Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước thải

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thanh Yến Lớp : DLV5M Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Đoàn Thị Oanh 1 Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước thải theo các số liệu dưới đây: Nguồn tiếp nhận nước thải loại: B Công suất thải nước: 12.000 m3ngày đêm Chỉ tiêu chất lượng nước thải: Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị Nhiệt độ 0C 25 pH 5 BOD5 mgl 500 COD mgl 600 SS mgl 350 NNH4 mgl 100 2 Thể hiện các nội dung nói trên vào : Thuyết minh Bản vẽ sơ đồ công nghệ Bản vẽ 01 chi tiết.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thanh Yến

Lớp : DLV5M

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Đoàn Thị Oanh

1- Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lýnước thải theo các số liệu dưới đây:

- Nguồn tiếp nhận nước thải loại: B

- Công suất thải nước: 12.000 m3/ngày đêm

- Ch tiêu ch t l ỉ tiêu chất lượng nước thải: ất lượng nước thải: ượng nước thải: ng n ước thải: c th i: ải:

Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chấtkhông tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi ) ra khỏi nước thải,điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải Các công trình xử lýnước thải bằng phương pháp cơ học thông dụng gồm:

1.1.1 Song chắn rác và lưới chắn rác

a Song chắn rác:

- Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc có thể đặt tạicác miệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lơnnhư: nhánh cây, gỗ, lá cây, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, đồng thời bảo vệcác công trình và thiết bị phía sau như tránh hỏng bơm, tránh tắc nghẽn đường ống,mương dẫn

- Dựa vào khoảng cách các thanh, song chắn rác được chia thành 2 loại:

* Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ: 30 ÷ 200 mm

* Song chắn rác tinh có khoảng cách giữa các thanh từ: 5 ÷ 25 mm

- Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong nướcthải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo Kích thước tối thiểu củarác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác

Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực của dòng chảy người ta phải thường xuyênlàm sạch song chắn rác bằng cách cào rác thủ công hoặc cơ giới Tốc độ nước chảy (v)qua các khe hở nằm trong khoảng (0,65m/s ≤ v ≤ 1m/s) Tùy theo yêu cầu và kíchthước của rác chiều rộng kh e hở của các song thay đổi

- Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm xử lý nhỏ có lượngrác < 0,1m3/ng.đ Khi rác tích lũy ở song chắn, mỗi ngày vài lần người ta dùng càokim loại để lấy rác ra và cho vào máng có lỗ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín

để đưa đi xử lý tiếp tục

- Khi lượng rác được giữ lại lớn hơn 0,1 m3/ng.đêm và khi dùng song chắn rác

cơ giới thì phải đặt máy nghiền rác Rác nghiền đưọc cho vào hầm ủ Biogas hoặc cho

về kênh trước song chắn Khi lượng rác trên 1 tấn/ngày.đêm cần phải thêm máynghiền rác dự phòng Việc vận chuyển rác từ song đến máy nghiền phải được cơ giớihóa Tuy nhiên nếu lắp đặt máy nghiền rác trước bể lắng cát nên chú ý là cát sẽ làmmòn các lưỡi dao và sỏi có thể gây kẹt máy

b Lưới chắn rác.

- Lưới chắn rác dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi cácthành phần quý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thước nhỏ Kích thướcmắt lưới từ 0,5 ÷ 1,0 mm

- Lưới chắn rác thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quaytròn (hay còn gọi là trống quay) hoặc đật trên các khung hình đĩa

Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lạitrước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân huỷ cặn

1.1.2 Bể lắng

Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏinước thải

Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại:

− Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách cácchất rắn, chất bẩn lơ lững không hòa tan

− Bể lắng đợt 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn visinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thànhcác loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến(bể lắng radian)

1.2 Phương pháp xử lý hóa học:

- Thực chất của phương pháp xử lý hoá học là đưa vào nước thải chất phản ứngnào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học và tạo cặn lắng hoặc tạodạng chất hoà tan nhưng không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường

- Phương pháp xử lý hoá học thường được áp dụng để xử lý nước thải côngnghiệp Tuỳ thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phươngpháp xử lý hoá học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộban đầu của việc xử lý nước thải

- Các phương pháp xử lý hóa học:

