Tài liệu Kỹ thuât xử lý nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỸ THUẬT XỬ LÝ NƢỚC THẢI Biên soạn: ThS. Lâm Vĩnh Sơn KỸ THUẬT XỬ LÝ NƢỚC THẢI Ấn bản 2014 MỤC LỤC I MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................I HƢỚNG DẪN ............................................................................................................. V BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI .................................................. 1 1.1 PHÂN LOẠI NƢỚC THẢI ...................................................................................... 1 1.1.1 Nước thải sinh hoạt ......................................................................................... 1 1.1.2 Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất) ........................................................ 3 1.1.3 Nước thải là nước mưa ..................................................................................... 4 1.2 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA NƢỚC THẢI VA CÁC DẠNG NHIỄM BẨN ............... 5 1.2.1 Lưu lượng nước thải ......................................................................................... 5 1.2.2 Dao động của lưu lượng nước thải ................................................................... 13 1.2.3 Chọn lưu lượng thiết kế .................................................................................. 14 1.2.4 Thành phần, tính chất nước thải ...................................................................... 14 1.3 BẢO VỆ NGUỒN NƢỚC KHỎI BỊ NHIỄM BẨN, KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA NGUỒN NƢỚC ............................................................................................................. 19 1.3.1 Dấu hiệu nguồn nước nhiễm bẫn. Khả năng tự làm sạch của nguồn nước ............. 19 1.3.2 Nguyên tắc xả nước thải vào nguồn ................................................................. 22 1.3.3 Xác định mức độ xử lý nước thải ..................................................................... 22 1.4 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ............................................................... 25 1.4.1 Cơ sở lựa chọn công trình xử lý nước thải: ........................................................ 25 1.4.2 Dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước thải: .................................................... 27 1.4.3 Giới thiệu 1 số dây chuyền xử lý nước thải: ...................................................... 28 BÀI 2: XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP CƠ HỌC ........................................... 34 2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP CƠ HỌC 34 2.1.1 Thiết bị chắn rác: .......................................................................................... 34 2.1.2 Thiết bị nghiền rác: ....................................................................................... 34 2.1.3 Bể điều hòa: ................................................................................................. 35 2.1.4 Bể lắng cát: .................................................................................................. 35 2.1.5 Bể lắng: ....................................................................................................... 36 2.1.6 Lọc .............................................................................................................. 36 2.1.7 Tuyển nổi, vớt dầu mỡ ................................................................................... 36 2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH CƠ HỌC ............................................... 37 2.2.1 Song chắn rác ............................................................................................... 37 2.2.2 Bể lắng cát ................................................................................................... 41 2.2.3 Bể vớt dầu mỡ .............................................................................................. 48 2.2.4 Tuyển nổi: .................................................................................................... 51 2.2.5 Xử lý bằng phương pháp lắng ......................................................................... 62 2.2.6 Xử lý bằng phương pháp lọc .......................................................................... 83 2.3 BỂ ĐIỀU HÒA .................................................................................................... 97 2.3.1 Bể điều hoà lưu lượng và chất lượng ................................................................ 99 II MỤC LỤC 2.3.2 Bể điều hoà chủ yếu làm nhiệm vụ điều hoà lưu lượng ...................................... 