TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

ĐÒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

ĐẺ TẢI:THIÉT KÉ HỆ THỐNG xử LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO

KHU DÂN Cư 10000 DÂN

Sinh viên thực hiện :Nguyễn Văn Vưọng Lớp : Kỹ thuật Môi trườngKhoa _ : 53^Giáo viên hướng dẫn : Ths.Vũ Ngọc Thủy

HÀ NỘI-11/2012

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT N AM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNHViện Khoa học và Công nghệ Môi truửngNgành: Kỳ thuật môi trườngỉ.Đầu đề thiết kế:

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân.2. Các số liệu ban đầu:

- Tự chọn

3. Nội dung các phần thuyết minh và tỉnh toán:

- Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý- Tính toán các thiết bị chính

4. Các bản vẽ và đồ thị:

- Bán vẽ sơ đồ công nghệ đầy đu- Bản vẽ bố trí cao trình (A3)- Bản vẽ chi tiết thiết bị chính(A3)

5. Cán bộ hướng dan

ThS. Vũ Ngọc Thủy

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án chuyên ngành: 13/9/2012

7. Ngày hoàn thành đồ án chuyên ngành:

Hà Nội, ngày tháng năm

CÁN Bộ HƯỚNG DẢN

(Ký, ghi rõ họ tên)

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trưòng Đại học Bách khoa Hà

Nội

Họ và tên: Nguyễn Văn Vượng

Lớp: Kỳ thuật môi trường

Số hiệu sinh viên: 20083572

Khoá: 53

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU

Phần 1.Thông số thiết kế và lựa chọn sơ đồ công nghệ...............................................41. Nước thải sinh hoạt...............................................................................................5

a. Đặc tnrng nước thải sinh hoạt..........................................................................5

b. Tác động của nước thải tới môi trường...........................................................6

c. Thông số lựa chọn...........................................................................................7

2. Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý.................................................................9

a. Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Aeroten.........................................9

b. Xử lý nước thải sinh hoat bằng công nghệ AAO...........................................11

Phần 2.Thiết kế bể AAO.............................................................................................14

1. Thông sổ đi vào bể.........................................................................................14

2. Tính cụm bể AAO.........................................................................................15

a. Bê aerobic.................................................................................................15

b. Bê anoxic..................................................................................................18

c. Be anaerobic.............................................................................................19

3. Tông hợp số liệu 3 bê đã được tính toán........................................................21

4. Tính toán câp khí cho bê aerobic...................................................................22

5. Tính toán khuấy trộn cho anoxic và anaerobic..............................................25

Lời cảm ơnTài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người. Nước trong tự nhiên bao gồm toàn bộ các đại dương, biên vịnh sông hồ, ao suối, nước ngầm, hơi nước ẩm trong đất và trong khí quyển. Trên trái đất nước ngọt chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với nước mặn. Nước ngọt cần cho mọi sự sống và phát triển, nước giúp cho các tế bào sinh vật trao đôi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế bào mới. Vì vậy, có thê nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống.

Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ. Sau khi sử dụng nước trở thành nước thải, bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau. Ngày nay, cùng với sự bùng nô dân sổ và tốc độ phát triên cao của công nông nghiệp ... đã đế lại nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường nước. Vấn đề này đang được nhiều sự quan tâm của mọi người, mọi quốc gia trên thế giới.

ơ Việt Nam hiện nay phần lớn nước thải sinh hoạt chưa được xử lý và được thải thằng ra sông, hồ,ao và các nguồn tiếp nhận. Vì vậy, dần đến tình trạng các con sông đó bị ô nhiễm bốc mùi khó chịu, làm mất cảnh quan và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con người.

Với sự ô nhiễm nước thải của nước ta hiện nay. Qua những môn em đã học,và sự hướng dần nhiệt tình của cô Vũ Ngọc Thủy đã cho em những những kiến thức và kinh nhiệm giúp em có thê hoàn thành đồ án Thiết kế hệ thống xử lv nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân ” với công nghệ mới ,hiệu quả xử lý cao làm giảm một phần nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng.

Phần 1.Thông số thiết kế và lựa chọn sơ đồ công nghệ

1.Nước thải sinh hoạt a. Đặc trưng nưóc thải sinh hoạt:

Nước thải sinh hoạt được sinh ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học và các nơi tương tự khác.

Lượng phát sinh nước thải sinh hoạt rất lớn, tùy thuộc vào mức thu nhập, thói quen của dân cư và điều kiện khí hậu. Đối với Việt Nam tiêu chuẩn cấp nước cho các đô thị lớn ở mức 150 - 200 1/người.ngày, vùng nông thôn ở mức 100 1/người.ngày. Có thê ước tính 60 - 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt trở thành nước thải sinh hoạt tùy theo vùng và thời tiết.

Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các chất rắn lơ lửng .

Nước thải sinh hoạt nếu không được xử lý trước khi thải ra các nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe. Nước thải sinh hoạt chứa các chất dinh dường (N, P) có thể gây hiện tượng phú dưỡng các thủy vực nước ngọt. Các nguồn tiếp nhận (sông, hồ) bị ô nhiễm túc là suy giảm cả về chất và lượng đổi với tài nguyên nước vốn đã rất hạn chế. 0 nhiễm nguồn nước được cho là nguyên nhân gây ra các bệnh như tiêu chảy, lỵ, tả, thương hàn, viêm gan A, giun, sán.

