THIẾT kế bãi lọc TRỒNG cây DÕNG CHẢY NGANG xử lý nước THẢI SINH HOẠT

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Nguồn gốc và đặc tính nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các hoạt động như tắm, giặt giũ, và vệ sinh cá nhân, thường phát sinh từ các hộ gia đình, cơ quan, trường học, và bệnh viện Lượng nước thải này phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm hệ thống thoát nước của khu dân cư Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt được xác định bởi khả năng cung cấp của nhà máy nước và các trạm cấp nước, với các trung tâm đô thị loại 1 có tiêu chuẩn cao hơn (200 l/ngày) so với các vùng ngoại thành.

Lượng nước thải sinh hoạt hàng ngày ở thành phố đạt khoảng 150 l/người, trong khi ở nông thôn chỉ khoảng 100 l/người, cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai khu vực Nước thải sinh hoạt, chiếm khoảng 80% lượng nước cấp, ở các đô thị thường được xử lý qua hệ thống thoát nước và dẫn ra sông, rạch Ngược lại, ở các vùng ngoại thành và nông thôn, do thiếu hệ thống thoát nước, nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào ao hồ hoặc qua biện pháp tự thấm.

Khối lượng nước thải của một cộng đồng dân cư phụ thuộc vào:

- Khả năng và đặc điểm của hệ thống thoát nước

Nước thải sinh hoạt thường chứa các chất ô nhiễm như cặn bã hữu cơ, chất hữu cơ hòa tan (được đo qua chỉ tiêu BOD 5/COD), dinh dưỡng (nitơ, phospho) và vi trùng gây bệnh như E.Coli và coliform.

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

- Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người

Trong đó tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào:

- Mức sống, điều kiện sống và tập quán sống

Bảng 2.1 Tải trọng chất bẩn theo đầu người [10]

Các đại lượng Khối lượng (g/người.ngày)

Chất rắn lơ lửng (SS) 60-65

BOD5 nước thải đã lắng 30-35

BOD5 nước thải chưa lắng 65

Chất hoạt động bề mặt 2-2.5

Thành phần và tính chất nước thải

Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt chủ yếu phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng, với đặc điểm chung là thành phần tương đối ổn định Nước thải sinh hoạt thường chứa 52% chất hữu cơ và 48% chất vô cơ, cùng với nhiều vi sinh vật gây bệnh và độc tố Phần lớn vi sinh vật trong nước thải là các vi khuẩn và virus gây bệnh như vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, và thương hàn.

Thành phần nước thải được chia làm 3 nhóm chính:

Thành phần vật lý: Các chất bẩn có trong nước thải ở các kích thước khác nhau, được chia làm 3 nhóm

Nhóm 1 bao gồm các chất không tan có trong nước thải thô, như vải, giấy, cành lá cây, sạn, sỏi, da và lông, tồn tại ở dạng lơ lửng với kích thước lớn hơn 10^-1 mm, cùng với các dạng huyền phù, nhũ tương và bọt có kích thước từ 10^-1 đến 10^-4 mm.

- Nhóm 2: Gồm các chất bản dạng keo ( = 10 -4 – 10 -6 mm)

- Nhóm 3: Gồm các chất bẩn ở dạng hịa tan < 10 -6 mm; chúng cĩ thể ở dạng ion hoặc phân tử: Hệ một pha-dung dịch thật

Thành phần hóa học: Biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có tính chất hóa học khác nhau:

- Thành phần vô cơ: sắt, magie, silic, canxi…

- Thành phần hữu cơ: phân, nước tiểu, các chất nguồn gốc từ động vật, thực vật…

Các chất thải khác: cát, sét, dầu mỡ…

Các thành phần nền trong nước thải sinh hoạt chủ yếu gồm cacbonhydrat, protein, chất béo

Cacbonhydrat, sản phẩm và dạng phân nhỏ của axit hữu cơ, là thành phần đầu tiên bị phân hủy trong hoạt động sống của vi sinh vật Chúng tồn tại chủ yếu dưới dạng đường, hồ bột và hợp chất xenlulo trong bột giấy Là nguồn năng lượng và hợp chất hữu cơ chính cho vi khuẩn sống trong nước thải, cacbonhydrat đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy sinh học.

Protein và các sản phẩm phân hủy của chúng, như amino axit, là hợp chất giàu nitơ có nguồn gốc từ cả động vật và thực vật Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nitơ cho hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải.

Chất béo và dầu mỡ từ động thực vật được phân hủy thành axit béo nhờ vi khuẩn Chúng có độ hòa tan khác nhau trong nước và thường nổi lên trên bề mặt nước trong một số điều kiện nhất định.

Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% lượng nước sử dụng hàng ngày và chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ phân hủy sinh học, cùng với các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải dao động từ 150-450 mg/l, trong đó có 20-40% là chất hữu cơ khó phân hủy Tại các khu dân cư đông đúc với điều kiện vệ sinh kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý đúng cách là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Nước thải sinh hoạt thường chứa một lượng lớn chất dinh dưỡng, đôi khi vượt quá nhu cầu phát triển của vi sinh vật trong quá trình xử lý sinh học Tỷ lệ dinh dưỡng cần thiết cho các công trình xử lý này được tính theo tỷ lệ BOD : N : P = 100 : 5 : 1 Tuy nhiên, không phải toàn bộ chất hữu cơ trong nước thải đều được vi sinh vật chuyển hóa; khoảng 20-40% BOD không được xử lý và sẽ được thải ra cùng với bùn lắng.

Bảng 2.2 Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt [7]

Hệ số tải lượng (g/người.ngày)

Nước thải này chứa các chất cặn bã, chất lơ lửng (SS), hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, dinh dưỡng như nitơ (N) và photpho (P), cùng với vi khuẩn.

Bảng 2.3 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt [2]

Nồng độ chất ô nhiễm (mg/m 3 )

Chƣa qua xử lý Qua bể tự hoại nhỏ

Nước thải sinh hoạt chứa lượng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng rất cao, mặc dù đã giảm đáng kể sau khi qua bể tự hoại, nhưng vẫn còn ở mức cao.

Bảng 2.4 Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt [2]

Các chất ô nhiễm có trong nước thải (mg/l)

Nặng Trung bình Nhẹ Tổng chất rắn

Chất rắn không hòa tan

Tổng chất rắn lơ lửng

Clrua Độ kiềm (mg CaCO3)

Tổng quan phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải thường chứa nhiều tạp chất, vì vậy việc xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất này để đạt tiêu chuẩn chất lượng chấp nhận được Các tiêu chuẩn này phụ thuộc vào mục đích sử dụng nước, có thể là tái sử dụng hoặc xả vào nguồn tiếp nhận Để đạt được điều này, có thể áp dụng nhiều phương pháp xử lý khác nhau, được phân chia thành ba cấp độ: xử lý cấp 1, xử lý cấp 2 và xử lý cấp 3.