100 2.3.3 Các bước tính bể điều hòa theo phương pháp đồ thị .......................................... 100 BÀI 3: XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA LÝ ......................................... 110 3.1 PHƢƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG .................................................................. 110 3.1.1 Keo tụ và các hóa chất dung trong keo tụ ....................................................... 110 3.1.2 Các thiết bị và công trình của quá trình keo ..................................................... 118 3.1.3 Thiết bị hòa trộn chất phản ứng ..................................................................... 124 3.1.4 Bể phản ứng tạo bông kết tủa ........................................................................ 125 3.2 PHƢƠNG PHÁP TRUNG HÒA ............................................................................ 137 3.2.1 Trung hoà bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm. ...................... 138 3.2.2 Trung hoà bằng cách cho thêm hoá chất vào nứơc thải. .................................... 139 3.2.3 Trung hoà nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hoà. ........ 141 3.2.4 Trung hòa nước thải mang tính kiềm bằng khí thải có tính acid: ......................... 143 3.3 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ....................................... 144 3.3.1 Giới thiệu chung. .......................................................................................... 144 3.3.2 Phân loại ..................................................................................................... 144 3.4 PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ................................................................................. 146 3.5 XỬ LÝ BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ ............................................................. 147 3.5.1 Cơ sở quá trình hấp phụ ................................................................................ 147 3.5.2 Chất hấp phụ ............................................................................................... 148 3.5.3 Phân loại hấp phụ. ....................................................................................... 149 3.6 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRÍCH .............................................. 150 3.6.1 Nguyên lý cơ bản ......................................................................................... 150 3.6.2 Kỹ thuật trích ly ........................................................................................... 150 3.6.3 Phân loại ..................................................................................................... 150 3.7 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ......................................... 151 3.7.1 Một số khái niệm về quá trình trao đổi ion ....................................................... 152 3.7.2 Các chất trao đổi ion..................................................................................... 152 3.7.3 Cơ sở quá trình trao đổi ion ........................................................................... 152 3.8 XỬ LÝ BẰNG MÀNG ......................................................................................... 153 3.8.1 Thẩm thấu ngược ......................................................................................... 153 3.8.2 Siêu lọc....................................................................................................... 155 3.8.3 Thẩm tách và điện thẩm tách ........................................................................ 156 3.9 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP LÀM THOÁNG VÀ CHƢNG CẤT BAY HƠI ................................................................................................................................. 157 3.9.1 Phương pháp làm thoáng .............................................................................. 157 3.10 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP OXI KHỬ ...................................................... 159 3.10.1 Định nghĩa ................................................................................................. 159 3.10.2 Vai trò: ..................................................................................................... 160 3.10.3 Phân loại: .................................................................................................. 160 3.10.4 Đánh giá phương pháp oxi hóa bậc cao: ........................................................ 161 3.10.5 Cơ chế của quá trình oxi hóa bậc cao ............................................................ 