 Phương pháp trung hòa

 Phương pháp đông tụ và keo tụ

 Phương pháp điện hóa học

 Phương pháp Oxy hóa khử

 Phương pháp quang xúc tác

1.3 Phương pháp xử lý sinh học:

1.3.1 Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên

1.3.1.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

- Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể Nhưvậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp với sự phát triển củathực vật

- Nguyên tắc hoạt động:

Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ cáccặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗhỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chấthữu cơ nhiễm bẩn Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất

hữu cơ càng giảm xuống dần Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra quá trình khửnitrat Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới1.5m

Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi cómực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất

1.3.1.2 Ao hồ sinh học

Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xưa Phươngpháp này cũng không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền,quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao Quy trình được tóm tắt như sau:

Nước thải → loại bỏ rác, cát, sỏi → Các ao hồ ổn định → Nước đã xử lý

1.3.2.1 Các công trình xử lý sinh học hiếu khí:

- Quá trình xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính dựa sào sự hoạt động sống

của si sinh vật hiếu khí Trong bể Aeroten, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạtnhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi làbùn hoạt tính

- Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẩm chứa các chất hữu cơ hấp thụ

từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật khác

- Các vi sinh vật đồng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chấtdinh dưỡng cung cấp cho sự sống trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng cácchất để sinh sản và giải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh

- Như vậy các chất hữu cơ có trong nước thải được chuyển hóa thành các chất

vô cơ như H2O, CO2 không độc hại cho môi trường

1.3.2.2 Các công trình xử lý sinh học kị khí:

- Phân hủy kị khí (Anaerobic Descomposotion) là quá trình phân hủy chất hữu

cơ thành các chất khí (CH4 và CO2) trong điều kiện không có oxy Việc chuyển hóacác acid hữu cơ thành khí mêtan sản sinh ra ít năng lượng Năng lượng hữu cơ chuyểnhóa thành khí vào khoảng 80 - 90%

- Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS Nhiệt

độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32 - 35 oC

- Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kị khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thếchi phí cho việc xử lý bùn thấp hợn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí

1.4 Phương pháp khử trùng:

- Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thảinhằm loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh chứa trong nước thải trước khi xả ra nguồnnước

- Khử trùng (disinfection) khác với tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng

sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hếtcác vi sinh vật

- Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra cácbệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan

CHƯƠNG II: ĐỀ SUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

2.1 Thông số nước thải:

Nhận xét: Theo số liệu cho thấy nước thải sinh hoạt bị nhiễm bẩn bởi chất hữu

cơ Hàm lượng COD, BOD5 vượt nhiều lần so với quy chuẩn

2.2 Đề xuất sơ đồ công nghệ:

Máy nghiền rác

- Nước sau khi qua bể điều hoà được đưa vào bể lắng đợt I kết hợp đông tụ sinhhọc, tại đây một phần cặn lơ lửng và BOD5 sẽ được xử lý đến đạt yêu cầu trước khiđưa vào bể aerotank, các chất thô không hoà tan trong nước thải được giữ lại Cặnlắng được đưa đến bể nén bùn còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể aerotank.

- Bể Aerotank có nhiệm vụ thực hiện quá trình xử lí sinh học hiếu khí Tại đây,

bố trí hệ thống phân phối bằng khí nén sục khí liên tục, cung cấp oxi cho quá trìnhsinh học hiếu khí xảy ra Vi sinh vật sử dụng BOD, COD như là chất dinh dưỡng đểtạo sinh khối mới hay còn gọi là bùn hoạt tính

- Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính sau đó được dẫn qua bể lắng đợt 2 để thựchiện quá trình lắng nhằm tách nước và bùn Một phần bùn sẽ được tuần hoàn lại vào

bể đông tụ sinh học, một phần hoàn lưu lại vào bể Aerotank để đảm bảo lượng bùnhoạt tính trong bể, phần bùn dư còn lại được bơm bùn đưa về bể nén bùn thực hiệnquá trình tách nước, giảm độ ẩm một phần trước khi đưa ra sân phơi bùn

- Nước thải đầu ra sau lắng đợt II được đưa qua bể khử trùng để tiến hành khửtrùng bằng clo trước khi đưa vào bể chứa nước sau xử lý