Xử lý cấp 1 trong hệ thống xử lý nước thải bao gồm các bước sơ bộ như xong chắn rác và lắng, nhằm loại bỏ các vật rắn lớn và tạp chất lơ lửng Quá trình này bắt đầu từ việc loại bỏ rác và kết thúc tại bể lắng cấp 1, giúp bảo vệ bơm và đường ống Tại bể lắng cấp 1, hầu hết các chất rắn lơ lửng sẽ được lắng xuống, trong khi các quy trình khác như lọc, tuyển nổi, tách dầu mỡ và trung hòa cũng diễn ra.

Xử lý cấp 2 là quá trình sinh học, đôi khi kết hợp với hóa học, nhằm khử hầu hết các hợp chất hữu cơ hòa tan có thể phân hủy sinh học, giảm BOD Các phương pháp chính bao gồm hoạt hóa bùn, lọc sinh học, oxy hóa sinh học trong hồ và phân hủy yếm khí Tất cả những quá trình này đều sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa các chất hữu cơ thành dạng ổn định và năng lượng thấp.

Xử lý cấp 3 bao gồm các quy trình quan trọng như vi lọc, lọc kết tủa hóa học, đông tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, khử chất dinh dưỡng, Clo hóa và Ozôn hóa Những phương pháp này giúp nâng cao chất lượng nước, loại bỏ tạp chất và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

2.3.1 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải chứa nhiều tạp chất ô nhiễm khác nhau, bao gồm chất rắn không tan, chất rắn khó tan và chất tan trong nước Quá trình xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất này, làm sạch nước để có thể thải vào nguồn tiếp nhận Để đạt hiệu quả cao, việc lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất.

Thông thường có các phương pháp xử lý sau:

Xử lý bằng phương pháp cơ học

Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học

Xử lý bằng phương pháp sinh học

Nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất rắn có kích thước khác nhau như rơm, cỏ, bao bì nhựa, giấy, cát và sỏi, cùng với các chất lơ lửng dạng huyền phù khó lắng Tùy thuộc vào kích thước, các hạt huyền phù được phân loại thành hạt chất lắng có thể lắng được và hạt rắn có thể được loại bỏ bằng phương pháp đông tụ Để xử lý các loại chất này, các phương pháp xử lý cơ học là rất phù hợp.

Song chắn rác là thiết bị dùng để giữ lại các chất thải có kích thước lớn như giấy, rác, rau, cỏ, nhằm ngăn chặn chúng vào hệ thống xử lý Sau khi được giữ lại, rác sẽ được chuyển tới máy nghiền để nghiền nhỏ, sau đó được đưa đi để phân hủy.

Song chắn rác là công trình xử lý sơ bộ nước thải, bao gồm các thanh đan được sắp xếp trong mương dẫn nước Khoảng cách giữa các thanh đan tạo thành khe hở, giúp loại bỏ rác thải trước khi nước được xử lý tiếp Song chắn rác có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau.

Theo khe hở, song chắn rác được phân loại thành hai loại: loại thô với kích thước từ 30-200 mm và loại trung bình từ 5-30 mm Ngoài ra, dựa trên phương pháp lấy rác, có hai loại chính: loại lấy rác thủ công và loại lấy rác cơ giới.

Trong quá trình xử lý nước thải, việc lắng cát trong bể lắng gây khó khăn cho việc thu gom cặn và có thể làm hỏng các ống dẫn bùn cũng như máy bơm Cát là một chất thừa trong bể metan và bể lắng hau vỏ, do đó, việc xây dựng bể lắng cát tại trạm xử lý là cần thiết khi lưu lượng nước thải vượt quá 100 m³/ngày.

+ Bể lắng cát ngang nước chảy thẳng hoặc vòng

+ Bể lắng cát đứng nước dâng từ dưới lên

+ Bể lắng cát nước chảy xoắn ốc

Lượng cát giữ lại ở bể lắng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại hệ thống thoát nước, tổng chiều dài mạng lưới, điều kiện sử dụng, tốc độ chảy của nước, cũng như thành phần và tính chất của nước thải.

Hình 2.2: Bế lắng cát ngang

Bể lắng được sử dụng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nước thải, như xỉ, than, và cát Các chất nặng sẽ lắng xuống đáy bể, trong khi các chất nhẹ hơn, thường là dầu mỡ, sẽ nổi lên trên mặt nước Thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi ra công trình xử lý cặn là cần thiết Theo hướng chảy của nước thải trong bể, có thể phân chia thành ba loại bể lắng khác nhau.

+ Bể lắng ngang: Nước chảy theo phương ngang từ đầu tới cuối bể

+ Bể lắng đứng: Nước chảy từ dưới lên trên theo chiều thẳng đứng

+ Bể lắng radian: Nước chảy từ tâm ra quanh thành bể hoặc có thể ngược lại

Trong thực tế, người ta sử dụng các loại bể lắng có chứa buồng keo tụ bên trong, và bể lắng có thể là bể chứa kín hoặc hở.

Nước thải thường chứa dầu mỡ, là những chất nổi gây hại cho hệ thống thoát nước và nguồn tiếp nhận Chất mỡ có thể làm tắc nghẽn các lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong bể sinh học, cánh đồng tưới và cánh đồng lọc, đồng thời phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể aroten, gây khó khăn cho quá trình lên men Do đó, việc thu hồi dầu mỡ trước khi thải nước thải vào hệ thống thoát nước sinh hoạt và sản xuất là rất cần thiết.

Tại bể tách dầu mỡ có thể dùng phương pháp thủ công hớt dầu mỡ hoặc dùng các tấm hút dầu

Bể lọc được sử dụng để loại bỏ các tạp chất nhỏ trong nước thải, như bụi, dầu và mỡ bôi trơn, mà bể lắng không thể giữ lại Các loại vật liệu lọc phổ biến bao gồm cát thạch anh, than cốc và sỏi nghiền Việc lựa chọn vật liệu lọc phù hợp phụ thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương.

Tìm hiểu vùng đất ngập nước trong xử lý nước thải

2.4.1 Cấu tạo vùng đất ngập nước [6]

Có các loại thiết kế khác nhau của bãi lọc trồng cây được xây dựng (Haberl,1999), có thể được phân loại theo các mục sau:

Dựa theo cách thức bố trí thực vật trong vùng ngập nước (trôi nổi tự do, nổi, chìm)

- Theo dòng chảy của nước thải (dòng chảy đứng,dòng chảy ngang, kết hợp giữa dòng chảy đứng và ngang.)

- Cấu tạo hệ thống vùng đất ngập nước (hệ thống hybrid, một bãi lọc, nhiều bãi lọc kết hợp)

- Loại nước thải xử lý

- Mức độ xử lý nước thải (sơ cấp ,trung cấp)

- Loại chất nền (sỏi, đá, cát, vv…)

- Loại tải (liên tục và không liên tục)

Hai loại dòng chảy chính được nghiên cứu trong vùng đất ngập nước là dòng chảy ngang (HF) và dòng chảy đứng (VF).