162 MỤC LỤC III 3.10.6 Các phương pháp oxi hóa khá ...................................................................... 166 3.11 XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA. ...................................... 167 BÀI 4: XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG SINH HỌC ............................................... 168 4.1 TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI ........... 168 4.1.1 Nguyên tắc: ................................................................................................ 168 4.1.2 Cơ chế chung ............................................................................................... 168 4.1.3 Các quá trình sinh học trong xử lý nuớc thải: ................................................... 170 4.1.4 Công trình xử lý ứng dụng các quá trình phân huỷ ............................................ 173 4.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lí sinh học : ......................................... 173 4.1.6 Vai trò của vsv trong xử lý nước thải............................................................... 174 4.2 CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ........................ 175 4.2.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc ............................................................... 175 4.2.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp .......................................................................... 190 4.2.3 Hồ sinh học ................................................................................................. 191 4.3 CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC NHÂN TẠO ....................................................... 197 4.3.1 Bể lọc sinh học (Bể Biophin) (có lớp vật liệu không ngập nước) .......................... 197 4.3.2 Bể lọc sinh học có lớp VL ngập trong nước thải ................................................. 205 4.3.3 Bể Aerotank ................................................................................................ 215 4.3.4 Bể lắng 2 .................................................................................................... 243 4.3.5 Xử lý nước thải bằng vi sinh kỵ khí (bể UASB) .................................................. 252 4.3.6 Một số công trình sinh học khác ..................................................................... 274 BÀI 5: XỬ LÝ VÀ SỬ DỤNG CẶN NƢỚC THẢI ............................................................ 313 5.1 ĐẶC TÍNH CỦA CẶN LẮNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ.................................. 313 5.1.1 Thành phần ................................................................................................. 313 5.1.2 Phân loại cặn ............................................................................................... 314 5.1.3 Phương pháp xử lý ....................................................................................... 315 5.1.4 Bể Mêtan..................................................................................................... 317 5.1.5 Hầm tự hoại ................................................................................................ 323 5.1.6 Bể nén bùn .................................................................................................. 329 5.1.7 Sân phơi bùn ............................................................................................... 334 5.1.8 Máy ép lọc băng tải ...................................................................................... 338 5.1.9 Máy ép cặn ly tâm ........................................................................................ 339 BÀI 6: KHỬ TRÙNG NƢỚC THẢI ............................................................................... 340 6.1 TẠI SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƢỚC THẢI ........................................................... 340 6.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƢỚC THẢI .................................................. 342 6.2.1 Khử trùng bằng các chất ô xi hóa mạnh .......................................................... 342 6.2.2 Khử trùng bằng tia cực tím ............................................................................ 351 6.2.3 Khử trùng bằng một số phương pháp khác ...................................................... 353 BÀI 7: SƠ ĐỒ CHUNG VÀ CƠ SỞ KỸ THUẬT QUẢN LÝ TRẠM XỬ LÝ........................... 357 7.1 SƠ ĐỒ CHUNG TRẠM XỬ LÝ ............................................................................. 357 7.1.1 Những yêu cầu vệ sinh và lựa chọn phương pháp xử lý ..................................... 