2.2.3.2 Phương án 2:

- Ở phương án này, nước thải qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rácnghiền được đưa đến sân phơi bùn cặn còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếptục được đưa đến bể lắng cát Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát đứng được đưađến sân phơi cát

- Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng ngang đợt I, tại đây cácchất thô không hoà tan trong nước thải được giữ lại Cặn lắng được đưa đến bể Mêtancòn nước sau lắng được đưa tiếp đến mương oxy

- Bùn hoạt tính sẽ được lắng ở bể lắng II và thành phần không tan được giữ ở bểlắng I Một phần nước được tuần hoàn trở lại biofin cao tải

- Sau đó nước đi qua mương oxy để xử lý hoàn toàn Nito và photpho trong nước

- Qua bể lắng ngang đợt II, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảoyêu cầu xử lý xong Trong nước thải ra ngoài vẫn còn chứa một lượng nhất định các vikhuẩn gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn Toàn bộ hệ thống thựchiện nhiệm vụ này gồm trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc Sau các công đoạn đónước thải được xả ra nguồn tiếp nhận

- Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể Mê tan đượcđưa ra sân phơi bùn Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nông nghiệp.

2.2.3.3 So sánh 2 phương án:

- Phương án 1: Bể sinh học Aerotank đẩy dùng khi trạm xử lý nước thải có

công suất lớn hơn 10000 m3/ngđ Ở đây, bùn hoạt tính được tiếp xúc dần với nước thảitheo chiều dài công trình, thời gian thổi khí kéo dài giúp hiệu quả xử lý Nito, Photphocao Bùn hoạt tính được phục hồi tại ngăn tái sinh Dễ vận hành bảo dưỡng

- Phương án 2: Mương oxy tuy chịu được sưu cố như lưu lượng thay đổi đột

ngột nhưng lại cần cần diện tích mặt bằng lớn, năng lượng cung cấp nhiều hơn so với

Bể Aerotank

Kết luận: Tính toán theo phương án 1 dùng bể sinh học Aerotank đẩy thổi khí kéo dài

vì có mức độ làm sạch cao hơn và chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ

3.1 Tính toán thiết kế các công trình phương án 1:

3.1.1 Lưu lượng nước thải:

- Chọn tồn lưu lượng cho quá trình tính toán là: 12000(m3/ngàyđ)

- Lưu lượng trung bình ngày:

- Hệ sô không điều hòa theo bảng 2 TC 7957 có Ko max = 1,59, Ko min = 0,61

- Lưu lượng giờ lớn nhất:

• Loại bỏ các chất thải rắn khô như nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy,rễ cây

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

a) Số lượng khe hở ở song chắn rác:

o s

k h

Trong đó:

• n: số khe hở

• qmax: lưu lượng lớn nhất của nước thải ( m/s)

• vs: tốc độ nước qua khe song chắn, chọn vs = 0,9 m/s

• b = 16 mm = 0,016 m: khoảng cách giữa các khe hở của song chắn (m)

• ko = 1,05 hệ số tính đến sự tích lũy rác trong quá trình hoạt động

• Độ đầy h = 0,2m, chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy mương dẫnh= hmax= 0,2m chiều sâu ngập nước của song chắn rác

b) Chiều rộng mỗi song chắn rác được tính theo công thức:

n b n

k = 2 ( Xử lý nước thải công nghiệp và đô thị - Lâm Minh Triết)

•  : hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn rác:  * *sin

3 4

• β: hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn, chọn tiết diện hình chữ

nhật (d = 0,008mβ= 2,42 ) theo bảng 3.4 “ Xử lý nước thải – Tính toán thiết kế công trình – Trường đại học xây dựng 1974”

• α: góc nghiêng đặt song chắn rác so với mặt phẳng nằm ngang, α = 600

83 , 0 60 sin

* 3 4 016 0

008 0

* 81 , 9

*

2

9 , 0

• 0,5: khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất.

• Với chiều cao h bv = 0,5 (m)

Chọn H=0,8 (m)

Hiệu quả xử lý nước thải qua song chắn rác :

Nồng độ SS giảm 5%, còn lại: 350 x (100-5)%= 332,5 (mg/l)

Nồng độ BOD5 giảm 5%, còn lại: 500 x (100-5)% =475 (mg/l).

Nồng độ COD giảm 5% còn lại: 600 x (100-5)% = 570 (mg/l)

Các ch tiêu còn l i c n x lý: ỉ tiêu chất lượng nước thải: ại cần xử lý: ần xử lý: ử lý:

STT Thông số tính toán hiệu Kí Giá trị Đơn vị

4 Góc nghiêng của SCR so với hướng dòng chảy α 60 độ

5 Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn rác L1 3 m

6 Chiều dài phần mở rộng sau thanh chắn rác L2 1,5 m

7 Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt SCR H 0,8 m

Theo cấu tạo của bể chia ra làm hai phần:

 Phần thân là vùng lắng có dạng là hình hộp với tiết diện ngang của vùng lắng làhình vuông

 Phần đáy là vùng nén cặn có dạng là hình tháp cụt với tiết diện ngang là hìnhvuông

 Diện tích tiết diện ngang vùng lắng:

Trong đó:

+ : tốc độ nước đi lên, chọn = 4 m/s

+ N: Số bể, chọn N = 5

+ : Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể,

 Diện tích ngang của tiết diện ngăn bể phản ứng xoáy hình hộp:

Trong đó:

+ Chiều cao vùng lắng chọn H = 5m (quy phạm H = 2.6 -5 m)

+ suy ra chiều cao của vùng bể phản ứng hình trụ , + Chọn thời gian phản ứng trong bể phản ứng xoáy hình trụ là (quyphạm là 15 – 20 phút)

- Đường kính bể phản ứng xoáy hình trụ là:

- Suy ra kích thước đo của bể lắng (mặt cắt ngang là hình vuông) là:

Ta có tỷ lệ bằng 1.5 thỏa mãn hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể

- Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn là:

Trong đó:

+ Dung tích phần chứa nén cặn của bể là (phần chứa nén cặn có hình dạng là hìnhtháp cụt)

)

- Chiều cao vùng chứa nén cặn

- Chọn góc (góc giữa phần nghiêng của đáy so với mặt phẳng ngang) là 50 độ (50– 60 độ)

- Chọn kích thước đáy của vùng nén cặn là d = 200 mm = 0,2 m (tiết diện đáy củahình tháp cụt là hình vuông) bằng với đường kính ống xả cặn là 150 – 200 mm)Suy ra chiều cao vùng chứa nén cặn:

- Tiết diện đáy của vùng nén cặn

Suy ra: Dung tích phần chứa nén cặn của bể là:

Chọn hàm lượng cặn còn lại sau khi lắng C = 11 mg/l (C = 10 – 12 mg/l)

Chọn hàm lượng cặn trong nước nguồn là

Chọn hệ số tinh khiết của phèn sạch là K= 1

Chọn liều lượng phèn không ngậm nước P = 90 mg/l

Chọn độ màu nước nguồn M = 50 độ

Chọn v = 0

Suy ra

Chọn nồng độ cặn trung bình đã nén chặt là

- Thời gian xả cặn giữa hai lần xả cặn là:

- Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính phần trăm lượng nước xử lý:

6 Góc giữa phần nghiêng của đáy so với mặt phẳng ngang 50 m

 - chiều cao lớp bùn cát trong năm chọn từ 4 – 5 m Chọn h = 4m/năm

 P – lượng cát giữ lại Pb= 0,02 l/ng.ngđ, theo bảng 28, trang 39, TCVN 7957:2008

=> kích thước sân phơi cát L x B = 8m x 5,1m

Hiệu quả xử lý nước thải qua bể lắng cát đứng :

Nồng độ SS giảm 5%, còn lại: 332,5 x (100-5)%= 315,9(mg/l)

Nồng độ BOD5 giảm 5%, còn lại: 475 x (100-5)% = 451,3 (mg/l).

Nồng độ COD giảm 5% còn lại: 570 x (100-5)% = 541,5 (mg/l)

3.1.4 Tính toán bể điều hòa.

3.1.4.1.Tính toán bể điều hòa:

Tính toán thiết kế bể điều hoà dựa theo tài liệu Kỹ thuật xử lý nước thải – thạc sỹ LâmVĩnh Sơn

Chọn thời gian lưu nước thải trong bể là 6 giờ

 Thể tích bể điều hoà:

W = x t = 500 x 4 = 2000 m3