2.4.1.1 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang (Horizontal flow-HF)

Hình 2.4 minh họa mặt cắt ngang của bãi lọc dòng chảy ngang (HF), nơi nước thải chảy qua lớp vật liệu nền và bộ rễ của thực vật để xử lý Quá trình làm sạch nước thải diễn ra thông qua các cơ chế hóa học, lý học và sinh học (Cooper et al 1996) HF có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ như TSS, BOD và COD Mặc dù việc chuyển hóa oxy trong vùng đất ngập nước bị hạn chế, HF vẫn rất hiệu quả trong việc loại bỏ nitrat, mặc dù khả năng loại bỏ nitrogen tổng thể còn hạn chế.

Hình 2.4: Mặt cắt ngang bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang [6]

2.4.1.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng (Vertical flow-VF)

Bãi lọc ngập nước dòng chảy đứng (VF) bao gồm mặt bằng bằng phẳng,cát,sỏi và phía trên cát sỏi là thảm thực vật (hình 2.5)

Bãi lọc được cung cấp nước liên tục, cho phép nước thải chảy xuống qua lớp sỏi cát và thu gom dưới đáy Các rãnh nước chảy giúp khuếch tán oxy vào lớp nền một cách dễ dàng và ổn định, từ đó làm tăng hiệu quả của các quá trình chuyển hóa và khả năng loại bỏ nitrat Hệ thống định lượng oxy nâng cao khả năng khuếch tán, với Platzer (1998) cho thấy mức oxy chuyển giao đạt từ 23 đến 64g O2.m-2.d-1, trong khi Brix (1997) chỉ ra rằng cây cói thông thường chỉ chuyển khoảng 2g O2.m-2.d-1 đến vùng rễ, chủ yếu được sử dụng bởi thân và rễ của nó.

Hình 2.5 Sơ đồ mặt cắt ngang của một bãi lọc dòng chảy đứng [6]

Thế hệ mới nhất của vùng đất ngập nước xây dựng đã được phát triển thành hệ thống dòng chảy dọc với tải liên tục Việc phát triển và sử dụng các hệ thống dòng chảy dọc đang được chú trọng vì những lợi ích mà chúng mang lại.

• VF có năng lực chuyển oxy lớn

• VF nhỏ hơn đáng kể so với hệ thống HF

• VF có hiệu quả có thể loại bỏ BOD 5 , COD và các mầm bệnh

2.4.1.3 Kết hợp HF và VF

HF đất ngập nước thường được sử dụng để loại bỏ BOD5 và TSS trong xử lý nước thải thứ cấp, nhưng không hiệu quả trong quá trình nitrat hóa do khả năng chuyển oxy hạn chế Điều này đã dẫn đến sự quan tâm ngày càng tăng đối với hệ thống VF, vì chúng có khả năng chuyển oxy tốt hơn nhiều và yêu cầu diện tích nhỏ hơn Tuy nhiên, VF cũng gặp phải một số hạn chế, như hiệu quả kém trong việc loại bỏ chất rắn và nguy cơ tắc nghẽn lớp lọc nếu vật liệu đệm không được chọn đúng cách Vì vậy, việc kết hợp hai phương thức HF và VF (hybrid) đang trở thành xu hướng, giúp tận dụng ưu điểm và khắc phục nhược điểm của cả hai hệ thống.

Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, có thể xây dựng hệ thống HF, hệ thống VF, hoặc kết hợp cả hai trong quá trình xử lý nước thải.

2.4.2 Cơ chế xử lý nước thải

Vùng đất ngập nước là một hệ sinh thái phức tạp bao gồm nước thải, chất nền, thảm thực vật và vi sinh vật, trong đó vi khuẩn đóng vai trò quan trọng Thảm thực vật không chỉ cung cấp bề mặt và môi trường thích hợp cho vi sinh vật phát triển mà còn tham gia vào quá trình lọc nước Các chất ô nhiễm trong vùng đất ngập nước được loại bỏ thông qua nhiều quá trình vật lý, hóa học và sinh học.

Hình 2.6 Cơ chế xử lý nước thải trong bãi lọc [6]

Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm của vùng đất ngập nước thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.9 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm [6]

Thành phần nước thải Cơ chế xử lý

Chất rắn lơ lửng Lắng đọng

Lọc Chất hữu cơ hòa tan Phân giải của vi sinh vật kỵ khí

Phân giải của vi sinh vật hiếu khí

Photpho Sự hấp thụ của thực vật

Sự hấp phụ của đá Nitơ Amoni hóa và nitrat hóa của vi sinh vật

Sự hấp thụ của thực vật

Sự hấp phụ của đá

Sự bay hơi của amoniac (chủ yếu trong SF) Kim loại Sự hấp phụ và trao đổi cation

Sự hấp thụ của thực vật Quá trình oxy hóa của vi sinh vật

Quá trình lọc Chết tự nhiên Cạnh tranh tấn công nhau Tia cực tím

Bài tiết chất kháng sinh từ rễ thực vật

Trong quá trình xử lý nước, các chất rắn lắng đọng và lơ lửng không được xử lý hiệu quả trong giai đoạn sơ cấp sẽ được loại bỏ tại bãi lọc ngập nước thông qua quá trình lắng và lọc Các hạt này được giữ lại nhờ dòng chảy đi qua các mao quản có kích thước nhỏ.

Sự phát triển của vi sinh vật cố định và lơ lửng đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các chất hữu cơ trong cả quá trình hiếu khí và kỵ khí Trong quá trình hiếu khí, oxy cần thiết được cung cấp từ không khí qua khuếch tán hoặc từ rễ thực vật, mặc dù việc chuyển oxy từ rễ là không đáng kể.

Hình 2.7: Quá trình khuếch tán oxy qua rễ [6]

Các cơ chế loại bỏ phốt pho trong vùng đất ngập bao gồm hấp phụ, tạo phức và kết tủa, lưu trữ, hấp thu từ thực vật và quá trình đồng hóa của sinh vật.

Cơ chế loại bỏ nitơ trong đất ngập nước rất đa dạng, bao gồm bay hơi, amoni hóa, nitrat hóa/khử nitơ, sự hấp thu thực vật và sự hấp phụ của đá Trong hầu hết các vùng đất ngập nước, quá trình nitrat hóa của vi sinh vật và khử nitơ là các cơ chế loại bỏ chính Amoniac được oxy hóa thành nitrat bởi vi sinh vật hiếu khí, trong khi nitrat được chuyển đổi thành N2 bởi vi khuẩn khử nitơ trong điều kiện kỵ khí.

Quá trình loại bỏ kim loại trong vùng đất ngập nước bao gồm lắng đọng, lọc, hấp phụ, phức, kết tủa, trao đổi cation, và sự hấp thu của thực vật và vi sinh vật thông qua các phản ứng oxy hóa Sự hấp phụ kim loại phụ thuộc vào khả năng liên kết của ion với bề mặt rễ thực vật và đá trong lớp nền, trong khi vi khuẩn thúc đẩy quá trình kết tủa và sunphat hóa Nhiều loại thực vật có khả năng hấp thụ kim loại một cách hiệu quả.