357 7.1.2 Mặt bằng tổng thể và cao trình trạm xử lý ....................................................... 360 IV MỤC LỤC 7.1.3 Phân phối nước thải vào các cống ................................................................... 364 7.1.4 Thiết bị đo lưu lượng ở trên trạm xử lý ............................................................ 367 7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT QUẢN LÝ TRẠM XỬ LÝ NƢỚC THẢI ........................................ 371 7.2.1 Nghiệm thu công trình .................................................................................. 371 7.2.2 Giai đoạn đưa công trình vào hoạt .................................................................. 372 7.2.3 Những phương pháp kiểm tra theo dõi chế độ làm việc của các công trình xử ...... 374 7.2.4 Những nguyên nhân phá hủy chế độ làm việc bình thường của các công trình xử lý. Biện pháp khắc phục. ................................................................................................. 378 7.2.5 Tổ chức quản lý và kỹ thuật an toàn ............................................................... 380 7.2.6 Thống kê về công nghệ của các công trình ..................................................... 381 7.2.7 Một số sự cố khi vận hành các công trình sinh học ............................................ 383 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 387 HƢỚNG DẪN V HƢỚNG DẪN MÔ TẢ MÔN HỌC Môn học Kỹ “thuật xử lý nƣớc thải” này nhằm cung cấp cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật môi trƣờng và các sinh viên các ngành liên quan nhữg kiến thức cơ bản về nƣớc thải và ô nhiễm nƣớc thải. Từ đó nắm bắt những phƣơng pháp xử lý nƣớc thải từ cơ học đến lý hóa va sinh học. Sinh viên nắm bắt quy luật và quá trình của các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải. Sinh viên có thể tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong dây chuyền xử lý nƣớc thải và đề xuất các phƣơng án xử lý phù hợp NỘI DUNG MÔN HỌC Nội dung môn học đƣợc cụ thể hóa qua 7 bài sau đây: Bài 1. Những khái niệm về ô nhiễm nguồn nƣớc và xử lý nƣớc thải Bài 2. Phƣơng pháp cơ học trong xử lý nƣớc thải Bài 3. Phƣơng pháp hóa lý trong xử lý nƣớc thải Bài 4. Phƣơng pháp sinh học trong xử lý nƣớc thải Bài 5. Phƣơng pháp xử lý bùn cặn trong xử lý nƣớc thải Bài 6. Khử trùng nƣớc thải Bài 7. Vận hành và quản lý trạm xử lý nƣớc thải KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ Sinh viên cần phải đƣợc trang bị các kiến thức về nguồn nƣớc, các chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc, các quy chuẩn môi trƣờng về nƣớc thải. Sinh viê phải có kiến thức về các quá trình thiết bị cơ học, lý hóa, sinh học. Ngoài ra phải có kiến thức về toán học, hình học và thủy lực vững chắc. Sinh viên phải học trƣớc các môn : Hóa đại cƣơng, hóa môi trƣờng, hóa sinh, qua trình thiết bị công nghệ, thủy lực, … YÊU CẦU MÔN HỌC Môn học phải đảm bảo thời lƣợng và có tài liệu tham khảo phong phú, kiến thức phải đƣợc hệ thống hóa cơ bản để sinh viên dễ nắm băt. Môn học này là khó của ngành nên đòi hỏi phải có kinh nghiệm thực tế để chia sẽ thông tin. Và đặc biệt phải có những bài tập lớn áp dụng VI HƢỚNG DẪN CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC - Sinh viên phải nghe thuyết giảng - Sinh viên tham gia lớp học đấy đủ là làm báo cáo chuyên đề nhóm - Sinh viên phải đọc tài liệu nhiều về môn học - Sinh viên phải tham gia làm bài tập lớn và đồ án môn học xử lý nƣớc thải PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC - Nghe giảng , báo cáo chuyên đề trên lớp: 30% - Làm bài tập lớn và vấ đáp cuối môn: 70% - Sinh viên tham quan thực tế và báo cáo: cộng thêm đểm (nếu có) BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI 1 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI 1.1 PHÂN LOẠI NƢỚC THẢI Để hiểu và lựa chọn công nghệ xừ lý nƣớc thải cần phải phân biệt các loại nƣớc thải khác nhau. Có nhiều cách hiểu về các loại nƣớc thải, nhƣng trong tài liệu này tác giả đƣa ra 3 loại nƣớc thải dựa trên mục đích sử dụng và cách xả thải nhƣ sau. 1.1.1 Nƣớc thải sinh hoạt Nƣớc thải sinh họat là nƣớc đƣợc thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng : tắm , giặt giũ , tẩy rữa, vệ sinh cá nhân,…chúng thƣờng đƣợc thải ra từ các các căn hộ, cơ quan, trƣờng học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lƣợng nƣớc thải sinh họat của khu dân cƣ phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nƣớc và đặc điểm của hệ thống thóat nƣớc. Thành phần của nƣớc thải sinh họat gồm 2 lọai: - Nƣớc thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con ngƣời từ các phòng vệ sinh - Nƣớc thải nhiễm bẫn do các chất thải sinh họat: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà. Nƣớc thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngòai ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nƣớc thải sinh họat bao gồm các hợp chất nhƣ protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 - 50%) gồm tinh bột, đƣờng và xenlulo; và các chất béo (5 -10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nƣớc thải sinh họat dao động trong khỏang 150 – 450mg/l theo trọng lƣợng khô. Có khỏang 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ở những khu dân cƣ đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nƣớc thải sinh họat không đƣợc xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của ngƣời dân, có thể ƣớc tính bằng 80% lƣợng nƣớc đƣợc cấp. Giữa lƣợng nƣớc thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các chất lắng hoặc BOD5 có một 2 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI mối tƣơng quan nhất định. Tải trọng chất thải trung bình tính theo đầu ngƣời ở điều kiện ở Đức với nhu cầu cấp nƣớc 150 l/ngày đƣợc trình bày trong bảng 1.1 Bảng.1.1 Tải trọng chất thải trung bình 1 ngày tính theo đầu ngƣời Tổng chất thải Chất thải hữu cơ (g/ngƣời.ngày) (g/ngƣời.ngày) Chất thải vô (g/ngƣời.ngày) Tổng lƣợng chất thải 190 110 80 Các chất tan 100 50 50 Các chất không tan 90 60 30 Chất lắng 60 40 20 Chất lơ lửng 30 20 10 Các chất cơ Bảng 1.2 Thành phần nƣớc thải sinh họat phân tích theo các phƣơng pháp của APHA Các chất (mg/l) Mức độ ô nhiễm Nặng Trung bình Thấp - Tổng chất rắn 1000 500 200 - Chất rắn hòa tan 700 350 120 - Chất rắn không hòa tan 300 150 8 - Tổng chất rắn lơ lửng 600 350 120 - Chất rắn lắng 12 8 4 - BOD5 300 200 100 - DO 0 0 0 - Tổng nitơ 85 50 25 - Nitơ hữu cơ 35 20 10 - Nitơ ammoniac 50 30 15 - NO2 0,1 0,05 0 - NO3 0,4 0,2 0,1 - Clorua 175 100 15 - Độ kiềm 200 100 50 - Chất béo 40 20 0 - Tổng photpho - 8 - Nƣớc thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình nhƣ sau: COD=500 mg/l, BOD5=250 mg/l, SS=220 mg/l, photpho=8 mg/l, nitơ NH3 và nitơ hữu cơ=40 mg/l, pH=6.8, TS= 720mg/l. Nhƣ vậy, Nƣớc thải sinh hoạt có hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng khá cao, đôi khi vƣợt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Thông thƣờng các quá trình xử lý sinh học cần các chất dinh dƣỡng theo tỷ lệ sau: BOD5:N:P = 100:5:1 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI 3 Một tính chất đặc trƣng nữa của Nƣớc thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20-40% BOD thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn. 1.1.2 Nƣớc thải công nghiệp (nƣớc thải sản xuất) Là lọai nƣớc thải sau quá trình sản xuất, phụ thuộc loại hình công nghiệp. Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nƣớc thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào lọai hình công nghiệp và chế độ công nghệ lựa chọn. Trong công nghiệp, nƣớc đƣợc sử dụng nhƣ là 1 loại nguyên liệu thô hay phƣơng tiện sản xuất (nƣớc cho các quá trình) và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt. Nƣớc cấp cho sản xuất có thể lấy mạng cấp nƣớc sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn nƣớc ngầm hay nƣớc mặt nếu xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng. Nhu cầu về cấp nƣớc và lƣu lƣợng nƣớc thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Lƣu lƣợng nƣớc thải của các xí nghiệp công nghiệp đƣợc xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm đƣợc sản xuất. Bảng 1.3. lƣu lƣợng nƣớc thải trong 1 số ngành công nghiệp Ngành công nghiệp Tính cho Lƣu lƣợng nƣớc thải 1. Sản xuất bia 1 lít bia 5,65 (l) 2. Tinh chế đƣờng 1 tấn củ cải đƣờng 10 – 20 (m3) 3. Sản xuất bơ sữa 1 tấn sữa 5-6 (l) 4. Nhà máy đồ hộp rau quả 1 tấn sản phẩm 4,5 - 1,5 5. Giấy trắng 1 tấn - 6. Giấy không tẩy trắng 1 tấn - 7. Dệt sợi nhân tạo 1 tấn sản phẩm 100 (m3) 8. Xí nghiệp tẩy trắng 1 tấn sợi 1000 - 4000 (m3) Ngoài ra, trình độ công nghệ sản xuất và năng suất của xí nghiệp cũng có ý nghĩa quan trọng. Lƣu lƣợng tính cho 1 đơn vị sản phẩm có thể rất khác nhau. Lƣu lƣợng nƣớc thải sản xuất lại dao động rất lớn. Bởi vậy số liệu trên thƣờng không ổn định và ở nhiều xí nghiệp lại có khả năng tiết kiệm lƣợng nƣớc cấp do sử dụng hệ thống tuần hoàn trong sản xuất. Thành phần nƣớc thải sản xuất rất đa dạng, thậm chí ngay trong một ngành công nghiệp, số liệu cũng có thể thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản xuất hoặc điều kiện môi trƣờng. Căn cứ vào thành phần và khối lƣợng nƣớc thải mà lựa chọn công nghệ và các kỹ thuật xử lý. Sau đây là một số số liệu về thành phần nƣớc thải của một số ngành công nghiệp 4 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI Bảng 1.4. Tính chất đặc trƣng của nƣớc thải 1 số ngành công nghiệp Chế biến sữa Các chỉ tiêu Sản xuất thịt hộp Dệt sợi tổng hợp Sản xuất