo, chiều cao lớp vật liệu lọc được gọi là h2 (m), và chiều cao từ lớp vật liệu lọc xuống đáy bể được ký hiệu là h3 (m) Những thông số này rất quan trọng trong thiết kế và vận hành bể lọc kị khí.

Vậy lƣợng sỏi cần dùng:

Thể tích bể theo đầu người:

Diện tích bể theo đầu người:

Thời gian lưu trong mỗi ngăn:

Định dạng
Số trang	50
Dung lượng	1,19 MB