Tác nhân gây bệnh trong đất ngập nước được loại bỏ chủ yếu thông qua lắng đọng, lọc và hấp phụ bởi sinh khối Khi các sinh vật này bị kẹt trong hệ thống, số lượng của chúng giảm nhanh chóng do các quá trình tự nhiên và cạnh tranh sinh tồn.

Hình 2.8 : Biến đổi nitơ trong một vùng đất ngập nước [6]

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Các thông số nước thải

3.1.1 Nồng độ các chất trong nước thải

Nước thải xử lý từ bể tự hoại bao gồm nước xám và nước đen với nồng độ ô nhiễm giảm Khóa luận thiết kế hệ thống xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang cho một cụm dân cư giả định với công suất 30 m³/ngày.

B ảng 3.1 Đặc trưng nước thải sinh hoạt cần xử lý [2] Đại lƣợng Thông số (mg/l)

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, cùng với các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải dao động từ 150-450 mg/l theo trọng lượng khô, cung cấp nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật.

3.1.2 Yêu cầu nước thải đầu ra

Yêu cầu nước thải đầu ra phải đạt tiêu chuẩn Quy chuẩn 14 : 2008 BTNMT – Loại A

Bảng 3.2 : thông số nước thải đầu ra (theo QCVN 14 : 2008 BTNMT – Loại A )

Số tt Thông số Đơn vị Thông số đầu vào

3 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 100 50

3.1.3 Giá trị lưu lượng dùng để thiết kế

Với Q tb = 30 m 3 /ngày thì hệ số điều hòa là K max = 3.0 (theo TCXDVN 51-

3.2 Đề xuất phương án thiết kế bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang xử lý nước thải sinh hoạt Đinh hướng của đề tài là thiết kế bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang cùng với các hệ thống phụ trợ để xử lý nước thải sinh hoạt Hệ thống xử lý này được thiết kế cho một cụm dân cư giả định với công suất 30 m 3 /ngày Sơ đồ hệ thống xử lý như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang

Nước thải từ bể tự hoại và sinh hoạt được đưa vào hệ thống xử lý qua song chắn rác để loại bỏ tạp chất lớn, sau đó vào bể gom-điều hòa nhằm ổn định nồng độ và lưu lượng Tiếp theo, nước thải đi vào bể lọc kị khí, nơi các vi khuẩn yếm khí phân hủy chất hữu cơ Sau đó, nước thải được chuyển sang bể làm thoáng với máy nén khí để tăng cường oxy trước khi vào bãi lọc trồng cây Bãi lọc thiết kế với cửa tràn cao giúp tiết kiệm năng lượng, cho phép nước di chuyển ngang qua các mao quản Nhờ sự hỗ trợ của thực vật và vi sinh vật cùng các quá trình vật lý, chất ô nhiễm trong nước thải được xử lý hiệu quả, đồng thời hệ thống còn giữ lại kim loại nặng mà không gây độc cho môi trường Cuối cùng, nước thải sau khi qua bãi lọc được xả ra nguồn tiếp nhận an toàn.

3.3 Tính toán thông số hệ thống

Bể gom-điều hòa, bể lọc kị khí, làm thoáng xây nối tiếp nhau và có bề mặt cao hơn 0.5 m so với mặt bằng bãi lọc

- Loại bỏ các chất thải rắn khô như nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy…

- Rác sau khi tách ra ở song chắn rác sẽ được thu gom lại và xử lý theo định kì

Do lưu lượng xả thải thấp (30 m 3 /ngày) nên ta có thể sử dụng song chắn rác loại thô sơ và xử lý rác bằng phương pháp thủ công

Chọn song chắn rác kích thước 0.3×0.5 m; kích thước khe 0.02 m; làm bằng thép không rỉ có Φ 0.006 m

Thời gian lưu nước trong bể gom-điều hòa chọn là: to = 2h-6h chọn t o = 4h

Thể tích bể gom-điều hòa là: V dh

V dh : thể tích gom-bể điều hòa

Q h max: Giá trị lưu lượng lớn nhất bằng 3 lần lưu lượng trung bình (TCXDVN 51-2008) to: thời gian lưu nước + Chọn chiều cao hữu ích của bể là h 1 = 1.5 m

+ Chọn chiều cao an toàn của bể là ho = 0.5 m

+ Chiều cao toàn phần của bể là H = h 1 + h o = 1.5 + 0.5 = 2 m

+ Diện tích bể gom-điều hòa là: F dh

2 = 7,5 m 2 Chọn bể hình chữ nhật có kích cỡ là L × B = 2,5 × 3

+ Đường ống dẫn nước mm v m

Q tb = 1.25 m 3 /h Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 27 (theo Catalogue)

Sử dụng ống Φ 27 cho nước từ bể gom-điều hòa sang bể lọc kỵ khí

Lắp đặt máy bơm để bơm nước từ bể gom-điều hòa sang bể lọc kị khí

1000×0.8 = 0.02 kW QT: Lưu lượng trung bình nước thải m 3 /s ρ: Khối lượng riêng của nước g: trọng lực trái đất g = 9.81 H: chiều cao cột áp lấy H = 5 m

H0: hiệu suất máy bơm, chọn H 0 = 0.8 Chọn máy bơm công suất 0.1 kW

Sử dụng nắp đậy hình vuông kích thước 0.5×0.5 m

Bảng 3.3 Giá trị tính toán bể gom-điều hòa

STT Giá trị Thông số Đơn vị

1 Chiều dài bể gom-điều hòa 3 m

2 Chiều rộng bể gom-điều hoa 2.5 m

3 Chiều cao bể gom-điều hòa 2 m

4 Ống nước sang bể lọc kỵ khí Φ 27 mm

Phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nước thành chất vô cơ bền bằng vi sinh vật kị khí, tùy nghi bám trên vật liệu lọc

Nước xám và nước đen sau khi xử lý tại bể tự hoại sẽ chảy sang bể gom-điều hòa, sau đó được bơm vào bể lọc kị khí từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc có vi sinh vật Bể lọc kị khí gồm 3 ngăn, với vật liệu lọc là sỏi đường kính 25 mm, được đặt trên tấm đan bê tông cốt thép có lỗ 20 mm, cách đáy bể 20 cm và cao 1 m Chất hữu cơ tiếp xúc với màng vi sinh vật sẽ bị hấp phụ và phân hủy, trong khi bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc Sau khoảng 6 tháng đến 1 năm, cần xả bùn và thau rửa lọc một lần Nước thải tiếp tục được đưa 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 [3]

Bể lọc hình chữ nhật được chia thành 3 ngăn bằng nhau, mỗi ngăn chứa lớp vật liệu lọc là sỏi với chiều cao 1 m Lớp vật liệu lọc được đặt cách đáy 0.2 m và cách nắp đậy cũng 0.2 m.