clorophenol - BOD5 (mg/l) 1000 1400 1500 4300 - COD (mg/l) 1900 2100 3300 5400 - Tổng chất rắn (mg/l) 1600 3300 8000 53000 - Chất rắn lơ lửng (mg/l) 300 1000 2000 1200 - Nitơ (mgN/l) 50 150 30 0 - Photpho (mgP/l) 12 16 0 0 - pH 7 7 5 7 - Nhiệt độ ( C) 29 28 - 17 - Dầu mỡ (mg/l) - 500 - - - Clorua (mg/l) - - - 27000 - Phenol (mg/l) - - - 140 0 Nói chung, nƣớc thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm có hàm lƣợng nitơ và photpho đủ cho quá trình xử lý sinh học, trong khi đó hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng này trong nƣớc thải của các ngành sản xuất khác lại quá thấp so với nhu cầu phát triển của vi sinh vật. Ngoài ra, nƣớc thải ở các nhà máy hóa chất thƣờng chứa 1 số chất độc cần đƣợc xử lý sơ bộ để khử các độc tố trƣớc khi thải vào hệ thống nƣớc thải khu vực. Có hai loại nƣớc thải công nghiệp: - Nƣớc thải công nghiệp qui ƣớc sạch : là lọai nƣớc thải sau khi sử dụng để làm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà. - Lọai nƣớc thải công nghiệp nhiễm bẫn đặc trƣng của công nghiệp đó và cần xử lý cục bộ trƣớc kjhi xả vào mạng lƣới thóat nƣớc chung hoặc vào nguồn nƣớc tùytheo mức độ xử lý. 1.1.3 Nƣớc thải là nƣớc mƣa Đây là lọai nƣớc thải sau khi mƣa chảy tràn trên mặt đất và lôi kéo các chất cặn bã, dầu mỡ, … khi đi vào hệ thống thóat nƣớc. Những nơi có mạng lƣới cống thoát riêng biệt: mạng lƣới cống thoát nƣớc thải riêng với mạng lƣới cống thoát nƣớc mƣa. Nƣớc thải đi về nhà máy xử lý gồm: nƣớc sinh hoạt, nƣớc công nghiệp và nƣớc ngầm thâm nhập, nếu sau những trận mƣa lớn không có hiện tƣợng ngập úng cục bộ, nếu có nƣớc mƣa có thể tràn qua nắp đậy các hố ga chảy vào hệ thống thoát nƣớc thải. Lƣợng nƣớc thâm nhập do thấm từ nƣớc ngầm và nƣớc mƣa có thể lên tới 470m3/ha.ngày. BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI 5 Nơi có mạng cống chung vừa thoát nƣớc thải vừa thoát nƣớc mƣa. Đây là trƣờng hợp hầu hết ở các thị trấn, thị xã, thành phố của nƣớc ta. Lƣợng nƣớc chảy về nhà máy gồm nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải công nghiệp, nƣớc ngầm thâm nhập và một phần nƣớc mƣa. Lƣu ý: Trong đô thị: Nƣớc thải sinh hoạt thƣờng trộn chung với nƣớc thải sản xuất và gọi chung là nƣớc thải đô thị. Nếu tính gần đúng, nƣớc thải đô thị gồm khoảng 50% là nƣớc thải sinh hoạt, 14% là các loại nƣớc thấm, 36% là nƣớc thải sản xuất. Lƣu lƣợng nƣớc thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trƣng của thành phố. Khoảng 65-85% lƣợng nƣớc cấp cho 1 nguồn trở thành nƣớc thải. Lƣu lƣợng và hàm lƣợng các chất thải của nƣớc thải đô thị thƣờng dao động trong phạm vi rất lớn. - Lƣu lƣợng nƣớc thải của các thành phố nhỏ biến động từ 20% QTB- 250%QTB - Lƣu lƣợng nƣớc thải của các thành phố lớn biến động từ 50% QTB- 200%QTB - Lƣu lƣợng nƣớc thải lớn nhất trong ngày vào lúc 10-12h trƣa và thấp nhất vào lúc khoảng 5h sáng. - Lƣu lƣợng và tính chất nƣớc thải đô thị còn thay đổi theo mùa, giữa ngày làm việc và ngày nghỉ trong tuần cũng cần đƣợc tính đến khi đánh giá sự biến động lƣu lƣợng và nồng độ chất gây ô nhiễm. 1.2 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA NƢỚC THẢI VA CÁC DẠNG NHIỄM BẨN 1.2.1 Lƣu lƣợng nƣớc thải - Xác định lƣu lƣợng nƣớc thải có HTTN dùng PP đo lƣu lƣợng tại cửa xả. - Nếu chƣa có HTTN hoàn chỉnh ta tính theo từng loại sau: 1.2.1.1 Nƣớc thải sinh hoạt Nƣớc thải sinh hoạt thƣờng chiếm từ 65% đến 80% lƣợng nƣớc cấp đi qua đồng hồ các hộ dân, các cơ quan, bệnh viện, trƣờng học, khu thƣơng mại , khu giải trí,… 65% áp dụng cho nơi nóng, khô, nƣớc cấp dùng cả cho việc tƣới cây cỏ. 6 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI Trong một số trƣờng hợp phải dựa vào tiêu chuẩn thoát nuớc để tính toán sơ bộ lƣu lƣợng nƣớc thải. (tham khảo bảng 1.5) sau đây: Bảng 1.5. Tiêu chuẩn thải nƣớc khu vực dân cƣ Stt Mức độ thiết bị vệ sinh trong công trình Tiêu chuẩn thải (l/ngƣời.ngđ) 1 Có hệ thống cấp thoát nƣớc, có dụng cụ vệ sinh, không có thiết bị tắm 80 – 100 2 Có hệ thống cấp thoát nƣớc, có dụng cụ vệ sinh và thiết bị tắm thông thƣờng (vòi sen) 110 – 140 3 Có hệ thống cấp thoát nƣớc, có dụng cụ vệ sinh, có bồn tắmvà cấp nƣớc nóng cục bộ 140 – 180 Ở các khu thƣơng mại, cơ quan, trƣờng học, bệnh biện, khu giải trí ở xa hệ thống cống thoát của thành phố, phải xây dựng trạm bơm nƣớc thải hay khu xử lý nƣớc thải riêng, tiêu chuẩn thải nƣớc có thể tham khảo bảng 1.6, bảng 1.7, bảng 1.8. Tuy nhiên, có sự thay đổi trong thực tế điều kiện nƣớc ta. Bảng 1.6 Tiêu chuẩn thải nƣớc từ các khu dịch vụ thƣơng mại Nguồn nƣớc thải Đơn vị tính Nhà ga sân bay Lƣu lƣợng (l/đơn vị tính- ngày) Khoảng dao động Trị số tiêu biểu Hành khách 7,5 -15 11 Gara- ôtô, sửa xe Đầu xe 26 -50 38 Quán bar Khách hàng 3,8 -19 11 Ngƣời phục vụ 