Thành phần nước thải sinh hoạt tương đối ổn định và phụ thuộc vào tiêu chuấn cấp nước, đặc diêm hệ thống thoát nước, điều kiện trang thiết bị vệ sinh,... Nồng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt được nêu trong bảng sau.

b. Tác động của nước thải tới môi trưÒTằg

Nước thải sinh hoạt gây ra sự ô mhiễm môi trường do các thành phần ô nhiễm:

COD, BOD : Sự khoáng hoá, ôn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây thiếu hụt oxy

của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng của hệ sinh thái môi trường nước. Neu ô nhiễm quá

mức điều kiện yếm khí có the hình thành. Trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản

phẩm như H2S, NH3, CH4,... làm cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường nước

nơi tiếp nhận, ss : Lắng đọng ở nguồn tiếp nhận gây điều kiện yếm khí.

Nhiệt độ : Nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không gây ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ

sinh vật.

Vi khuẩn gây bệnh: Gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức

ăn, vàng da,...

N, p : Đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong nước quá cao dần tới

hiện tượng phú dưỡng hoá, đó là sự phát triên bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy

trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và gây chết các thuỷ sinh vật, trong khi đó ban

ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra.

Bảng 1.1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư.Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình

Tổng chất rắn (TS), mg/1 350- 1200 720

- Chất rắn hoà tan (TDS), mg/1 250 - 850 500

- Chất rắn lơ lững (SS), mg/1 100 -350220

BOD5, mg/1 110-400 220

Tổng Nitơ, mg/1 20-85 40

- Nitơ hữu cơ 8-35 15

- Nitơ Amoni 12-50 25

- Nitơ Nitrit 0-0,1 0,05

- Nitơ Nitrat 0,1 -0,4 0,2

Clorua, mg/1 30-100 50

Độ kiềm, mgCaC03/l 50 - 200 100

Tổng chất béo, mg/1 50 - 150 100

Tổng Phốt pho, mg/1 8

Nguồn : [1 ]

Màu : Màu đục hoặc đen, gây mất mỹ quan.

Dầu mỡ : Gây mùi, ngăn cán khuếch tán oxy trên bề mặt.

c. Thông số lựa chọn :

Nếu giả sử tiêu chuân cấp nước ở các khu đô thị lớn ở Việt Nam là 2001/người.ngày đêm và 80% trong đó thải ra ngoài môi trường.

Hệ số không điều hòa là l,5h [7]

Thì lưu lượng nước thải ra tính cho 10000 người trong 1 ngày là:

Qtb=200.10000.80%=1600000 1/ ngđêm= 1600m3/ngđêm(Q,)

Hay Qtbh=66,67 m3/h(Q2)

Lưu lượng lớn nhất: Qmax_h=66,67.1,5=100m3/h (Q3)Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ, các chất dinh dường

và các chất rắn lơ lửng. WHO (1993)[5] đưa ra tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân đê xác định nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt như Bảng 1. 3a.

Đối với các đô thị ở Việt Nam thì tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân có thể tham khảo theo Bảng 1. 3b.

Bảng 1. 3b. Tải trọng các chất ô nhiễm tỉnh cho một người dân Việt Nam

Bảng 1. 3a. Tải trọng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đô thị

Chất ô nhiễm Tải lượng (g/ người.ngày)BODs 45-54COD (1,6- l,9)BOD5

TOC (0,6- l,0)BODsTS 170-220ss 70- 145Dầu mỡ 10-30Độ kiềm (CaC03) 20-30Chlorides 4-8TN(N) 6-12

Org - N 0,4TNAmmonia 0,6TN

(0,0 - 0,05)TNTP (P) 0,6- 4,5

Org - p 0,3TPInorg - p 0JTP

Tổng Coliform 106- 109MNP/100mlNguồn: [5].

Nguồn:[7].Các bảng số liệu trên dùng để tính cho 1 người trên ngày,nhưng không có tính khả thi để tính tải trọng ô nhiễm cho một khu dân cư.Qua tìm hiểu về nước thải sinh hoạt hiện nay, số liệu đặc trưng ô nhiễm nước thải của các khu đô thị lớn,và dòng ra theo cột A QCVN 14:2008/BTNMT ta được bảng thông sô đầu vào và đầu ra như sau:

Bảng 1. 3c. Các thông so đầu vào và đầu ra.

Theo QCVN 14:2008/BTNMT thì cột A là cột quy định giá trị c của các thông số ô nhiễm làm cơ sơ tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột AI và A2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt) [7].

Chất ô nhiễm Tải trọng (g/người.ngày)ss 60-65BOD5 30 - 35

— 8— 1,44

Chất hoạt động bề mặt 3,3Dầu mỡ 2-2,5Cl- 10

Hạng mục Chất lượng nước dòng vào ( yêu cầu thiết kế )

Chất lượng nước dòng ra theo QCVN 14-2008 cột A [61

Nhiệt độ 20 - 30°c 20 - 30°c

pH 6.5 - 8.0 5-9

BOD5 400 mg/1 50 mg/1

NH4_N 50 mg/1 5 mg/1

Chất rắn lơ lửng (T- SS) 275 mg/1 50 mg/1

TKN 60 mg/1 -

P04_P 12 mg/1 6 mg/1

Dầu + Mỡ 30 mg/1 5 mg/1

Tông Coliíòrm 105- 106 MPN/ lOOml 3.000 MPN/100 ml

2. Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý

Việc áp dụng các phương pháp xử lý nước thải phụ thuộc vào tính chất nước thải, hàng loạt các yếu tố khác như : kinh phí, diện phí, diện tích dành cho hệ thống xử lý, đặc điểm địa hình , hệ thống thoát nước , mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận , ... Hệ thống xử lý nước thải thường bao gồm tống hợp các phương pháp cơ học , hóa học và sinh học.

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là BOD5/ COD > 0,5. Dựa trên phương pháp sinh học khử các chất dinh dưỡng , với một sự kết hợp của các bể như: bê kị khí, bế hiếm khí, và bế hiếu khí. Đối với nước thải sinh hoạt về văn bản là để khử Nitơ ( T- N ) và Phốt pho ( T- p ), Cacbon hữu cơ và Hydro ( BOD ), và ss. Nên đế xử lý đạt hiệu quá tốt hơn thì dùng biện pháp xử lý sinh học đế xử lý nước thải sinh hoạt kết hợp với phương pháp khác.

a. Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Aeroten

Đây là công nghệ mang tính chất truyền thống,xử lý nước thái bằng phương pháp sinh học hiếu khí,trong đó người ta cung cấp oxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tínhSớ đồ công nghê:

Điều hòa: bể điều hòa lưu lượng;

Xử lý cơ học: song chan rác thô thủ công,song chan rác tinh,bê lắng cát thôikhí

Be lắng đợt một;

Xử lý sinh học: bể aeroten, bê lắng đợt 2;

s X iT

HTN RTR BLC BDH Vf Aeruten J L2 \ VBC

ẲV y

XBV___J

——ị ( EB

BT •*.........

HTM: hầm tiếp nhận L2: bế lắng đợt hai EB: máy ép bùnSCR: song chắn rác BC: bể chứa nứơc sau xừ lý BT: bùn thải

BLC: bể lắng cát thổi khí TC: nưđc dùng tưđi cây xanh, rữa dường Quạt: quạt cấp khí cho LSMBĐH: bế điểu hòa NTN: nguồn tiếp nhận ct: cặn tươi

LI:bể lắng đợi 1 ThR: thùng rác bhtd: bùn họat tính dư

TG: ngăn chứa trung gian SPC: sân phơi cát bth: bùn họat tính tuần hòanAeroten: bể aeroten NB: bể nén bùn nc: nước từ sân phơi cát

Tiếp nhận: hầm tiếp nhận;

Xử lý cặn:sân phơi cát,bê nén bùn,máy ép bùn băng tải;

Khử trùng: bằng dung dịch NaOCl 10%.

Thuyết minh công nghệ:

Nước thải sinh hoạt được thu gom bằng hệ thông thoát nước thải sinh hoạt của khu dân cư dẫn về trạm xử lý,vào bể tiếp nhận có song chắn rác thô(khe hở 30mm) cào rác thủ công và hệ thong sục khí nhằm tránh khả năng lắng cặn của nước thải, sau khi nước thải trong bể tiếp nhận đạt đến mức nhất định sẽ dược bơm đến song chắn rác tinh (khe hở 30mm) cào rác cơ giới trước khi đến bê lắng cát thổi khí. Tại bể lắng cát thổi khí,các chất rắn vô cơ,có trọng lượng lớn sẻ bị tách ra khỏi nước và được xả vào sân phơi cát sau một khoảng nhất định do điều kiện vận hành hệ thống thực tế quyết định.sau đó nước thải được dẫn đến bê điều hòa lưu lượng với hệ thống sục khí đê chổng khả năng lắng cặn tải bê,đồng thời tuần hoàn bùn hoạt tính dư để thực hiện đông tụ sinh học đế tăng hiệu quả xử lý của bể lắng bậc hai. Nước thải được bơm từ bê điều hòa đến bê lang đợt một. Sau khi lang nước tự chảy đên bê aeroten.

Tại bê aeroten nước thải được xử lý bằng quá trình sinh học lơ lững hiếu khí. Quá trình hiếu khí được duy trì bằng hệ thống phân phối khí được bố trí trong máy thổi khí. Nước sau khi ra khỏi be aeroten được đẫn đến bể lắng đợt hai. Be lắng đợt hai có nhiệm vụ tác bùn hoạt tính và nước sau khi xử lý sinh học,sau đó tiếp tục nước được khử trùng bằng NaOCl 10%. Dung dịch NaOCl cho vào trên đường ổng dẫn nước từ bể lắng đợt hai tới bể chứa, nước tiếp tục quá trình tiếp xúc tại be chứa nước sau xử lý, nước này đạt chỉ tiêu cột A ỌCVN 14-2008. Nước sẻ được xả thải vào nguồn tiếp nhận khi được sự đồng ý của cơ quan quản lý môi trường, nước này có thể dùng với mục đích nông nghiệp...

Bùn hoạt tính từ bê lắng đợt hai được tuần hoàn trở lại bê aeroten và phần không tuần hoàn cho ra sân phơi bùn,hoặc thực hiện quá trình đông tụ sinh học.

Cặn tươi từ bê lắng đợt 1 được dẫn đến be nén bùn bằng trọng lực để nén làm giảm lượng nước chưa trong bùn,chưa bùn trước khi dẫn vào máy ép bùn. Bùn sau khi ép có độ ẩm khoảng 70%, Rồi vận chuyển đến nơi xử lý chất thải rắn.