F: Diện tích bể lọc kị khí

Q tb : lưu lượng nước trung bình

U0: tải trọng thủy lực, U 0 = 0.5-1.5 m 3 /m 2 ngày, chọn U 0 = 1.5 m 3 /m 2 ngày

Chiều cao của bể lọc kị khí được tính bằng tổng của ba phần: h1, h2 và h3, với công thức h = h1 + h2 + h3 Cụ thể, chiều cao bể lọc kị khí là 1.4 m, trong đó h1 là chiều cao từ mặt vật liệu lọc đến mặt nước thu (0.2 m), h2 là chiều cao lớp vật liệu lọc (1 m), và h3 là chiều cao từ lớp vật liệu lọc xuống đáy (0.2 m).

+ Lượng sỏi dùng trong bể lọc kị khí

+ Thời gian lưu nước mỗi ngăn t = V 3×Q ×24 = 28×24

Bể được xây dựng cạnh bãi lọc trồng cây, có độ sâu âm xuống đất nhưng vẫn cao hơn mặt bằng bãi lọc 0.5 m Bể này được trang bị nắp đậy để thuận tiện cho việc kiểm tra và bảo dưỡng ngăn lọc.

+ Chọn kích thước nắp đậy các bể là 0.5×0.5 m

+ Chọn chiều rộng bể là: b = 3 m

Bể chia là 3 ngăn bằng nhau, kích thước theo chiều dài bể mỗi ngăn là:

3 = 2.22 M Lấy L 1 = 2.3 m Ống cấp nước từ bể lọc kị khí thứ 3 sang bể làm thoáng chọn ống PVC Φ

60 mm (theo Catalogue nhựa Tiền Phong) Đặt 2 ống giữa hai ngăn bể lọc kỵ khí để tránh dòng chảy tắt

Hình 3.2 Cách bố trí ống nước trong bể lọc kỵ khí

Kích thước ống là: mm v m

2 do đặt 2 ống giữa hai bể Chọn ống PVC Φ 27 mm (theo Catalogue nhựa Tiền Phong)

Bảng 3.4 Giá trị tính toán bể lọc kị khí

STT Giá trị Thông số Đơn vị

1 Chiều dài ngăn lọc kị khí thành phần

2 Chiều rộng ngăn lọc kị khí thành phần

3 Chiều cao bể lọc kị khi 1.4 m

Gom nước đã xử lý từ bể lọc kị khí, giúp thuận tiện trong việc điều chỉnh lưu lượng nước vào bãi lọc trồng cây

Là nơi bổ sung thêm oxy cho nước thải để đảm bảo quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật trong bãi lọc trồng cây

Nước thải được đưa vào bể sục khí và lưu giữ trong 1-2 giờ Trong quá trình này, máy thổi khí hoạt động để cung cấp oxy, giúp cải thiện chất lượng nước thải.

+ Chọn thời gian lưu nước tại bể t 0 = 2 h

Vlt : thể tích bể sục khí

Q h max : lưu lượng max + Chọn chiều cao bể là 1.4 m

+ Diện tích bể F TC là:

+ Lấy kích thước bể là B = 2 m ; L = 3 m

Tính toán máy thổi khí [5] Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí

Trong hệ thống ống dẫn khí, tổn thất áp lực tổng hợp được xác định bởi công thức HK = hc + hd + hf + H Tổn thất áp lực do ma sát dọc chiều dài ống dẫn được ký hiệu là hd, trong khi tổn thất cục bộ là hc Để đảm bảo hiệu quả, tổng tổn thất hd + hc cần nhỏ hơn 0.4 m; do đó, chúng ta chọn hd + hc = 0.3 m Tổn thất qua thiết bị phân phối khí được ký hiệu là hf, với giá trị hf ≤ 0.5 m; vì vậy, chúng ta chọn hf = 0.5 m.

H = chiều sâu hữu ích bể sục khí H = 1 m

HK = 0.3 + 0.5 +1 = 1.8 Áp lực không khí

= hiệu suất máy nén khí, = 0.7 – 0.9, chọn = 0.8 q = lưu lượng khí lấy = 0.081

Chọn máy nén khí công suất 1.8 kW

Bảng 3.5 Giá trị tính toán bể sục khí

STT Giá trị Thông số Đơn vị

Nước thải sau khi qua bể lọc kị khí đã giảm đáng kể các chất ô nhiễm, với hiệu suất xử lý BOD và COD đạt từ 70-80% Chúng ta có thể lấy hiệu suất xử lý trung bình là 70%.

COD = 300 – 0.7 ×200 = 90 mg/l Để giảm bớt diện tích xây dựng và thuận tiện trong việc vân hành ta chia thành 2 bãi lọc trồng cây Q d = 30

Loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ như TSS, BOD5, COD và nitrat trong nước thải sau bể lọc kị khí là cần thiết để đảm bảo nước thải đạt quy chuẩn 14:2008 BTNMT-loại A.

Nước thải khi đi vào bãi lọc trồng cây sẽ mang theo các chất rắn lắng đọng và lơ lửng, bị giữ lại nhờ các mao quản nhỏ hoặc do trọng lượng Các chất hữu cơ trong nước thải cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật, giúp chúng phân hủy trong các quá trình kị khí và hiếu khí Bãi lọc tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học, làm tăng khối lượng và kích thước của chất bẩn, từ đó giữ lại trong các mao quản Một số chất ô nhiễm được loại bỏ nhờ sự hấp phụ của thực vật và vật liệu lọc như cát, sỏi Khi nước thải chảy qua bãi lọc, vi khuẩn gây bệnh bị mắc kẹt, hấp phụ hoặc chết do các quá trình tự nhiên và cạnh tranh sinh tồn.

Tính toán thông số cho một bãi lọc: [6]

+ Diện tích bề mặt bãi lọc

Ah = diện tích bề mặt của bãi lọc (m 2 )

Qd = trung bình lưu lượng xử lý nước thải Q = 15 (m 3 / ngày)

Ci = nồng độ BOD5 nguồn vào, Ci = 60 (mg / l)

Ce = nồng độ BOD5 nguồn ra, Ce = 30 (mg / l)

KBOD = hằng số tốc độ BOD, K BOD = 0.15 với HF (m / d)

+ Diện tích mặt cắt ngang

Ac = Diện tích mặt cắt ngang của bãi lọc (m 2 )

Qs = lưu lượng trung bình xử lý, Qs = 1.74×10 -4 (m 3 / s)

Kf = độ dẫn thủy lực bãi lọc, Kf = 0.001-0.003, chọn Kf = 0.02 dH / ds = độ dốc của phía dưới bãi lọc, thường lấy 0.01 (m / m) Lấy Ac = 9 m 2

A c = diện tích mặt cắt ngang h: độ sâu bãi lọc, h = 0.6 (m)