38-60 50 Nhà vệ sinh 1515-2270 1900 Nhân viên phục vụ 30-45 38 Khách 151-212 180 Ngƣời phục vụ 26-49 38 Công nhân 26-60 49 Máy giặt 1703-2460 2080 Tiệm ăn Ngƣời ăn 7,5-15 11 Siêu thị Ngƣời làm 26-50 38 Cơ quan Nhân viên 26-60 49 Kho hàng hoá Khách sạn Hiệu giặt là Bảng 1.7: Tiêu chuẩn thải nƣớc từ các công sở Lƣu lƣợng (l/đơn vị tính-ngày) Nguồn nƣớc thải Bệnh viện Đơn vị tính Giƣờng bệnh Nhân viên phục vụ Khoảng dao động 473 -908 19 -56 Trị số tiêu biểu 625 38 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI Bệnh viện tâm thần Giƣờng bệnh 284-530 378 Nhân viên phục vụ 19 -56 38 Nhà tù Tù nhân Quản giáo 284 -530 19 -56 435 38 Nhà nghỉ Ngƣời trong nhà điều dƣỡng 190 -455 322 Trƣờng đại học Sinh viên 56 -133 95 7 Bảng 1.8 Tiêu chuẩn thải nƣớc từ các khu giải trí Nguồn nƣớc thải Đơn vị tính Khu nghỉ mát có khách sạn mini Lƣu lƣợng (l/đơn vị tính-ngày) Khoảng dao động Trị số tiêu biểu Ngƣời 189 -265 227 Khu nghỉ mát lều, trại, ôtô di động Ngƣời 30 -189 151 Quán cà phê giải khát Khách 3,8 -11 7,5 Nhân viên phục vụ 30 -45 38 Ngƣời 75 -150 113 Xuất ăn 15 -38 26,5 Nhân viên 30 -189 151 Ngƣời tắm 19 -45 38 Nhân viên 30 -45 38 Ghế ngồi 7,5 -15 11 Ngƣời tham quan 15 -30 19 Cắm trại Nhà ăn Bể bơi Nhà hát Khu triển lãm, giải trí Lƣu lƣợng nƣớc thải sinh hoạt: Qtb = N.q Qnmax = Qtb . Kng Qs = Qtb /86400 Qsmax = Qs . Kc Trong đó : N : Số dân cƣ q : Tiêu chuẩn thoát nƣớc Kng :Hệ số không điều hòa ngày Hệ số không điều ngày của nƣớc thải sinh hoạt khu dân cƣ lấy Kng = 1,15 – 1,3 Kc : Hệ số không điều hòa chung Hệ số không điều hòa chung Kc = Kng . Kh Bảng 1.9. Hệ số không điều hòa chung của nƣớc thải sinh hoạt Lƣu lƣợng trung 5 10 20 50 100 300 500 1000 5000 8 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI bình (lit/giây) Kc max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 Kc min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 1.2.1.2 Nƣớc thải công nghiệp Phụ thuộc vào quy mô, tính chất sản phẩm, quy trình công nghệ của từng nhà máy. Lƣu lƣợng sản xuất có thể dùng công thức sau đây: Q = qtc x P Trong đó : P : Công suất sản phẩm của nhà máy qtc : Tiêu chuẩn (định mức ) sử dụng nƣớc cho sản xuất. Có thể tham khảo số liệu định mức xả thải của nhà máy trong bảng 1.10 Bảng 1.10. Tiêu chuẩn thải nƣớc của một số ngành công nghiệp STT Ngành sản xuất nƣớc thải/sản phẩm (qtc) 1 Chế biến mủ cao su 54 lit/tấn sản phẩm crếp 2 Chế biến thủy sản 20 – 100 m3/tấn 3 Chế biến nông sản 6 – 60 m3/tấn nông sản 4 Chế biến thịt 3 – 10 m3/tấn sản phẩm 5 Thuộc da 65 – 100 m3/tấn da ƣớt 6 Giặt giũ 33 lit/kg quần áo 7 Rƣợu bia 0,3 m3/giạ lúa (36 lit) 8 Cà phê 22 m3/tấn sản phẩm 9 Luyện dầu 3 m3/thùng dầu thô (150 l) 10 Luyện cán thép 0,1 – 0,8 m3/tấn thép 11 Chăn nuôi gia cầm 15 – 25 lit/kg gia cầm 12 Sản xuất giấy và bột giấy 60 – 240 m3/tấn sản phẩm 13 Chế biến mủ cao su (tinh) 25 m3/tấn sản phẩm) 14 Chế biến mủ cao su (mu tạp) 35 m3/tấn sản phẩm) 15 Chế biến mủ cao su (ly tâm) 18 m3/tấn sản phẩm) Ngoài ra trong xí nghiệp còn có một lƣợng nƣớc thải sinh hoạt rất lớn nên việc xác định nó cũng có một ý nghĩa vô cùng quan trọng. BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI 9 Tiêu chuẩn nƣớc thải sinh hoạt của công nhân trong các phân xƣởng s3n xuất có thể lấy theo Bảng 1.11 Bảng 1.11. Tiêu chuẩn thoát nƣớc thải sinh hoạt trong các phân xƣởng sản xuất Tiêu chuẩn thoát nƣớc (l/ngƣời.ngđ) Loại phân xƣởng Kh Phân xƣởng nóng tỏa nhiệt 35 2,5 Phân xƣởng thƣờng 25 3,0 Lƣợng nƣớc tắm cho công nhân sau giờ làm việc theo kíp là 40 – 60 lit/ngƣời và thời gian tắm là 45 phút. Lƣu lƣợng nƣớc thải trong các xí nghiệp công nghiệp: Qtb = (25N1 + 35N2)/1000, m3/ngđ Qhmax = (25N3 + 35N4)/T.1000 Qsmax = Qhmax /3,6 Sự phân bố lƣu lƣợng nƣớc thải sản xuất theo ca kíp có thể lấy theo phần trăm lƣu lƣợng ngày nhƣ trong bảng 1.12 Bảng 1.12. Phân bố phần trăm lƣu lƣợng sản xuất theo ca Buổi Làm việc 3 ca Làm việc 2 ca Buổi sáng 40 – 50 50 – 65 Buổi chiều 35 – 30 50 – 65 Buổi đêm 20 – 25 Cả ngày 100 100 Ngoài ra khi không có số liệu cụ thể của từng nhà máy có thể tính lƣợng nƣớc thải chung theo diện tích của khu công nghiệp nhƣ sau: - KCN gồm các nhà máy SX ra sản phẩm thô, ít ngậm nƣớc, lƣợng nƣớc thải dao đông từ 9-14m3/ha.ngày. - SX sản phẩm ngậm nƣớc trung bình từ 14-28m3/ha.ngày. - Lƣợng nƣớc thải KCN tính theo lƣợng nƣớc cấp: 90-95% 1.2.1.3 Nƣớc mƣa iệc xác định lƣu lƣợng nƣớc mƣa khá phức tạp. Rất nhiều công trình xử lý nƣớc thải sinh hoạt hiện nay chƣa đề câp nhiều đến việc xác định lƣợng mƣa. Tài liệu này trình một phƣơng pháp động học (phƣơng pháp ….) để xác định lƣu lƣợng nƣớc mƣa tại một vùng bất kỳ. Việc tính toán mạg lƣới thoát nƣớc mƣa sẽ đề cập trong một tài liệu khác của tác giả 10 