Ưu nhược điểmBê Aerotank cũng là một trong những phương pháp xử lý sinh học hiếu khí. Ưu điểm của bê

là rất dễ xây dựng và vận hành. Tuy nhiên do phải sử dụng bơm đe tuần hoàn bùn ôn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bê nên khi vận hành tốn năng lượng.Be Aerotank có nhiều loại như bê Aerotank truyền thống, bê Aerotank nhiều bậc,... Tuy nhiên bê Aerotank truyền thống sử dụng đơn giản nhất.Yeu tố quan trọng bậc nhất của bê Aerotank là hàm lượng DO cấp vào. Do vậy cũng cần phải tốn thêm năng lượng cho máy thổi khí. Tiếp đến là tỷ lệ BOD:COD > 0,5, BOD:N:P = 100:5:1, cũng không thể không nhắc đến nhiệt độ, pH, và hàmlượng chất độc,...Be Aerotank được sử dụng nhiều trong các ngành có hàm lượng chất hữu cơ cao trong nước thải như bia, giấy,...Xu hướng hiện nay của ngành môi trường là xử lý bằng vi sinh vật nên bể Aerotank cũng được quan tâm và nghiên cứu. Nhưng khả năng xử lý N và p còn hạn chế,nên việc áp dụng bể Aerotank trong xử lý nước thải sinh hoạt chưa đạt hiệu quả cao.

b. Xử lv nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO

Giới thiệu về công nghệ AAO:

Sơ đồ công nghệ AAO mô tả như Hình 2. 2a

Hình 2.2a. Sơ đồ công nghệ AAO

Công nghệ AAO bao gồm ba vùng liên kết với nhau: anaerobic (yếm khí), anoxic (thiếu khí) và oxic (hiếu khí). Thông thường mỗi vùng được chia làm vài ngăn. Hệ thống các điều kiện môi trường khác nhau như vậy cho phép xử lý đồng thời các chất hữu cơ, N và p. Bùn hoạt tính được tuần hoàn về vùng anaerobic. Hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn từ cuối vùng oxic chứa và đến vùng anoxic đe thực hiện quá trình denitrate hóa. Các thông số thiết kế của công nghệ AAO được cho như trong Bảng 2. 2a

Bảng 2.2a. Các thông so thiết kế của công nghệ AAO

SRT = 5-25 ngày MLSS = 3000 -4000 mg/1 HRT của các vùng:

Anaerobic: 0,5 - 1,5 h Anoxic: 0,5 - 1 h Oxic: 4 - 8 hRAS = 25 - 100% dòng nước thải đầu vàoHỗn họp lỏng nội tuần hoàn =100- 400% dòng nước thải đầu vàoTuồi thọ thiết kế > 15 năm___________________________________________Nguồn:[l].

Công nghệ AAO thường sử dụng cánh khuấy chìm đê khuấy trộn trong các vùng anaerobic và anoxic. Có nhiều kiểu thiết bị thổi khí được sử dụng để đáp ứng DO ở vùng oxic.

Công nghệ AAO có thể đạt được chất lượng nước đầu ra đến < 1 mg/1 TP và . Tuy nhiên NOx - N dòng ra thường giới hạn khoảng 6-10 mg/1 và phụ thuộc vào dòng vào cũng như hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn.So’ đồ công nghệ:Hình 2.2b Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thái sinh hoạt bằng công nghệ AAO

Thuyết minh công nghệ:Phương án xử lý nước thái sinh hoạt bằng công nghệ AAO được mô tả như trên Hình 2. 2b.Nước thải sinh hoạt đầu vào qua tách rác thô đi vào trạm bơm và được bơm qua bể lắng cát

thổi khí, rồi tự chảy qua bế lắng sơ cấp và qua phần xử lý sinh học bằng công nghệ AAO với 3 vùng anaerobic, anoxic và oxic liên kết nhau. Phần xử lý sinh học là công nghệ lõi có nhiệm vụ xử lý chất hữu cơ và đặc biệt là N và p. Tiếp tục nước thải sinh hoạt tự chảy qua bể lắng thứ cấp, qua khử trùng bằng clo trước khi thải ra sông.Rác thô tách được chứa tạm thời ở thùng chứa rồi chuyển đi bãi chôn lấp. Cát từ bể lắng cát thối khí chuyển đến sân phơi cát đê tái sử dụng. Bùn từ bể lắng sơ cấp được đưa đến bế lên men yếm khí, rồi tới bế chứa. Bùn hoạt tính từ bế lắng thứ cấp được trạm bơm bùn hoạt tính bơm một phần tuần hoàn vào bế anaerobic, còn lại được bơm đến bể lắng trọng lực, rồi tới bể methane cho lên men yếm khí thu biogas và

Nước thãi đầu vào

Song chán rác

Bề láng cátthii

Anoxic Oxk

&___

Anaerobic

RAS

Khứ trứng

Nước thái

do đáu ra

Sản phơi cát

Thùng rác

Bế methane

RAS

Bé nén bún “ ƯonglựcMáy ép bún báng lái

Bé chứaNưởc thái tuln hoàn

Xetải Sân xuầt phân

'compost

giám lượng bùn thải. Bùn ở be methane được chứa tạm thời ở be chứa rồi được tách nước bằng máy ép bùn băng tải. Bùn khô được xe tải chuyển đi bãi chôn lấp hợp vệ sinh hoặc sản xuất phân compost.

Ngoài ra có rất nhiều công nghệ có thể lựa chọn để xử lý nước thải sinh hoạt cho từng trường hợp cụ thể như: SBR, MBR, AO...........

Trong số đó công nghệ AAO có khả năng được chấp nhận trong nhiều trường hợp. Công nghệ AAO được xem là tiên tiến so với công nghệ aeroten truyền thống nhờ khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ, N và p, sinh ra ít bùn hơn và bùn lắng tốt, vận hành đơn giản và tiết kiệm năng lượng . Hiện tại ở Việt Nam xử lý nước thải bằng công nghệ AAO đã được triển khai ở một số nơi như Trung tâm Hội nghị quốc gia, Khu đô thị Mỳ Đình 2 (Hà Nội),bệnh viện chợ Rầy...

Phần 2Thiết kế bể AAO cho hệ thống xử lý nưóc thải sinh hoạt khu

dân cư 10000 dân1. Thông số đi vào bể

Neu giá sử thành phần nước thải trước khi vào bể AAO chỉ thay khi đi qua bể lắng sơ cấp,thông sổ thay đôi là BOD5 và ss. Với hiệu suất cho bởi

I 0,018 + 0,020T

vàT

II = 0,0075� + 0, 014T' %

Hiệu suất xử lý BOD5 và ss của bế lắng sơ cấp ở lưu lượng trung bình:

1,8n =------------—-------= 33,33 %1 0,018 + 0, 020. 1,8

và

TI = ----------— ^ -------------= ��,0� %1 0,0075� + 0, 014. 1,8

BOD5 và ss của nước thải sinh hoạt sau khi ra khỏi bê lắng sơ cấp ở lưu lượng trung bình:

BOD5 = 400(1 - 0,3333) = 266,68 mg/1

ss = 275(1 - 0,5505) = 123,61 mg/1

Như kết quả tính toán cho thấy ss của nước thải sau bể lắng sơ cấp < 150 mg/1 coi như thích họp đưa vào xử lý sinh học ở bế A AO.

Tổng kết lại thông số cần tính toán khi đưa vào bế

AAO:

BOD5=266,68 mg/1

ss =123,61 mg/1

TKN =60 mg/1

NH4_N = 50 mg/1

P04_P =12 mg/1

Qtb= 1600m3/ ngđêm=Q!Qtb_h=66,67 m3/ h =ọ2

Lưu lượng lớn nhất : Qmax h=66,67.1,5=1 OOmVh =Q3

2. Tính cụm bể AAOTrình tự thiết kế: thiết kế bế aerobic và xác định lượng

N03 tạo thành,tính các dòng tuần hoàn vào hai bể còn lại.

Thiết kế bê anoxic và anaerobic.

a. Be aerobic

Các hang so động học của quá trình nitrate hóa ở 20°c

(Bảng 23 -14)[1]:

n = 0,75 gVSS/gVSS.d

K = 0,74 g NH — N/m

k = 0,08 gVSS/gVSS.d

K = 0,50 g/mTa lấy nhiệt độ thiết kế bằng 25°c, các hằng số động

học của quá trình nitrate hóa ở 25°C:

p = 0,75.1,07 = 1,052 gVSS/gVSS.d

K = 0,74.1,053 = 0,958 g NH - N/m

k = 0,08.1,04 = 0,097gVSS/gVSS.d

Nguồn :[1]

Ước tính theo phương trình 22 - 8. Đê không giới hạn quá trình nitrate hóa thì DO phải > 2 mg/1. Tốc độ quá trình nitrate hóa tăng khi DO tăng trong khoảng 3-4 mg/1. Tuy nhiên đối với quá trình AAO cần hạn chế DO nội tuần hoàn về bê anoxic. Do đó chọn DO = 2 mg/1. Tốc độ sinh trưởng

riêng của quá trình nitrate hóa:

(NH — N) DO— k

ịi =ịi

TABLE 23-14

Activated sludge nitrification kinetic coefficients at 20°ca

Coefficient Range Typical value*

Mmm g vss/g vss • d 0.20-0.90 0.75Kn, g NH4-N/m3 0 50-1 0 074y„, g vss/g NH4-N 0.10-0.15 0.12kdn, g vss/g vss • d 0 05-0 15 0.08Kq, g/m3 040-0 60 0.50Values ford) in the temperature correction equation: c

T=C2q(ỏ)1 J>

Mn 1.06-1.123 1.07Kn 1.03-1.123 1.053k(ln 1.03-1.08 1.04

(NH — N) + K DO + K

ởđây(NH — N) = 5 mg /15 2

5 + 0,958 2 + 0,50p = 0,61d

Thời gian lun bùn của bể aerobic:1 1¡T = Õ6Ĩ= 1,64 d

Ta chọn hệ số an toàn SF = 2,5

Thời gian lưu bùn của bể aerobic:SRT = SF. (SRT ) = 2,5.1,64 = 4,1 d

Lượng sinh khối hoạt tính được tạo thành trong bê aerobic tính theo phương trình (8 - 15) [1] gồm sinh trưởng của sinh khối dị dưỡng (A), suy giảm nội sinh các tế bào (B) và sinh trưởng của sinh khối nitrate hóa (C):

QY(COD - COD )10p = —— ----------- ---- (A)

1+k 0 K J

f k QY(C0D - COD )e 10+-------------ĨTTT------------(B)

Q.NO 10+TTrV(c)

ở đây NOx = nồng độ nitrate được tạo thành trong bê aerobic, mg/1;

fá = tỷ lệ phần trơ của tế bào.

