TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
______________________________________________________________
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO
KHU DÂN CƯ 10000 DÂN
Sinh viên thực hiện :Nguyễn Văn Vượng
Lớp
: Kỹ thuật Môi trường
Khóa
: 53
Giáo viên hướng dẫn : Ths.Vũ Ngọc Thủy
HÀ NỘI - 11/2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
________________
______________
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Họ và tên: Nguyễn Văn Vượng
Số hiệu sinh viên: 20083572
Lớp: Kỹ thuật môi trường
Khoá: 53
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Ngành: Kỹ thuật môi trường
1.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 tính toán:
- Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý
- Tính toán các thiết bị chính
4. Các bản vẽ và đồ thị:
- Bản vẽ sơ đồ công nghệ đầy đủ
- Bản vẽ bố trí cao trình (A3)
- Bản vẽ chi tiết thiết bị chính(A3)
5. Cán bộ hướng dẫn
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 DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
Nguyễn Văn Vượng
Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU
Phần 1.Thông số thiết kế và lựa chọn sơ đồ công nghệ……………………………..4
1. Nước thải sinh hoạt……………………………………………………………….5
a. Đặc trưng 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 số đi vào bể…………………………………………...……………..14
2. Tính cụm bể AAO……………………………………………………...…...15
a. Bể aerobic……………………………………...………………………..15
b. Bể anoxic……………………………...………………………………...18
c. Bể anaerobic………………………...…………………………………..19
3. Tổng hợp số liệu 3 bể đã được tính toán……………………...…………….21
4. Tính toán cấp khí cho bể aerobic ...…………………………….. …………22
5. Tính toán khuấy trộn cho anoxic và anaerobic…………...………………..25
Lời cảm ơn
Tài liệu tham khảo
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
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, biển 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 đổi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế
bào mới. Vì vậy, có thể 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 nổ dân số và tốc độ phát triển cao của công nông
nghiệp ... đã để 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.
Ở 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, dẫn 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 dẫn nhiệt tình của cô Vũ Ngọc Thủy đã cho em những những kiến
thức và kinh nhiệm giúp em có thể hoàn thành đồ án :” Thiết kế hệ thống xử lý
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.
Nguyễn Văn Vượng
Phần 1.
Thông số thiết kế và lựa chọn sơ đồ công nghệ
1. Nước thải sinh hoạt
a. Đặc trưng nước 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 l/người.ngày, vùng nông thôn ở mức 100
l/người.ngày. Có thể 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 dưỡng (N, P) có thể gây hiện tượng phú dưỡng các
thủy vực nước ngọt. Các nguồn tiếp nhận (sông, hồ) bị ô nhiễm tức là suy giảm cả
về chất và lượng đối với tài nguyên nước vốn đã rất hạn chế. Ô 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
chuẩn cấp nước, đặc điểm 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.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
Bảng 1.1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư.
Chỉ tiêu
Trong khoảng
Trung bình
350 – 1200
720
Tổng chất rắn (TS), mg/l
-
Chất rắn hoà tan (TDS), mg/l
250 – 850
500
-
Chất rắn lơ lững (SS), mg/l
100 - 350
220
110 – 400
220
20 – 85
40
BOD5, mg/l
Tổng Nitơ, mg/l
-
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/l
30 – 100
50
Độ kiềm, mgCaCO3/l
50 - 200
100
Tổng chất béo, mg/l
50 - 150
100
Tổng Phốt pho, mg/l
8
Nguồn : [1]
b. Tác động của nước thải tới môi trường
Nước thải sinh hoạt gây ra sự ô mhiễm môi trường do các thành phần ô nhiễm:
COD, BOD : Sự khoáng hoá, ổn 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. Nếu ô nhiễm quá mức điều kiện yếm khí có thể 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 dẫn tới hiện tượng phú dưỡng hoá, đó là sự phát triển bùng phát của các
Nguyễn Văn Vượng
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.
Màu : Màu đục hoặc đen, gây mất mỹ quan.
Dầu mỡ : Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.
c. Thông số lựa chọn :
Nếu giả sử tiêu chuẩn cấp nước ở các khu đô thị lớn ở Việt Nam là
200l/người.ngày đêm và 80% trong đó thải ra ngoài môi trường.
Hệ số không điều hòa là 1,5h [7]
Thì lưu lượng nước thải ra tính cho 10000 người trong 1 ngày là:
Qtb=200.10000.80%=1600000 l/ ngđêm= 1600m3/ ngđêm(Q1)
Hay Qtb_h=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 dưỡng và các chất rắn lơ lửng. WHO (1993)[5] đưa ra tải trọng các chất ô
nhiễm tính cho một người dân để xác định nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào cho hệ
thống xử lý nước thải sinh hoạt như Bảng 1. 3a.
Bảng 1. 3a. Tải trọng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đô thị
Chất ô nhiễm
BOD5
COD
TOC
TS
SS
Dầu mỡ
Độ kiềm (CaCO3)
Chlorides
TN (N)
Org – N
Ammonia
TP (P)
Org – P
Inorg – P
Tổng Coliform
Tải lượng (g/ người.ngày)
45 – 54
(1,6 – 1,9)BOD5
(0,6 – 1,0)BOD5
170 – 220
70 – 145
10 – 30
20 – 30
4–8
6 – 12
0,4TN
0,6TN
(0,0 – 0,05)TN
0,6 – 4,5
0,3TP
0,7TP
106 – 109 MNP/100ml
Nguồn: [5].
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.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
Bảng 1. 3b. Tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân Việt Nam
Chất ô nhiễm
SS
BOD5
−
−
Chất hoạt động bề mặt
Dầu mỡ
Cl-
Tải trọng (g/người.ngày)
60 – 65
30 – 35
8
1,44
3,3
2 – 2,5
10
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 số đầu vào và đầu ra.
Hạng mục
Chất lượng nước dòng vào
( yêu cầu thiết kế )
Nhiệt độ
20 – 30oC
Chất lượng nước
dòng ra theo QCVN
14 :2008 cột A [6]
20 – 30oC
pH
6.5 - 8.0
5–9
BOD5
400 mg/l
50 mg/l
NH4_N
50 mg/l
5 mg/l
Chất rắn lơ lửng (T- SS)
275 mg/l
50 mg/l
TKN
60 mg/l
-
PO4_P
12 mg/l
6 mg/l
30 mg/l
5 mg/l
Dầu + Mỡ
Tổng Coliform
5
6
10 - 10 MPN/ 100ml
3.000 MPN/100 ml
Theo QCVN 14:2008/BTNMT thì cột A là cột quy định giá trị C của các
thông số ô nhiễm làm cơ sở 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 A1 và A2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
chất lượng nước mặt) [7].
Nguyễn Văn Vượng
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 tổng 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: bể kị
khí , bể hiếm khí , và bể 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
để xử lý đạt hiệu quả tốt hơn thì dùng biện pháp xử lý sinh học để 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 thải bằng phương pháp
sinh học hiếu khí,trong đó người ta cung cấp oxi và khuấy trộn nước thải với bùn
hoạt tính
Tiếp nhận: hầm tiếp nhận;
Điều hòa: bể điều hòa lưu lượng;
Xử lý cơ học: song chắn rác thô thủ công,song chắn rác tinh,bể lắng cát thổi
khí
Bể lắng đợt một;
Xử lý sinh học: bể aeroten, bể lắng đợt 2;
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
Xử lý cặn:sân phơi cát,bể 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 thống 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 bể 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 bể điều hòa lưu lượng
với hệ thống sục khí để chống khả năng lắng cặn tải bể,đồng thời tuần hoàn bùn
hoạt tính dư để thực hiện đông tụ sinh học để tăng hiệu quả xử lý của bể lắng bậc
hai. Nước thải được bơm từ bể điều hòa đến bể lắng đợt một. Sau khi lắng nước tự
chảy đến bể aeroten.
Tại bể 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 bể aeroten được đẫn đến bể lắng đợt hai. Bể 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 ống
dẫn nước từ bể lắng đợt hai tới bể chứa, nước tiếp tục quá trình tiếp xúc tại bể chứa
nước sau xử lý, nước này đạt chỉ tiêu cột A QCVN 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 bể lắng đợt hai được tuần hoàn trở lại bể aeroten và phần
không tuần hoàn cho ra sân phơi bùn,hoặc thực hiện quá trình đông tụ sinh học.
Cặn tươi từ bể lắng đợt 1 được dẫn đến bể 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 điểm
Bể Aerotank cũng là một trong những phương pháp xử lý sinh học hiếu khí.
Ưu điểm của bể là rất dễ xây dựng và vận hành. Tuy nhiên do phải sử dụng bơm để
tuần hoàn bùn ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bể nên khi vận hành tốn
năng lượng.
Bể Aerotank có nhiều loại như bể Aerotank truyền thống, bể Aerotank nhiều bậc,...
Tuy nhiên bể Aerotank truyền thống sử dụng đơn giản nhất.
Yếu tố quan trọng bậc nhất của bể 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 hàm
Nguyễn Văn Vượng
lượng chất độc,...
Bể 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 lý 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 để
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 số thiết kế của công nghệ AAO
SRT = 5 – 25 ngày
MLSS = 3000 – 4000 mg/l
HRT của các vùng:
Anaerobic: 0,5 – 1,5 h
Anoxic: 0,5 – 1 h
Oxic: 4 – 8 h
RAS = 25 – 100% dòng nước thải đầu vào
Hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn = 100 – 400% dòng nước thải đầu vào
Tuổi thọ thiết kế > 15 năm
Nguồn:[1].
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
Công nghệ AAO thường sử dụng cánh khuấy chìm để 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/l TP và
Tuy nhiên NOx – N dòng ra thường giới hạn khoảng 6 – 10 mg/l và phụ thuộc
vào dòng vào cũng như hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn.
.
Sơ đồ công nghệ:
Hình 2.2b Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO
Thuyết minh công nghệ:
Phương án xử lý nước thải 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 bể 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 thổi khí chuyển đến sân phơi cát để tái sử dụng. Bùn từ bể lắng sơ cấp được
đưa đến bể lên men yếm khí, rồi tới bể chứa. Bùn hoạt tính từ bể lắng thứ cấp được
trạm bơm bùn hoạt tính bơm một phần tuần hoàn vào bể anaerobic, còn lại được
bơm đến bể lắng trọng lực, rồi tới bể methane cho lên men yếm khí thu biogas và
Nguyễn Văn Vượng
giảm lượng bùn thải. Bùn ở bể methane được chứa tạm thời ở bể 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 Mỹ Đình 2 (Hà Nội),bệnh viện chợ Rẫy...
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
Phần 2
Thiết kế bể AAO cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt khu
dân cư 10000 dân
1. Thông số đi vào bể
Nếu giả sử thành phần nước thải trước khi vào bể AAO chỉ thay khi đi qua
bể lắng sơ cấp,thông số thay đổi là BOD5 và SS. Với hiệu suất cho bởi
τ
η
=
,%
0,018 + 0,020τ
và
η =
τ
,%
0,0075 + 0,014τ
Hiệu suất xử lý BOD5 và SS của bể lắng sơ cấp ở lưu lượng trung bình:
η
=
1,8
= 33,33 %
0,018 + 0,020.1,8
và
η =
1,8
= 55,05 %
0,0075 + 0,014.1,8
BOD5 và SS của nước thải sinh hoạt sau khi ra khỏi bể lắng sơ cấp ở lưu
lượng trung bình:
BOD5 = 400(1 – 0,3333) = 266,68 mg/l
SS = 275(1 – 0,5505) = 123,61 mg/l
Như kết quả tính toán cho thấy SS của nước thải sau bể lắng sơ cấp < 150
mg/l coi như thích hợp đưa vào xử lý sinh học ở bể AAO.
Tổng kết lại thông số cần tính toán khi đưa vào bể AAO:
BOD5=266,68 mg/l
SS
=123,61 mg/l
TKN =60
mg/l
NH4_N = 50 mg/l
PO4_P = 12 mg/l
Qtb= 1600m3/ ngđêm=Q1
Qtb_h=66,67 m3/ h =Q2
Lưu lượng lớn nhất : Qmax_h=66,67.1,5=100m3/h =Q3
Nguyễn Văn Vượng
2. Tính cụm bể AAO
Trình tự thiết kế: thiết kế bể aerobic và xác định lượng NO3 tạo thành,tính
các dòng tuần hoàn vào hai bể còn lại.
Thiết kế bể anoxic và anaerobic.
a. Bể aerobic
Các hằng số động học của quá trình nitrate hóa ở 20oC (Bảng 23 –
14)[1]:
μ! "#$ = 0,75 g VSS⁄g VSS. d
K ! 0,74 g NH N⁄m
k/! 0,08 g VSS⁄g VSS. d
K 0 0,50 g⁄m
Ta lấy nhiệt độ thiết kế bằng 25oC, các hằng số động học của quá trình
nitrate hóa ở 25oC:
μ! "#$ 0,75. 1,0712 1,052 g VSS⁄g VSS. d
K ! 0,74. 1,05312 0,958 g NH N⁄m
k /! 0,08. 1,0412 0,097 g VSS⁄g VSS. d
Nguồn :[1]
Ước tính 45 theo phương trình 22 – 8. Để không giới hạn quá trình nitrate
hóa thì DO phải ≥ 2 mg/l. Tốc độ quá trình nitrate hóa tăng khi DO tăng trong
khoảng 3 – 4 mg/l. Tuy nhiên đối với quá trình AAO cần hạn chế DO nội tuần hoàn
về bể anoxic. Do đó chọn DO = 2 mg/l. Tốc độ sinh trưởng riêng của quá trình
nitrate hóa:
μ! = μ! "#$ 6
7NH − N89
DO
:6
: − k/!
7NH − N89 + K ! DO + K 0
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
ở đây 7NH − N89 = 5 mg /l
5
2
:6
: − 0,097
μ! = 1,052 6
5 + 0,958 2 + 0,50
μ! = 0,61d@
Thời gian lưu bùn của bể aerobic:
SRT"C! =
1
1
=
μ! 0,61
SRT"C! = 1,64 d
Ta chọn hệ số an toàn SF = 2,5
Thời gian lưu bùn của bể aerobic:
SRT = SF. 7SRT"C! 8 = 2,5.1,64 = 4,1 d
Lượng sinh khối hoạt tính được tạo thành trong bể 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):
QY7CODC − COD9 810
PF,GC0 =
7A8
1 + k / θL
f/ k/ QY7CODC − COD9 8θL 10
+
7B8
1 + k / θL
Q. NO$ 10
+
7C8
1 + k /! θL
ở đây NOx = nồng độ nitrate được tạo thành trong bể aerobic, mg/l;
fd = tỷ lệ phần trơ của tế bào.
Các hằng số động học của quá trình sinh trưởng của vi khuẩn dị dưỡng ở 20oC và hệ
số hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ như Bảng 23 – 13 . Do đó, ở 25oC ta có:
μ" = 6. 1,0712 = 8,415 g VSS⁄g VSS. d
k/ = 0,12. 1,0412 = 0,146 g VSS⁄g VSS. d
Nguyễn Văn Vượng
Nguồn : [1]
Theo Metcalt & Eddy, Inc (2003) [1] thì CODC 1,6BODC 1,6.238,35
426,69 mg/l
COD9 chọn xấp xỉ = 2 mg/l
Từ đó được:
1600.0,40. 7426,69 28. 10
PF,GC0
1 0,146.4,1
0,15.0,146.1600.0,40. 74261,69 28. 4,1. 10
1 0,146.4,1
1600.0,12. NO$ . 10
1 0,097.4,1
173,75 0,13. NO$
NOx xách định từ phương trình (8 – 18) (Metcalf & Eddy):
NO$ TKNC 7NH N89 0,12
PF,GC0
Q
PF,GC0
1600
55 7,5. 101 . PF,GC0
60 5 0,12.
Theo trên ta được kết quả:
PF,GC0 180 kg VSS/d
NO$ 55 mg/l
Khối lượng MLSS tạo thành trong bể aerobic được tính theo phương trình (7
– 55):
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
mPQ MLSS. ∀#9U0GCL PF,PQ . SRT 180.4,1 738 kg
Theo Metcalt & Eddy (2003) [1] thì đối với công nghệ AAO cần duy trì MLSS ở
khoảng 3000 – 4000 mg/l. Trong thiết kế này ta chọn MLSS = 3000 mg/l.
Từ đó được:
∀#9U0GCL
mPQ
738
240 m
MLSS 3000. 10
Thời gian lưu thủy lực trong bể aerobic:
HRT#9U0GCL
Q
∀#9U0GCL
1600
6,6 h
240
Vậy :
∀#9U0GCL 240 m
HRT#9U0GCL 6,6 h
b. Bể anoxic
Bể Anoxic thiết kế qua tốc độ dinitrate hóa riêng
Chọn tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính R = 0,5 và tỷ số nội tuần hoàn
IR = 1 sao cho đảm bảo NO3 dòng ra đạt yêu cầu ≤ 30 mg/l
Xác định nồng độ nitrate dòng ra theo phương trình (8 – 48) [1]
W_Y5ZW[\ =
=
W_Y]^Z_[\
`a + 1 + a
55
= 22 bc/d
1 + 1 + 0,5
Giả thiết NO2-N nước thải dòng vào và các dòng tuần hoàn = 0, NO3 dòng nội tuần
hoàn và NO3 bùn hoạt tính tuần hoàn bằng nhau và cũng có NO3 nước thải dòng
vào = 0. Như vậy, NO3 vào bể anoxic:
mNO = 7IR + R8. Q. $_#!0$CL = 71 + 0,58. 1600.22 = 55200 g⁄d = 55,2 kg/d
Lượng DO vào bể anoxic:
fg,Y5W = fh . i + fjkl . a. i + fmj . `a. i
Ở nhiệt độ nước thải ≥ 20oC có thể lấy DOv = 0,5 mg/l; DONR = DO cuối bể aerobic
= 2 mg/l. Trong trường hợp thiếu số liệu, theo WEF (2005) lấy DORAS = 0,5× DO
cuối bể aerobic = 1 mg/l.
fg,Y5W = 0,5.1600 + 1.0,5.1600 + 2.1.16000
= 4800 c/n
Lượng DO tương đương với NO3 vào bể anoxic từ dòng nội tuần hoàn:
h_Y5W = 0,35. fg,Y5W = 0,35.4800 = 1680 c⁄n
Nguyễn Văn Vượng
Tổng lượng NO3 cần xử lý tại bể anoxic:
o hàZ a = hàZ + 5ộ[ rsầ5 uZà5 = 55200 + 1680 = 56880 c/n
Bể anoxic được thiết kế theo cách tiếp cận qua tốc độ denitrate hóa riêng theo
phương trình (8 – 41)[1]:
NO U# = ∀#!0$CL . SDNR@1 . MLVSS
ở đây: NO U# – lượng nitrate khi được xử lý, g/d;
∀#!0$CL – dung tích bể anoxic, m3;
SDNR 1 – tốc độ denitrate hóa riêng ở 25oC, g NO3-N/ g MLVSS.d;
Do hạn chế việc tính toán tốc độ denitrate hóa riêng
Nên theo Lê Văn Cát (2007) [2] dung tích bể anoxic thường bằng 25 – 50%
dung tích bể aerobic. Hoặc, giả thiết thời gian lưu thủy lực của bể anoxic theo
khuyến cáo của Metcalf & Eddy (2003) [1] HRTanx = 0,5 – 1 h.
Nhận thấy khi HRTanx = 0,6 h. Ta có:
∀#!0$CL = HRT#!0$CL Qv_anx
Với Qv_anx =Q2(1+IR+R)=3,5Q2=3,5.66,67=233,35 m3/h
Vậy ta có kết quả tính anoxic:
∀#!0$CL = 0,6.233,35 = 140m3
HRTanx = 0,6 h
c. Bể anaerobic
Theo Lê Văn Cát 2007 [2]
Theo đồ thị Randall để đáp ứng nồng độ PO4 dòng ra ≤ 6 mg/l thì tỷ lệ
TCOD: TP ~ 20. Như vậy hệ nước thải dư chất hữu cơ cần thiết cho quá trình xử lý
sinh học P.
Tỷ lệ TCOD:TP =444,45:12=37:1 < 40:1 cho nên trong khi vận hành hệ
thống AAO có thể cần thiết bổ sung VFAs vào bể anaerobic (phương án lên men sơ
bộ) hay áp dụng kết tủa hóa học P.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân
Vậy ta chọn phương án 1
Thời 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.(1+R)=66,67.(1+0,5)=100m3/h
Dung tích bể anaerobic:
∀Y5Y = aoY5Y . Qana 2.100 200 b
- Xem thêm -