+ Thời gian lưu nước : t = Ah×ε×h

15 = 1.12 ngày ε: độ xốp vật liệu lọc, ε = 0.3-0.8, chọn ε = 0.4

+ Đường kính ống phân phối nước : m v

Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 60

Chiều dài ống nước vào 2.8 m

Khoan trên ống 40 lỗ,đường kính mỗi lỗ là 20 mm

Khoảng cách giữa cá lỗ là:

40+1 = 0.048 m = 4.8 cm W: chiều dài ống, W = 2.8 m n: số lỗ trên ống, n @ ống thu nước ở cuối bãi lọc có đường kính: v m

Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 60 v = vận tốc nước chảy trong ống, v = 0.7-1.5 m/s, chọn v = 0.7 m/s [10]

Lấy chiều dài lớp sỏi thô (d = 60-80 mm) bảo vệ hai đầu bãi lọc trồng cây là L sỏi 2 = 0.75 m

+ Thể tích sỏi thô (d = 60-80 mm) là:

Vsỏi 2 = Lsỏi 2= 2 × 0.75 × 4.7 × 0.6 = 4.23 m 3 Chiều dài lớp cát sỏi trồng cây là: L sỏi 3 = 15 – 0.75× 2 = 12.5 m

+ Thể tích cát sỏi (d=5-20 mm) dùng để trồng cây là:

V thể tích sỏi được tính bằng công thức V sỏi 3 = L sỏi 3 × R × h, với kết quả là 35.25 m³ Tại cuối bãi, nơi đặt ống thu nước, cần xây thêm hố gom nước có kích thước 0.5 × 0.5 m và độ cao bằng bãi lọc Trong hố này, sẽ có một ống dẫn nước có thể điều chỉnh độ cao, kết nối với ống gom nước trong bãi lọc để kiểm soát mực nước Đồng thời, khi tiến hành láng nền bãi lọc, cần tạo độ dốc 1% về phía cuối bãi để chống thấm hiệu quả.

Bãi lọc hình chữ nhật sử dụng lớp sỏi thô lớn ở khu vực đầu vào và đầu ra để phân phối và thu gom nước hiệu quả, bảo vệ bãi lọc Lớp bảo vệ này có chiều dài 0.75 m với sỏi có kích thước từ 60-80 mm Khu vực trồng cây dong được bố trí với cát sỏi kích thước 5-20 mm, dài 12.5 m, với sỏi lớn ở dưới và nhỏ dần lên trên Trên bề mặt bãi lọc, một lớp đất mỏng được phủ để hỗ trợ sự phát triển của cây Cây dong được chọn vì khả năng xử lý chất thải tốt, sinh trưởng khỏe mạnh và phù hợp với khí hậu nước ta Diện tích trồng cây là 12.5 × 4.7 m, với 9 hàng cách nhau 0.5 m và cách thành 0.35 m, mỗi hàng trồng 24 cây cách nhau 0.5 m Khi mới trồng, cần bổ sung phân bón để cây phát triển ổn định trước khi cho dòng thải vào bãi lọc, và khoảng cách giữa các cây luôn phải ≥ 0.3 m; nếu không đảm bảo, cần tiến hành nhổ tỉa.

B ả ng 3.6 : Giá tr ị tính toán bãi l ọ c

Số TT Thông số Giá trị Đơn vị

4 Chiều dài lớp đá thô bảo vệ 0.75 m

5 Ống nhựa phân phối và thu gom nước (PVC) Φ 60 mm

9 Kích thước hố gom nước 0.5 × 0.5 m

10 Chiều cao hố thu nước 0.6 m

3.3.6 Tính toán chi phí (tham khảo giá xây dựng trên thị trường)

+ Giá thành xây bể gom-điều hòa, bể lọc kị khí, bể sục khí G 1 :

G1: Giá xây bể gom-điều hòa và bể lọc kị khí

V tổng 1 = Vbể gom-điều hòa+ Vbể lọc kị khí+ Vbể làm thoáng = 15+28.98+8.4 = 52,38 m 3 Giá xây dựng 1500000 đ cho 1 m 3 bể

+ Giá thành xây bãi lọc G2 :

- Giá xây dựng 1000000 đ cho 1 m 3 bãi lọc

+ Lắp đặt đường ống, song chắn rác, mát bơm, máy sục khí:

+ Chi phí mua cây và trồng cây G5 = 4000000 đ

+ Nhân công 1 người với nhiệm vụ vận hành hệ thống, rửa vật liệu, chăm sóc cây trong bãi lọc Lương 5 triệu/tháng

Tổng lương nhân công là Gn = 12 × 3 = 36 triệu/năm

Tiền điện chạy máy thổi khí: G đk = 1.8 × 8 ×365× 1800 = 9460800đ/năm Tiền điện chạy máy bơm: G đb = 0.1 × 8 × 365 × 1800 = 525600 đ/năm

- Công suất máy bơm 0.1 kW

- Công suất máy nén khí 1.8 kW

- Mỗi ngày 2 máy chạy 8 tiếng

Giá thành xử lý 1 m 3 nước thải có nhân công là;

Giá thành xử lý 1 m3 nước thải không nhân công là:

Tính toán thông số hệ thống

Bể gom-điều hòa, bể lọc kị khí, làm thoáng xây nối tiếp nhau và có bề mặt cao hơn 0.5 m so với mặt bằng bãi lọc

- Loại bỏ các chất thải rắn khô như nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy…

- Rác sau khi tách ra ở song chắn rác sẽ được thu gom lại và xử lý theo định kì

Do lưu lượng xả thải thấp (30 m 3 /ngày) nên ta có thể sử dụng song chắn rác loại thô sơ và xử lý rác bằng phương pháp thủ công

Chọn song chắn rác kích thước 0.3×0.5 m; kích thước khe 0.02 m; làm bằng thép không rỉ có Φ 0.006 m

Thời gian lưu nước trong bể gom-điều hòa chọn là: to = 2h-6h chọn t o = 4h

Thể tích bể gom-điều hòa là: V dh

V dh : thể tích gom-bể điều hòa

Q h max: Giá trị lưu lượng lớn nhất bằng 3 lần lưu lượng trung bình (TCXDVN 51-2008) to: thời gian lưu nước + Chọn chiều cao hữu ích của bể là h 1 = 1.5 m

+ Chọn chiều cao an toàn của bể là ho = 0.5 m

+ Chiều cao toàn phần của bể là H = h 1 + h o = 1.5 + 0.5 = 2 m

+ Diện tích bể gom-điều hòa là: F dh

2 = 7,5 m 2 Chọn bể hình chữ nhật có kích cỡ là L × B = 2,5 × 3

+ Đường ống dẫn nước mm v m

Q tb = 1.25 m 3 /h Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 27 (theo Catalogue)

Sử dụng ống Φ 27 cho nước từ bể gom-điều hòa sang bể lọc kỵ khí

Lắp đặt máy bơm để bơm nước từ bể gom-điều hòa sang bể lọc kị khí

1000×0.8 = 0.02 kW QT: Lưu lượng trung bình nước thải m 3 /s ρ: Khối lượng riêng của nước g: trọng lực trái đất g = 9.81 H: chiều cao cột áp lấy H = 5 m