Các hằng số động học của quá trình sinh trưởng của vi khuẩn dị dưỡng ở 20°c và hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ như Bảng 23 - 13 . Do đó, ở 25°c ta có:

n =6.1,07 = 8,415 gVSS/gVSS.dk = 0,12.1,04 = 0,146 g VSS/g vss. d

|! = 1,052

SRT

SRT

Coefficient Range Tvpical value

fxm, g VSS/g VSS • d 3.0-13.2 6.0Ks, g bCOD/m3 5 0-40 0 200Y, g VSS/g bCOD 030-0.50 040kj, g VSS/g VSS • d 0.06-020 0 12fd> g/gValues for d> in the temperature correction equation: C,

008-0.2 — Ciq(0)t 20

0.15

fJ-m 1.03-1.08 1.07Ks 1.00 1 00kd 1.03-1.08 1 04

afd = fraction of cell mass remaning as cell debris.

Nguồn : [1]

Theo Metcalt & Eddy, Inc (2003) [1] thì COD = 1,6B0D = 1,6.238,35 =

426,69 mg/1

COD chọn xấp xỉ = 2 mg/1 Từ đó được:_ 1600.0,40.(426,69 - 2). 10 p ’ “ ĩ + 0,146.4,1

0,15.0,146.1600.0,40. (4261,69 - 2). 4,1.10 + ĩ + 0,146.4,11600.0,12. NO .10 + ĩ + 0,097.4,1

= 173,75 + 0,13. NONOx xách định từ phương trình (8-18) (Metcalf & Eddy):

= 60 - 5 - 0,12. = 55 - 7,5.10Theo trên ta được kết quả:

p = 180 kg vss/d

NO = 55 mg/1

NO = TKN - (NH — N) -0,12p

Q

p1600.p

TABLE 23-13Activated sludge kinetic coefficients for heterotrophic bacteria at 20°c

Khối lượng MLSS tạo thành trong bê aerobic được tính theo phương trình (7

m = MLSS. V = p . SRT = 180.4,1 = 738 kg

Theo Metcalt & Eddy (2003) [1] thì đổi với công nghệ AAO cần duy trì MLSS ở khoảng 3000 - 4000 mg/1. Trong thiết kế này ta chọn MLSS = 3000 mg/1.Từ đó được:

m

738v = MLSS = 3000.10 Thời gian lưu thủy lực trong bê aerobic:

Q 1600HRT = ——— = —— = 6,6 h

V 240Vậy :

V = 240 m HRT = 6,6 h

b. Be anoxic

Be Anoxic thiết kế qua tốc độ dinitrate hóa riêngChọn tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính R = 0,5 và tỷ số nội tuần hoàn IR = 1 sao cho đảm

bảo N03 dòng ra đạt yêu cầu < 30 mg/1Xác định nồng độ nitrate dòng ra theo phương trình (8 - 48) [1]

+ 1 +��

1 + 1 + 0,5 '

Giả thiết N02-N nước thải dòng vào và các dòng Uiần hoàn = 0, N03 dòng nội tuần hoàn và N03 bùn hoạt tính tuần hoàn bằng nhau và cũng có N03 nước thải dòng vào = 0. Như vậy, N03 vào be anoxic:

mNO = (IR + R).Q. = (1 + 0,5). 1600.22 = 55200 g/d = 55,2 kg/d

Lượng DO vào bê anoxic:= . + . . +

ơ nhiệt độ nước thải > 20°c có thể lấy DOv = 0,5 mg/1; DONR = DO cuối be aerobic = 2 mg/1. Trong trường hợp thiếu số liệu, theo WEF (2005) lấy DOras = 0,5x DO cuối bể aerobic = 1 mg/1.

= 0,5.1600 + 1.0,5.1600 + 2.1.16000 = 4800 /Lượng DO tương đương với N03 vào bế anoxic từ dòng nội tuần hoàn:

= 0,35. = 0,35.4800 = 1680 /

= 240 m

Tổng lượng N03 cần xử lý tại bê anoxic:

à — à +Oậ>ífoĩ|ISr*L 3 3

o 10 20 30 40 50 60 70

Tỷ lộ TCOD: TP dòng vàoVậy ta chọn phương án 1Thời gian lưu thủy lực của bể anaerobic ước tính theo

đồ thị Randall:Trong trường hợp BOD/COD > 0,5 và TCOD/TP < 40 thì

thiết kế bể yếm khí với thời gian lưu thủy lực không thấp hơn 90 phút.

Vậy lượng p cần xử lý là 6mg/l tương ứng

với thời gian lưu thủy lực HRTana=2h

Lưu lượng vào bể:

Qana=Q2.(l+R)=66,67.(l+0,5)=100m3/h

Dung tích be anaerobic:

V = . Qana = 2.100 = 200

3. Tổng hợp số liệu 3 bể đã được tính toán

Theo Metcalf & Eddy (2003) [1]

Be anaerobic và be anoxic làm việc ở chế độ khuấy trộn hoàn chỉnh, thường được chia 3 ngăn, mặt bằng của các ngăn hình vuông, giữa các ngăn có thể chung tường hoặc không, khi giữa các ngăn chung tường thì thiết kế đập chảy tràn đế dòng nước thải chảy qua ngăn tiếp theo. Chiều sâu khuyến nghị D = 4,5 - 7,5 m với chiều cao dự trự 0,3 - 0,6 m. Các be anaerobic, anoxic và aerobic thường được xây dựng bằng bê-tông và chúng có cùng chiều sâu.

Hình 2. 3. Đồ thị Randall

Be aerobic cũng làm việc ở chế độ khuấy trộn hoàn chỉnh, tuy nhiên thường được xây dựng với mặt bằng hình chữ nhật nên tỷ lệ chiều dàũchiều rộng L:W rất quan trọng và tùy thuộc vào cách thức sục khí. Trong trường hợp thiết kế sục khí bằng hệ thống đĩa phân phối khí thì cần chiều sâu D = 3,0 - 7,5 m vói chiều cao dự trừ 0,3 - 0,6 m, tỷ lệ W:D = 1:1 -2,2:1 và tỷ lệ L:W>5:1.

Theo khuyến cáo trên ta có thể đưa ra phương án thiết kế các bê anaerobic, anoxic và aerobic như sau:

Bể V(m3) Số ngăn Chiều cao dự trừ (m) Các kích thước (m)

Tỷ lệ Ghi chú

H L w

Anaerobic 200 3 0,5 3,3 14,6 4,9 L:W = 1:1Kích thước của bề

khi tính toán

Anoxic 1402

0,5 3,3 9,5 5,3 L:W = 1:1

Aerobic 240 0,5 3,3 20,8 4,2 L:W=5:1

W:H=Ì,5:1

Kích thước của bề

khi tính toán

4. Tính toán cấp khí cho bế aerobic • Tính lưọng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn :

OC0 = - BODJ _ + 4,57^ -1000/ * 1000

Trong đổ:

l ,42 : hệ số chuyên đôi từ tế hào sang COD

No : tông hàm lượng nitơ đâu vào (mg/l)

BODv

COD.0,66

Quy tròn các số liệu trên vàn tính cho 1 ngăn của từng bế là:

Bể V(m5) Số ngăn Chiều cao dự trữ (m)

Các kích thước (m)Tỷ lệ Ghi chú

H L w

Anaerobic 200 3 0,5 3,3 5 5 L:W = 1:1Các kích thước

cùa 1 ngănAnoxic 140 2 0,5 3,3 5 5 L:W= 1:1

Aerobic 240 — 0,5 3,3

20,8

4,2L:W=5:1

W:H=1,5:1

Các kích thước

của bể aerobic

- N: tông hàm lượng nitơ đâu ra (mg/l)

- Px: phần tế hào dư xả ra ngoài theo bủn dư

px = 180 (kg/ngày)

(kg02/ngày)Lượng oxy thực tế ở 25°c

Trong đó:

- c,: Nồng độ ôxy bão hòa trong nước ở 20°c, Cs ~ 9,08 (mg/ỉ)

- c : Nông độ ôxy cân duy trì trong bê, c = 2 (mg/ỉ).

- T =25°c nhiệt độ của nước thải

Hệ sổ điều chỉnh lương oxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lượng cặn,

chất hoạt động bề mặt), =0,6 -0,94 chọn =0,7 [8]

9,08 1 _9,08-2'1,024(25_20) ' -

= 439.03 (kgO?/ngày)

oe - 0C' - 439 - 03 '-/K-'trungbình 24 24

Tính lượng không khí cần [8] :Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, công suất hòa tan oxy vào nước : Ou = 7 g02/m3.mBe sâu H = 3,3 m, độ sâu ngập nước h = 2,8 mCông suất hòa tan của thiết bị [8]: ou = h.Ou = 2,8.7 = 19,6.10’3 (kgơ2/ m3) Lượng không khí cần thiết [8]:

Qk = —L.f = ’ ■ .1,5 = 33599,2 ( m /ngày)ou 19,6.10-3

• Tính áp lực máy nén:

Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén [8]:Hnén = hd + hc + hf + H

OC0 = 1600.(266 68 - 50) _ M1180+ 4,57(60-30)

1000.0,66 1000269,8

oc, = oc.c. 1

c.-c' 1024(r_20)[8]

=> oc, = 269,8.

18,29 (kgO?/h)

Trong đó:

- hy tôn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên dường ống dân,

(m)

- hc: tôn thất cục bộ (m). Tông tôn thất hd và hc thường không vượt quả 0,4 (m)

- hfi tôn thât qua thiết bị phân phôi (m), thường hf < 0,5 m, chọn hf = 0,5 m

- H: chiểu sâu hữu ích của bế, H = 2,8 (m)

Hnén - 2,8+ 0,4+0,5 — 3,7 (m)10,33+//„, . .033 + 3,7 _ 3

10,33 10,33Công suất máy nén khí [8]:

34400.(p°-29 -ì).qk.k

102.77Trong đó:

- qk : Lưu lượng không khí, q. = ——— = 0,39 (m3/s)24.3600

- k: hệ sổ an toàn, chọn k = 1,5

77 ; hiệu suất mảy nén, chọn 77 = 75%

=> N = 34400.(I,36--1).0,39.I.5 _ 24 102.0,75

Chọn máy nén khí công suất 24 kw

• Bố trí hệ thống sục khí:

Thiết kế hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 7 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 20 m, các ống đặt cách nhau 0,5 m,cách hai lề bên 0,25 m Đuờng kính ống chính dẫn khí [8]:

Dông = 1 — = 0 , 2 2 (m), chon Dông - 220 mm s ^TT.v, V 3,14.10 v ' 8

Trong đỏ:

vk: tốc độ chuyến động của không khí trong ong phân phổi, vk =10 + 15 (m/s), chọn vk= 10

(m/s)

Áp lực không khí[8]:

N =

Đường kính ống nhánh dẫn khí [8]:

v' Đường ống chính dẫn khí từ máy nén vào bế Aeroten S Các ống nhánh phân phối khí đặt dọc theo chiều dài bể s Có 7 ống phân phối khí, mỗi ống dài 20m đặt vuông góc với ống chính, khoảng cách giữu các ống này là 0.5 m S Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa xốp có đường kính là 0,2 (m) -> diện tích bề mặt f = 0,03 (m2), cường độ khí 2 (1/s) cho mỗi đĩa [8]s Lưu lượng khí cấp cho bể là Qkhí =33599,2 (m3/ngày) ss 270 (1/s)

Vậy số đĩa cần phân phối trong bể là N=Qkhí/2= 270/2=135 (đĩa) Số đĩa trên mỗi ống phân phối khí là: n = N/7= 135/7= 19,28 chọn 20 đĩa

5. Tính toán khuấv trộn cho anoxỉc và anaerobic

Cường độ khuấy trộn trong các bể anoxic và anaerobic có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả của quá trình khử p sinh học và quá trình denitrate hóa. Nếu các bê này được khuấy trộn không đầy đủ thì có the tạo ra sự ngắn mạch (short-circuiting) và giảm hiệu quả, và nếu năng lượng khuấy trộn quá lớn thì dẫn đến sự xáo động mặt nước và cuốn theo oxy.

Cánh khuấy chìm chân vịt và máy khuấy chìm turbine thường được sử dụng đế khuấy trộn trong các bê anoxic và anaerobic. Chúng có khả năng duy trì bùn hoạt tính chuyên động lo lửng mà tiêu tốn ít năng lượng nhất. Theo WEF năng lượng khuấy trộn cần thiết 4 - 2 0 w/m3(0,15 - 0,75 hp/1000 ft3) . số lượng và vị trí lắp đặt các máy khuấy là quan trọng và chúng ta nên tham khảo tư vấn của hãng sản xuất ra chúng.

So sánh 2 loại thiết bị khuấy thì thấy rằng cánh khuấy chìm chân vịt cần tổc độ quay và năng lượng khuấy trộn lớn hoư so với máy khuấy chìm turbine. Ngoải ra, cánh khuấy chìm chân vịt hoạt động như cánh quạt, năng lượng khuấy trộn được lan truyền và mở rộng ra xa và như thế dễ xuất hiện vùng chết phía sau, còn máy khuấy chìm turbine làm việc với tốc độ cao sẽ sinh ra xoáy nước và oxy dễ dàng khuyếch tán và nước. Một diêm nữa là chi phí đầu tư cho máy khuấy chìm turbine có thê lớn hơn do cần có cầu treo. Thực tế máy khuấy chìm turbine được khuyến khích hơn. Đổi với máy khuấy chìm turbine năng lưọưg khuấy trộn không nên lóư hơn 13 w/m3(0,5 hp/ 1000 ft3) và nếu cần thiết sẽ thiết kế các vách ngăn đứng để dập xoáy nước.

D nhánh 4.0,39 V 7.3,14.10

= 0,084 (m), chọn Dnhánh = 84 mm

Hình 2. 5. Các kiểu khuấy trộn hê anoxic

Trong trường hợp thiết kế với mỗi bể anoxic/ anaerobic ta chọn 5 máy khuấy chìm turbine cho 5 ngăn và năng lưựng khuấy trộn thiết kế 8 w/m3.

Công suất mỗi máy khuấy turbine chìm cho bê anoxic:

= 8. ( 3, 3. �. �) = 660

MIXER SUPPORT PLATFORM -V.

c__________A

=

TOcd______

i

yLIQUIDLEVEL

cr

Công suất mỗi máy khuấy chìm turbine cho bể anaerobic:= 8.

( 3, 3. �. �) = 660Lời cảm ơn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Vũ Ngọc Thủv đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành Đồ án chuyên ngành “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân”.

Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn lớp Kỹ thuật môi trường khóa 53 vì những trao đôi sôi nôi liên quan đến Đồ án chuyên ngành.

Hà Nội, 11/2012

Nguyễn Vãn Vượng

Tài liêu tham khảo[1] Metcalt & Eddy, Inc. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. 4th edition. McGraw-Hill. 2003.( Metcalt & Eddy)[2] Xử lý nước thải giàu hợp chất N và p - Lê Văn Cát 2007.

[3] Giáo trình công nghệ xử lý nước thải -Trần Văn Nhân,Ngô Thị Nga NXBKHKT 2002[4] BTN&MTVN. Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2005- Phần tông quan. Hà Nội. 2005.[5] WHO. Assessment of Sources of Air, Water, and Land Pollution.Part 1: Rapid Inventory Techniques in Environmental Pollution. Geneva. 1993.[6] QCVN 14 : 2008/ BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt.

[7] TCVN 7957: 2008 Thoát nước-Mạng lưới và công trình bên ngoài-Tiêu chuẩn thiết kế[8] Trịnh Xuân Lai , Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,

Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2009.