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI A. Các số liệu cơ bản thiết kế hệ thống thoát nƣớc mƣa 1. Thời gian mƣa: Là thời gian kéo dài của một trận mƣa tính bằng phút hoặc giờ. Thời gian bắt đầu cơn mƣa có lƣợng nƣớc chảy vào mạng lƣới nhỏ hơn lƣu lƣợng tính toán. Hiện tƣợng này gọi là sự chậm trễ của dòng chảy nƣớc mƣa, do nƣớc mƣa phải mất thời gian di chuyển từ bề mặt lƣu vực đến mạng lƣới thoát nƣớc. Vì vậy, trên suốt chiều dài đoạn ống, lƣu lƣợng luôn nhỏ hơn lƣu lƣợng tối đa hiện diện ở cuối đoạn ống tính toán. - Thời gian mƣa tính toán: ttt = tm + tr + to Trong đó:  tm : Thời gian tập trung nƣớc mƣa trên bề mặt từ điểm xa nhất đến mạng lƣới 1,5.n 0,6 .L0,6 tm  0,3 0,5 0,3 , phut Z .i .I  Z,n,i : hệ số lớp phủ, hệ số nhám và độ dốc bề mặt tập trung nƣớc mƣa  I : cƣờng độ mƣa, mm/phút  L : chiều dài đoạn nƣớc chảy Công thức xác định tm áp dụng cho các bề mặt tập trung nƣớc mƣa đã đƣợc san nền không có rãnh, luống, ...) Lƣu ý: Tính toán tm sơ bộ có thể lấy nhƣ sau: - Trong tiểu khu không có hệ thống thoát nƣớc mƣa: tm = 10 phút - Trong tiểu khu có hệ thống thoát nƣớc mƣa: tm = 05 phút  tr : Thời gian nƣớc chảy trong rãnh: tr = 1,25. lr /vr (giây) - lr, vr : chiều dài (m) và vận tốc (m/s) nƣớc mƣa chảy ở cuối rãnh - 1,25 : hệ số tính đến sự tăng tốc độ chảy trong thời gian mƣa  to : Thời gian nƣớc chảy trong ống đến tiết diện tính toán: to = M lo / vo (giây) - lo, vo : chiều dài, vận tốc nƣớc mƣa chảy trong ống - M : hệ số tính đến sự chậm trễ của dòng chảy nƣớc mƣa  M = 2 : địa hình thoát nƣớc mƣa bằng phẳng i < 0,01  M = 1,5 : địa hình thoát nƣớc mƣa có độ dốc = 0,01 – 0,03  M = 1,2 : địa hình thoát nƣớc mƣa có độ dốc > 0,03 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI 11 2. Cƣờng độ mƣa: là lƣợng nƣớc mƣa rơi xuống tính trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian. Cƣờng độ mƣa đƣợc biểu diễn dƣới 2 hình thức: theo lớp nƣớc và theo thể tích. - Cƣờng độ mƣa tính theo lớp nƣớc là tỉ số giữa chiều cao lớp nƣớc và thời gian mƣa. i = h/t (mm/phút) - Cƣờng độ mƣa tính theo thể tích là lƣợng nƣớc mƣa tính bằng l/s.ha q = 166,7 i (l/s.ha) - Cƣờng độ mƣa đƣợc xác định theo công thức Liên xô cũ: q 20 .q n 20 tn Trong đó: - 1  C. lg P   n,C : Đại lƣợng phụ thuộc đặc điểm khí hậu từng vùng  q20 : Cƣờng độ mƣa trong thời gian 20 phút với chu kỳ P= 1 năm  P : Chu kỳ mƣa, năm  t : thời gian mƣa tính toán, phút Cƣờng độ mƣa đƣợc xác định theo công thức Trần Liệt Viễn: 20  b  q n q 1  C. lg P  t  bn 20 Các giá trị n, C, b tra trong bảng phân bố mƣa ở từng địa phƣơng 3. Chu kỳ mƣa: Là thời gian lặp lại một trận mƣa có cùng cƣờng độ và thời gian mƣa. Đơn vị tính bằng năm 4. Chu kỳ tràn cống (P): là thời gian có một trận mƣa vƣợt quá cƣờng độ mƣa tính toán Lựa chọn P: + Khu dân cƣ, thành phố nhỏ : 0,3 – 01 năm + Thành phố lớn, khu công nghiệp: 01 – 03 năm + Khu vực đặc biệt quan trọng: 05 – 10 năm Bảng 1.13. Chu kỳ tràn cống đối với khu vực dân cƣ Loại cống Điều kiện làm việc của cống Thuận lợi Trung bình Bất lợi Rất bất lợi Khu vực 0,25 0,35 0.5 1 Phố chính 0,35 0,5 1 2 Điều kiện thuận lợi: a. Diện tích lƣu vực không lớn hơn 150 ha, địa hình bằng phẳng, độ dốc trung bình của mặt đất 0,005 và nhỏ hơn 12 BÀI 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI b. Đƣờng cống đặt theo đƣờng phân thủy hoặc ở phần trên của sƣờn dốc cách đƣờng phân thủy không quá 400m Điều kiện trung bình: a. Diện tích lƣu vực lớn hơn 150 ha, địa hình bằng phẳng, độ dốc trung bình của mặt đất khoảng 0,005 và nhỏ hơn. b. Đƣờng cống đặt phía thấp của sƣờn dốc, theo khe tụ nƣớc, độ dốc của sƣờn dốc nhỏ hơn hay bằng 0,02, diện tích lƣu vực không quá 150 ha. Điều kiện bất lợi: a. Đƣờng cống đặt phía thấp của sƣờn dốc và diện tích lƣu vực lớn hơn 150 ha. b. Đƣờng cống đặt theo khe tụ nƣớc của sƣờn dốc, độ dốc trung bình của sƣờn dốc lớn hơn 0,02. Điều kiện rất bất lợi: Đƣờng cống dùng để thoát nƣớc từ một chỗ trũng Bảng 1.14. Giá trị P theo q20 Đặc điểm vùng thoát nƣớc mƣa Giá trị P khi q20 bằng 50 – 70 70 – 90 90 – 100 > 100 F  150 ha 0,25 – 0,33 0,33 – 0,5 0,5 – 1,5 2–3 F > 150 ha 0,33 – 0,50 0,5 – 1,5 1,5 – 2 4 F  20 ha 0,33 – 0,5 0,5 – 1,5 1–2 3–4 F = 20 – 50 ha 0,5 – 1 1–2 1–3 5 – 10 F = 50 – 100 ha 2–3 3–5 5 10 F > 100 ha 5 5 10 10 – 20 Địa hình phẳng, i< 0,006 khi: Địa hình dốc, i> 0,006 khi: Bảng 1.15. Chu kỳ tràn cống đối với khu vực công nghiệp Hậu quả do việc tràn cống P (năm) Quá trình công nghệ không bị hƣ hỏng Quá trình công nghệ bị hƣ hỏng 1–2 3-5 5. Hệ số dòng chảy: Là tỉ số giữa lƣợng nƣớc mƣa chảy vào mạng lƣới thoát nƣớc và lƣợng nƣớc mƣa rơi xuống.  = qc / qr qc, qr: Lƣợng nƣớc mƣa rơi trên diện tích 1 ha và lƣợng nƣớc mƣa chảy vào mạng lƣới thoát nƣớc từ 1 ha đó.  = Ztb . q0,2 . t0,1 Trong đó: