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 LƯU LƯỢNG
10000 m
3
/ngày THEO CÔNG NGHỆ AAO
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Long
Lớp : Kỹ thuật Môi trường
Khóa : 52
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Ngọc Tân
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
______________
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Họ và tên: Nguyễn Đức Long Số hiệu sinh viên: 20071777
Lớp: Kỹ thuật môi trường Khoá: 52
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 lưu lượng 10000 m
3
/ngày theo công nghệ AAO
2. Các số liệu ban đầu:
Q = 10000 m
3
3
/ngày theo công nghệ AAO”.
Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn lớp Kỹ thuật môi trường khóa
52 vì những trao đổi sôi nổi liên quan đến Đồ án chuyên ngành.
Hà Nội, 12/2011
Nguyễn Đức Long
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo công nghệ AAO
Mục Lục
4
Nguyễn Đức Long
Chương 1.
Phân tích lựa chọn công nghệ AAO xử lý nước thải sinh hoạt
1. 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 các nước phát triển chẳng hạn như Mỹ
thì một gia đình ba người sử dụng lượng nước 400 l/người.ngày[2], còn mức sử dụng
nước trùng bình của thế giới là 35 – 90 l/người.ngày[1] và ở Việt Nam tiêu chuẩn cấp
nước cho các đô thị trung bình và nhỏ ở mức 75 – 80 l/người.ngày, các đô thị lớn ở
mức 100 – 150 l/người.ngày, vùng nông thôn ở mức 50 l/người.ngày[3]. Có thể ước
tính 60 – 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt trở thành nước thải sinh hoạt tùy theo
vùng và thời tiết[1].
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)[4] 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. 1.
Bảng 1. 1. Tải trọng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đô thị
Chất ô nhiễm Tải lượng (g/ người.ngày)
Org – P 0,3TP
Inorg – P 0,7TP
Tổng Coliform 10
6
– 10
9
MNP/100ml
Nguồn: [4]
~ 5 ~
Nguyễn Đức Long
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. 2.
Bảng 1. 2. Tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân Việt Nam
Chất ô nhiễm Tải trọng (g/người.ngày)
SS 60 – 65
BOD
5
30 – 35
+¿−N
NH
4
¿
8
3−¿−P
PO
4
¿
1,44
mg/l 0 0 0
TP mg/l 4 7 12
Org – P mg/l 1 2 4
Inorg – P mg/l 3 5 10
Tổng Coliform MNP/100ml 10
6
- 10
8
10
7
- 10
9
10
7
- 10
10
Nguồn: [1]
~ 6 ~
Nguyễn Đức Long
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.
Ở Việt Nam cấp nước sạch sinh hoạt và xử lý nước thải sinh hoạt đang là một
vấn đề nan giải. Theo BTN&MTVN (2005) [3] năm 2004 lượng nước sạch sinh hoạt
cấp cho đô thị là 3450000 m
Hình 1. 1. 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
−¿
NO
2
¿
và
−¿
NO
3
¿
đến vùng anoxic
để thực hiện quá trình denitrate hóa. Các thông số thiết kế của công nghệ AAO được
cho như trong Bảng 1. 3.
Bảng 1. 3. 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, 2]
c
= 200 l/người.ngày và tiêu chuẩn
thoát nước thải sinh hoạt bằng 80% lượng đó q
t
= 160 l/người.ngày.
Ước tính dân số:
N=
Q.1000
q
t
=
10000.1000
160
=62500 người
Lưu lượng nước thải sinh hoạt lớn nhất:
Q
max
= QK
omax
ở đây K
omax
= hệ số không điều hòa lưu lượng lớn nhất = 1,62 (theo TCVN
7957: 2008 với Q
tb
= 116 l/s).
Q
max
= 10000.1,62 = 16200 m
3
/ngày = 675 m
SS
i
=
n
SS
.1000
q
t
=
60.1000
160
=375 mg /l
với n
SS
– tải trọng SS tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957: 2008.
• BOD
5
của nước thải sinh hoạt đầu vào:
BOD
5
i
=
n
BOD
5
.1000
q
t
=
65.1000
4
−N
– tải trọng NH
4
-N tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957:
2008.
• Nồng độ TKN của nước thải sinh hoạt đầu vào:
TKN=
n
TK N
.1000
q
t
=
10.1000
160
=62,5mg/l
với n
TKN
– tải trọng TKN tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo WHO (1993).
• Nồng độ TP của nước thải sinh hoạt đầu vào:
TP=
n
P
.1000
q
t
=
2.1000
160
-N ≤ 5 mg/l, PO
4
- P ≤ 6 mg/l, tổng Coliforms ≤ 3000 MNP/100ml.
Dữ liệu thiết kế được tổng hợp lại như sau:
Nước thải đầu vào:
Q = 116 l/s;
pH = 7,5
SS
i
= 375 mg/l;
BOD
5
i
= 406,25 mg/l;
NH
4
-N
i
= 50 mg/l;
TKN
i
= 62,5 mg/l
PO
4
-P
i
= 12,5 mg/l;
Độ kiềm = 187,5 mg CaCO
3
/l ;
Phương án xử lý nước thải sinh hoạt banừg công nghệ AAO được mô tả như
trên Hình 1. 2.
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 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.
~ 11 ~
Nguyễn Đức Long
Hình 1. 2. Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO
~ 12 ~
Nguyễn Đức Long
Chương 2.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo công nghệ AAO
2. 1. Thiết kế các công trình chính
2. 1. 1. Song chắn rác
Trong trường hợp thiết kế không nhất thiết cần song chắn rác tinh mà chỉ cần
song chắn rác thô vì đã có bể lắng sơ cấp [1].
Chọn song chắn rác thô cào rác cơ khí, thanh chắn có tiết diện diện mặt sau
hình chữ nhật và mặt trước hình bán nguyệt, kích thước của thanh chắn: rộng w = 10
2.9,81
.sin 60
o
h
L
=1,83.¿
¿0,0205 m
¿ 20,52mm
Vận tốc nước thải chảy qua song chắn rác thô:
h
L
=
1
0,7
(
V
2
−v
2
2g
)
ở đây V = vận tốc nước chảy qua song chắn rác thô.
0,0205=
1
0,7
(
V
2
−0,8
2
0,40
0,02
=20
Vậy cần dùng 19 thanh chắn.
Bề rộng của song chắn rác thô:
W=w
(
n−1
)
+bn
¿10
(
20−1
)
+20.20
¿ 590mm
¿ 0,59m
Chiều cao của song chắn rác thô:
H=
D
sinθ
¿
0,5
sin 60
o
¿ 0,58m
Cốt sàn nhà đặt song chắn rác thô phải cao hơn mức nước cao nhất của nước
thải trước song chắn rác thô 0,5 m. Do đó, có thể chọn chiều cao của song chắn rác
thô = H = 1,08 m.
Chọn chiều dài phần mương đặt song chắn rác thô = L
¿ 0,13m
Chiều dài xây dựng mương để đặt song chắn rác thô:
L = L
1
+ L
s
+ L
2
= 0,26 + 1+ 0,13
= 1,39 m
Thể tích rác trong ngày:
~ 14 ~
Nguyễn Đức Long
V
r
=
n
r
N
365.1000
ở đây N đã biết, n
r
= lượng rác tính cho đầu người trong năm, lấy theo TCVN
7957: 2008 = 8 l/người.năm.
V
r
=
8.62500
365.1000
=
1027,5
24
.2
¿ 85,63kg/h
Hình 2. 1. Song chắn rác thô
Phần rác hữu cơ nghiền nhỏ bằng máy nghiền rác công suất 0,1 T/h (2 máy
nghiền rác, 1 máy nghiền rác làm việc và 1 máy nghiền rác dự phòng) sau chuyển đến
~ 15 ~
Nguyễn Đức Long
bể lên men yếm khí cùng với bùn sơ cấp, còn phần rác còn lại (gỗ tấm, nilon,…) thì
chứa tạm trong thùng chứa chờ đem chôn lấp.
Quanh song chắn rác thô có lối đi rộng 1,2 m, còn phía trước song chắn rác
thô để lối đi rộng 1,5 m theo TCVN 7957: 2008.
2. 1. 2. Bể lắng cát thổi khí
Để đảm bảo vận hành cần 2 bể lắng cát thổi khí, trong đó 1 bể lắng cát thổi
khí để dự phòng.
Bể lắng cát thổi khí có thể loại bỏ cát có kích thước từ 0,21 mm trở lên với
hiệu quả gần 100 %, còn cát có kích thước 0,1 – 0,2 mm thì hiệu quả chừng 65 –
75%, và cát thu được khá sạch với không quá 10% thành phần hữu cơ [1,2].
Bể lắng cát thổi khí có thiết kế hình học dài và hẹp, tiết diện ngang kiểu bóng
đèn hình giúp tăng cường hiệu quả lắng cát và dễ vận hành.
Theo [1] thời gian lưu nước thải sinh hoạt trong bể lắng cát thổi khí có thể
chọn τ = 4 phút.
Thể tích bể lắng cát thổi khí:
V =Q
max
τ
¿ 0,188.4 .60
= vận tốc dòng ngang qua đáy bể, m/s;
A
f
= tốc độ thổi khí trên đơn vị chiều dài, m
3
/s.m;
~ 16 ~
Nguyễn Đức Long
d
b
= chiều cao khe, m;
S = D – d
b
= độ ngập nước, m;
K = hệ số kích thước, m/s
Theo Melcatl & Eddy (2003), Mackenlzie L. David (2010) thì K = 0,7 m/s và
có thể chọn A
f
= 0,0075 m
3
/s.m và d
b
= 0,6 m.
Kiểm tra v
b
:
v
b
=
.16200=3,24 m
3
/ngày
Cát có thể được lấy ra khỏi bể lắng cát thổi khí bằng máy vít tải, ưu điểm là
cát thu được có độ ẩm nhỏ.
Chiều dài máng thu cát = L
g
= L. Giả sử chiều rộng máng thu cát W
g
= 1 m với
các bên theo chiều dài. Chiều sâu máng thu cát = D
g
:
D
g
=
V
g
W
g
L
=
3,24
1.7,52
=0,431m
Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,4 (TCVN 7957: 2008) về phía máng thu cát.
Hệ thống sục khí gồm các đầu sục khí tạo bọt khí thô đặt thành một hàng cách
đáy 0,8 m. Theo Mackenzie L. David (2010) cường độ cấp khí 0,0019 – 0,0125 m
3
air/ m chiều dài.s, chẳng hạn ta chọn = 0,005 m
Chiều cao cửa nước ra = 1,16/ 2,5 = 0,464 m
2. 1. 3. Bể diều hòa
Giả thiết bể điều hòa chỉ điều hòa về lưu lượng. Vì không có biểu đồ dao động
nước thải sinh hoạt theo giờ trong ngày nên chọn thời gian lưu nước thải sinh hoạt
trong bể điều hòa = 3 h.
Thể tích bể điều hòa:
¿ 417.3=1251m
3
Thể tích bể điều hòa thực tế lấy dư 20% thể tích bể lý thuyết [1,2]:
¿ 1251.1,20=1501 m
3
Chọn thiết kế bể điều hòa có tiết diện bề mặt hình tròn, chiều sâu = 4,5 m,
đường kính = 20,5 m.
~ 18 ~
Nguyễn Đức Long
Mực nước tối thiểu trong bể điều hòa tùy theo phương thức làm thoáng nhưng
thường mong muốn duy trì ở 1,5 – 2,0 m. Độ dốc đáy bể điều hòa khoảng 3:1 – 2:1.
Bể điều hòa xây dựng bằng bê-tông.
Bể điều hòa được làm thoáng cưỡng bức bằng hệ thống sục khí với đầu sục
khí tạo bọt khí thô. Theo [2] cường độ sục khí = 1,8 – 2,9 m
3
air/ m
3
nước thải.h, giả
sử thiết kế với cường độ sục khí = 2,0 m
3
air/ m
3
nước thải.h. Theo đó, cần chọn máy
.ngày. Ở lưu lượng trung bình,
diện tích tiết diện ngang cần thiết:
A=
Q
¿
=
10000
40
=250m
2
Chọn chiều rộng = W = 4 m. Chiều dài:
L=
250
2.4
=31,25m
Chọn chiều cao = H = 3 m.
Thể tích 2 bể lắng sơ cấp:
V = 2.31,25.4.3 = 750 m
3
Thời gian lưu:
τ=
V
Q
=
750.24
10000
=1,8 h
τ
nằm trong khoảng 1,5 – 2,5 h, được chấp nhận.
Tốc độ chảy tràn ở lưu lượng lớn nhất:
16200
=1,1 h
Vận tốc xói mòn cặn [1]:
v
H
=
√
8k
(
s−1
)
gd
f
ở đây:
v
H
= vận tốc xói mòn, m/s;
k = hệ số phụ thuộc cặn = 0,05;
s = trọng lượng riêng của cặn = 1,25 N/m
3
,
g = gia tốc trọng trường = 9,81 m/s
2
;
d = kích thước của hạt cặn = 100 µm = 100.10
-6
m;
f – hệ số ma sát Darcy – Weisbach = 0,025
~ 20 ~
Nguyễn Đức Long
5
và SS của bể lắng sơ cấp [1] :
η
BOD
5
=
τ
0,018 +0,020 τ
,
và
η
SS
=
τ
0,0075+0,014 τ
,
Hiệu suất xử lý BOD
5
và SS của bể lắng sơ cấp ở lưu lượng lớn nhất:
η
BOD
5
=
1,1
0,018+0,020.1,1
=27,5
và
η
SS
=
và SS của nước thải sinh hoạt sau khi ra khỏi bể lắng sơ cấp ở lưu
lượng trung bình:
BOD
5
= 406,25(1 – 0,3333) = 270,85 mg/l
SS = 375(1 – 0,5505) = 168,56 mg/l
~ 21 ~
Nguyễn Đức Long
Như kết quả tính toán cho thấy SS của nước thải sau bể lắng sơ cấp > 150
mg/l chưa thích hợp đưa vào xử lý sinh học ở bể AAO, nên cần thiết kế giải pháp
tăng cường hiệu quả của bể lắng sơ cấp. Giải pháp ở đây là làm thoáng sơ bộ nước
thải trước khi đưa vào bể lắng sơ cấp. Thời gian làm thoáng
τ
= 10 – 20 phút
với lượng không khí cần thiết D
air
= 0,5 m
3
air/m
3
nước thải.
Dung tích bể làm thoáng sơ bộ:
∀=Q
max
. τ=675.
15
60
=168,75 m
3
2
.h.
Chiều cao của bể làm thoáng sơ bộ:
H=
∀
A
=
168,75
56,25
=3 m
Ta xây dựng hợp khối bể làm thoáng sơ bộ với bể lắng sơ cấp. Như vậy có 2
bể làm thoáng sơ bộ: chiều cao H = 3m, chiều rộng W = 4 m và chiều dài L = 7 m.
Nhờ bể làm thoáng sơ bộ mà hiệu suất của bể lắng sơ cấp tăng 8%. BOD
5
và
SS của nước thải sinh hoạt ra khỏi bể lắng sơ cấp:
BOD
5
= 406,25(1 – 0,4133) = 238,35 mg/l
SS = 375.(1 – 0,6305) = 138,56 mg/l
Sau đó, nước thải sinh hoạt đã đủ điều kiện SS < 150 mg/l đi vào xử lý sinh
học ở bể AAO.
~ 22 ~
Nguyễn Đức Long
Hình 2. 4. Bể lắng sơ cấp+Bể làm thoáng sơ bộ
Thiết kế vùng phân phối nước thải sinh hoạt vào:
Thiết kế cửa phân phối nước thải vào tiết diện hình chữ nhật. Theo Mackenzie
L. David (2010) vận tốc nước thải qua cửa phân phối nước thải vào bể lắng sơ cấp v
= 0,0075 – 0,150 m/s, ta chọn v = 0,08 m/s để thiết kế.
2.400
¿ 20,25 m
Như vậy ta thiết kế máng thu nước thải ra như Hình
~ 23 ~
Nguyễn Đức Long
Hình 2. 5. Bố trí máng thu nước ra
Bể lắng sơ cấp có hố thu bùn sơ cấp được thiết kế ở đầu nước thải vào, độ dốc
60
o
, chiều rộng < 0,6 m, có đặt bơm hút bùn sơ cấp.
Độ dốc sàn bể bắng sơ cấp = 1%, có cơ cấu cào bùn sơ cấp quay với tốc độ
0,3 – 1,2 m/phút.
Bể lắng sơ cấp cũng có cơ cấu vớt váng, bọt đặt ở phía nước thải ra.
2. 1. 5. Cụm bể AAO
Theo [1, 2]trình tự thiết kế cụm bể AAO bắt đầu từ thiết kế bể aerobic và xác
định lượng NO3- được tạo thành. Từ đó thiết kế bể anoxic và cuối cùng là thiết kế bể
anaerobic.
a) Bể aerobic
Các hằng số động học của quá trình nitrate hóa ở 20
o
C (Bảng 23 – 14[2]):
μ
n max
=0,75 gVSS/g VSS.d
K
n
=0,74 g NH
4
−N /m
k
dn
=0,08.1,04
25−20
=0,097 gVSS/ gVSS.d
Ước tính
μ
n
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:
NH
¿
¿ 4− N ¿
e
¿
NH
¿
(¿ 4− N ¿
e
+ K
n
¿
¿)
(
DO
DO+ K
o
−1
Thời gian lưu bùn của bể aerobic:
~ 25 ~
Copyright: Tài liệu đại học ©