H0: hiệu suất máy bơm, chọn H 0 = 0.8 Chọn máy bơm công suất 0.1 kW

Sử dụng nắp đậy hình vuông kích thước 0.5×0.5 m

Bảng 3.3 Giá trị tính toán bể gom-điều hòa

STT Giá trị Thông số Đơn vị

1 Chiều dài bể gom-điều hòa 3 m

2 Chiều rộng bể gom-điều hoa 2.5 m

3 Chiều cao bể gom-điều hòa 2 m

4 Ống nước sang bể lọc kỵ khí Φ 27 mm

Phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nước thành chất vô cơ bền bằng vi sinh vật kị khí, tùy nghi bám trên vật liệu lọc

Nước xám và nước đen sau khi xử lý tại bể tự hoại sẽ chảy sang bể gom-điều hòa, sau đó được bơm vào bể lọc kỵ khí theo chiều từ dưới lên, đi qua lớp vật liệu lọc có vi sinh vật Bể lọc kỵ khí được chia thành 3 ngăn, sử dụng sỏi có đường kính 25 mm làm vật liệu lọc, được đặt trên tấm đan bê tông cốt thép với lỗ 20 mm, cách đáy bể 20 cm và có chiều cao lớp lọc 1 m Chất hữu cơ sẽ bị hấp phụ và phân hủy khi tiếp xúc với màng vi sinh vật, trong khi bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc Sau khoảng 6 tháng đến 1 năm, cần xả bùn và thau rửa lọc một lần Cuối cùng, nước thải sẽ được đưa qua 3 ngăn lọc kỵ khí và chuyển sang bãi lọc ngầm trồng cây để xử lý tiếp.

Thiết kế bể lọc kị khí [3]

Bể lọc hình chữ nhật được chia thành ba ngăn bằng nhau, mỗi ngăn chứa lớp vật liệu lọc là sỏi với chiều cao 1 m Lớp vật liệu lọc này cách đáy bể 0,2 m và cách nắp đậy cũng 0,2 m.

F: Diện tích bể lọc kị khí

Q tb : lưu lượng nước trung bình

U0: tải trọng thủy lực, U 0 = 0.5-1.5 m 3 /m 2 ngày, chọn U 0 = 1.5 m 3 /m 2 ngày

Chiều cao bể lọc kị khí được tính bằng công thức h = h1 + h2 + h3, trong đó h1 là chiều cao từ mặt vật liệu lọc đến mặt nước thu (0.2 m), h2 là chiều cao lớp vật liệu lọc (1 m), và h3 là chiều cao từ lớp vật liệu lọc xuống đáy (0.2 m) Tổng chiều cao bể lọc kị khí là 1.4 m.

+ Lượng sỏi dùng trong bể lọc kị khí

+ Thời gian lưu nước mỗi ngăn t = V 3×Q ×24 = 28×24

Bể được thiết kế cạnh bãi lọc trồng cây, chôn sâu dưới đất nhưng vẫn cao hơn bãi lọc 0.5 m Bể có nắp đậy để thuận tiện cho việc kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống lọc.

+ Chọn kích thước nắp đậy các bể là 0.5×0.5 m

+ Chọn chiều rộng bể là: b = 3 m

Bể chia là 3 ngăn bằng nhau, kích thước theo chiều dài bể mỗi ngăn là:

3 = 2.22 M Lấy L 1 = 2.3 m Ống cấp nước từ bể lọc kị khí thứ 3 sang bể làm thoáng chọn ống PVC Φ

60 mm (theo Catalogue nhựa Tiền Phong) Đặt 2 ống giữa hai ngăn bể lọc kỵ khí để tránh dòng chảy tắt

Hình 3.2 Cách bố trí ống nước trong bể lọc kỵ khí

Kích thước ống là: mm v m

2 do đặt 2 ống giữa hai bể Chọn ống PVC Φ 27 mm (theo Catalogue nhựa Tiền Phong)

Bảng 3.4 Giá trị tính toán bể lọc kị khí

STT Giá trị Thông số Đơn vị

1 Chiều dài ngăn lọc kị khí thành phần

2 Chiều rộng ngăn lọc kị khí thành phần

3 Chiều cao bể lọc kị khi 1.4 m

Gom nước đã xử lý từ bể lọc kị khí, giúp thuận tiện trong việc điều chỉnh lưu lượng nước vào bãi lọc trồng cây

Là nơi bổ sung thêm oxy cho nước thải để đảm bảo quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật trong bãi lọc trồng cây

Nước thải được dẫn vào bể sục khí và lưu giữ trong thời gian 1-2 giờ, trong quá trình này, máy thổi khí sẽ cung cấp oxy cho nước thải bằng cách thổi không khí vào.

+ Chọn thời gian lưu nước tại bể t 0 = 2 h

Vlt : thể tích bể sục khí

Q h max : lưu lượng max + Chọn chiều cao bể là 1.4 m

+ Diện tích bể F TC là:

+ Lấy kích thước bể là B = 2 m ; L = 3 m

Tính toán máy thổi khí [5] Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí

Công thức tính tổn thất áp suất trong hệ thống ống dẫn khí được biểu diễn như sau: HK = hc + hd + hf + H Trong đó, hd là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, và hc là tổn thất cục bộ Để đảm bảo hiệu quả, tổng tổn thất hd + hc nên nhỏ hơn 0.4 m, vì vậy chúng ta chọn hd + hc = 0.3 m Ngoài ra, hf là tổn thất qua thiết bị phân phối khí, với giá trị hf không vượt quá 0.5 m; do đó, chúng ta chọn hf = 0.5 m.

H = chiều sâu hữu ích bể sục khí H = 1 m

HK = 0.3 + 0.5 +1 = 1.8 Áp lực không khí

= hiệu suất máy nén khí, = 0.7 – 0.9, chọn = 0.8 q = lưu lượng khí lấy = 0.081

Chọn máy nén khí công suất 1.8 kW

Bảng 3.5 Giá trị tính toán bể sục khí

STT Giá trị Thông số Đơn vị

Nước thải sau khi qua bể lọc kị khí đã giảm đáng kể các chất ô nhiễm, với hiệu suất xử lý BOD và COD đạt từ 70-80%, trong đó hiệu suất xử lý được lấy là 70%.

COD = 300 – 0.7 ×200 = 90 mg/l Để giảm bớt diện tích xây dựng và thuận tiện trong việc vân hành ta chia thành 2 bãi lọc trồng cây Q d = 30

Để đảm bảo nước thải sau bể lọc kị khí đạt quy chuẩn 14:2008 BTNMT-loại A, cần loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ như TSS, BOD5, COD và nitrat còn lại trong nước thải.

Nước thải khi đi vào bãi lọc trồng cây sẽ mang theo các chất rắn lắng đọng và lơ lửng, được giữ lại nhờ các mao quản nhỏ hoặc do trọng lực Các chất hữu cơ trở thành nguồn dinh dưỡng quan trọng cho vi sinh vật, bị phân hủy trong quá trình kị khí và hiếu khí Bãi lọc tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học xảy ra, giúp các chất bẩn tạo phức hoặc kết tủa, từ đó tăng khối lượng và kích thước để bị giữ lại Một số chất gây ô nhiễm được loại bỏ nhờ sự hấp phụ của thực vật hoặc vật liệu lọc như cát và sỏi Khi nước thải chảy qua bãi lọc, vi khuẩn gây bệnh sẽ bị mắc kẹt, hấp phụ hoặc chết do các quá trình tự nhiên và cạnh tranh sinh tồn.

Tính toán thông số cho một bãi lọc: [6]

+ Diện tích bề mặt bãi lọc

Ah = diện tích bề mặt của bãi lọc (m 2 )

Qd = trung bình lưu lượng xử lý nước thải Q = 15 (m 3 / ngày)

Ci = nồng độ BOD5 nguồn vào, Ci = 60 (mg / l)

Ce = nồng độ BOD5 nguồn ra, Ce = 30 (mg / l)

KBOD = hằng số tốc độ BOD, K BOD = 0.15 với HF (m / d)

+ Diện tích mặt cắt ngang

Ac = Diện tích mặt cắt ngang của bãi lọc (m 2 )

Qs = lưu lượng trung bình xử lý, Qs = 1.74×10 -4 (m 3 / s)

Kf = độ dẫn thủy lực bãi lọc, Kf = 0.001-0.003, chọn Kf = 0.02 dH / ds = độ dốc của phía dưới bãi lọc, thường lấy 0.01 (m / m) Lấy Ac = 9 m 2

A c = diện tích mặt cắt ngang h: độ sâu bãi lọc, h = 0.6 (m)

+ Thời gian lưu nước : t = Ah×ε×h

15 = 1.12 ngày ε: độ xốp vật liệu lọc, ε = 0.3-0.8, chọn ε = 0.4

+ Đường kính ống phân phối nước : m v

Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 60

Chiều dài ống nước vào 2.8 m

Khoan trên ống 40 lỗ,đường kính mỗi lỗ là 20 mm

Khoảng cách giữa cá lỗ là:

40+1 = 0.048 m = 4.8 cm W: chiều dài ống, W = 2.8 m n: số lỗ trên ống, n @ ống thu nước ở cuối bãi lọc có đường kính: v m

Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC Φ 60 v = vận tốc nước chảy trong ống, v = 0.7-1.5 m/s, chọn v = 0.7 m/s [10]

Lấy chiều dài lớp sỏi thô (d = 60-80 mm) bảo vệ hai đầu bãi lọc trồng cây là L sỏi 2 = 0.75 m

+ Thể tích sỏi thô (d = 60-80 mm) là:

Vsỏi 2 = Lsỏi 2= 2 × 0.75 × 4.7 × 0.6 = 4.23 m 3 Chiều dài lớp cát sỏi trồng cây là: L sỏi 3 = 15 – 0.75× 2 = 12.5 m

+ Thể tích cát sỏi (d=5-20 mm) dùng để trồng cây là:

V thể tích sỏi 3 được tính bằng công thức V sỏi 3 = L sỏi 3 × R × h, với kết quả là 35.25 m³ Cuối bãi, nơi đặt ống thu nước, cần xây thêm hố gom nước có kích thước 0.5 × 0.5 m và độ cao bằng bãi lọc Hố này sẽ chứa một ống dẫn nước có thể điều chỉnh độ cao, kết nối với ống gom nước trong bãi lọc để kiểm soát mực nước Trong quá trình láng nền bãi lọc, cần tạo độ dốc 1% về phía cuối bãi để chống thấm hiệu quả.

Bãi lọc hình chữ nhật sử dụng lớp sỏi thô lớn để phân phối và thu gom nước hiệu quả, bảo vệ bãi lọc với sỏi d = 60-80 mm ở hai thành bể kéo dài 0.75 m Khu vực trồng cây dong có chiều dài 12.5 m, sử dụng cát sỏi d = 5-20 mm, với sỏi được sắp xếp từ to đến nhỏ Bề mặt bãi lọc được phủ một lớp đất mỏng để cây dễ phát triển Cây dong được chọn vì khả năng xử lý chất thải tốt, sinh trưởng khỏe mạnh và phù hợp với khí hậu Việt Nam Diện tích trồng cây là 12.5 × 4.7 m, với 9 hàng cách nhau 0.5 m và cách thành 0.35 m, mỗi hàng trồng 24 cây cách nhau 0.5 m Khi mới trồng, cần bổ sung phân bón để cây phát triển ổn định trước khi cho dòng thải vào bãi lọc Khoảng cách giữa các cây phải ≥ 0.3 m, nếu không đảm bảo cần tiến hành nhổ tỉa.

B ả ng 3.6 : Giá tr ị tính toán bãi l ọ c

Số TT Thông số Giá trị Đơn vị

4 Chiều dài lớp đá thô bảo vệ 0.75 m

5 Ống nhựa phân phối và thu gom nước (PVC) Φ 60 mm

9 Kích thước hố gom nước 0.5 × 0.5 m

10 Chiều cao hố thu nước 0.6 m

3.3.6 Tính toán chi phí (tham khảo giá xây dựng trên thị trường)

+ Giá thành xây bể gom-điều hòa, bể lọc kị khí, bể sục khí G 1 :

G1: Giá xây bể gom-điều hòa và bể lọc kị khí

V tổng 1 = Vbể gom-điều hòa+ Vbể lọc kị khí+ Vbể làm thoáng = 15+28.98+8.4 = 52,38 m 3 Giá xây dựng 1500000 đ cho 1 m 3 bể

+ Giá thành xây bãi lọc G2 :

- Giá xây dựng 1000000 đ cho 1 m 3 bãi lọc

+ Lắp đặt đường ống, song chắn rác, mát bơm, máy sục khí:

+ Chi phí mua cây và trồng cây G5 = 4000000 đ

+ Nhân công 1 người với nhiệm vụ vận hành hệ thống, rửa vật liệu, chăm sóc cây trong bãi lọc Lương 5 triệu/tháng

Tổng lương nhân công là Gn = 12 × 3 = 36 triệu/năm

Tiền điện chạy máy thổi khí: G đk = 1.8 × 8 ×365× 1800 = 9460800đ/năm Tiền điện chạy máy bơm: G đb = 0.1 × 8 × 365 × 1800 = 525600 đ/năm

- Công suất máy bơm 0.1 kW

- Công suất máy nén khí 1.8 kW

- Mỗi ngày 2 máy chạy 8 tiếng

Giá thành xử lý 1 m 3 nước thải có nhân công là;

Giá thành xử lý 1 m3 nước thải không nhân công là: