Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt (kèm bản vẽ)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................................... 4 I.1−TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ............................................................... 4 I.1.1. Nguồn gốc của nước thải sinh họat ............................................................................. 4 I.1.2. Thành phần và tính chất đặc trưng của nước thải sinh hoạt .................................. 4 I.1.3. Khả năng gây ô nhiễm môi trường của nước thải sinh hoạt..................................... 6 I.2- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ...... 7 I.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học ................................................................ 7 1- Song Chắn Rác ............................................................................................................... 7 2- Lắng Cát ......................................................................................................................... 7 3- Lắng ................................................................................................................................. 8 I.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ............................................................ 9 1-Bể Hoạt Động Gián Đoạn (Sequencing Batch Reactor – SBR) .................................. 9 2-Bể Lọc Sinh Học Nhỏ Giọt (Trickling Filter) ............................................................. 10 3 – Mương ôxy hóa: .......................................................................................................... 12 CHƯƠNG II: ................................................................................................................................. 13 II.1-ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO ............................................................................. 13 II.2-ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ: ............................................................................................... 14 CHƯƠNG III: ............................................................................................................................... 18 III.1. TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI ................................................................. 18 III.2-TÍNH TOÁN BỂ LẮNG CÁT NGANG ........................................................................ 19 III.2.1-Nhiệm vụ ................................................................................................................... 19 III.2.2-Tính toán ................................................................................................................... 19 III.3-TÍNH TOÁN HẦM BƠM TIẾP NHẬN ........................................................................ 21 III.3.1-Nhiệm vụ ................................................................................................................... 21 III.3.2-Tính toán ................................................................................................................... 21 III.4-TÍNH TOÁN BỂ ĐIỀU HÒA ......................................................................................... 23 III.4.1-Nhiệm vụ bể điều hòa: ............................................................................................. 23 III.4.2-Tính toán: .................................................................................................................. 23 III.4.3-Lượng BOD5 và lượng SS sau xử lý cơ học: ........................................................... 24 III.5-BỂ LỌC SINH HỌC FBR: ............................................................................................. 24 III.5.1-Nhiệm vụ: .................................................................................................................. 24 III.5.2-Tính toán : ................................................................................................................. 25 a. Tóm tắt các thông số trước khi vào bể lọc sinh học: ............................................. 25 b. Tính toán kích thước bể ........................................................................................... 25 c. Hiệu quả xử lý của bể lọc sinh học: ........................................................................ 28 d. Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày ...................................................................... 28 e. Tính toán hệ thống phân phối nước cho bể lọc sinh học ...................................... 29 f. Xác định lượng không khí cấp cho bể lọc sinh học ............................................... 30 g. Tính toán số lượng thiết bị khuếch tán khí ............................................................ 32 h. Tính toán các thiết bị phụ: ...................................................................................... 33 III.6 – BỂ LẮNG LY TÂM ..................................................................................................... 35 III.6.1. Nhiệm vụ ................................................................................................................... 35 III.6.2. Tính toán .................................................................................................................. 35 a. Xác định kích thước bể lắng .................................................................................... 35 b. Thời gian lưu nước trong bể lắng ........................................................................... 38 c. Bơm bùn từ bể lắng II .............................................................................................. 39 SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 1 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH III.7 – BỂ KHỬ TRÙNG CLORINE: .................................................................................... 40 III.7.1. Nhiệm vụ ................................................................................................................... 40 III.7.2. Tính toán .................................................................................................................. 40 a. Xác định lượng Clo cần thiết để khử trùng: .......................................................... 40 b. Tính toán kích thước bể tiếp xúc ............................................................................ 41 CHƯƠNG IV: ............................................................................................................................... 42 • Chi phí xử lý 1 m3 nước thải ............................................................................................ 44 1. Chi phí nhân sự: ........................................................................................................... 44 2. Khấu hao tài sản cố định: ............................................................................................ 44 3. Chi phí bảo dưỡng, quản lý: ........................................................................................ 45 4. Chi phí điện năng: ........................................................................................................ 45 5. Chi phí hóa chất: .......................................................................................................... 46 ™ Giá thành xử lý 1 m3 nước thải: ...................................................................................... 46 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN ..................................................................................................... 48 SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 2 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay dưới sự phát triển của khoa học, con người ngày càng đạt được những tiến bộ trong nhiều lĩnh vực như kinh tế, khoa học kỹ thuật cũng như về đời sống. Nhu cầu con người ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên sự phát triển nào cũng có mặt trái của nó, con người càng tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ nhu cầu cuộc sống thì đồng thời họ cũng thải ra môi trường nhiều loại rác thải khó phân hủy vượt quá khả năng tự làm sạch của môi trường nên môi trường sống của chúng ta ngày càng trở nên ô nhiễm nghiêm trọng. Trong lĩnh vực nhà ở cũng vậy, áp lực dân số ngày càng tăng buộc con người phải quy hoạch lại quỹ đất dành cho việc xây nhà, vì thế nhiều khu chung cư, khu nhà ở, khu đô thị được mọc lên để giải quyết vấn đề đó. Khi đó chất thải từ quá trình sinh hoạt của các nơi đó như rác, nước thải sinh hoạt sẽ là một nguồn thải góp phần gây ô nhiễm môi trường sống nghiêm trọng. Trong đó nước thải sinh hoạt cũng gây ảnh hưởng đến môi trường rất nhiều. Nước thải sinh hoạt trong quá trình sinh sống chứa rất nhiều thành phần khó phân hủy, sẽ gây ô nhiễm, đặc biệt là các kênh rạch nơi tiếp nhận tất cả các nguồn nước thải của con người trong đó có nước thải sinh hoạt. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 3 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1−TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT I.1.1. Nguồn gốc của nước thải sinh họat Nước thải sinh hoạt là nước được 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 thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng nước thải tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm. Thành phần nước thải sinh hoạt gồm hai loại: - Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh - Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi kết quả của làm vệ sinh sàn nhà I.1.2. Thành phần và tính chất đặc trưng của nước thải sinh hoạt Bảng 1.1:Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt: Các chỉ tiêu Nồng độ Nhẹ Trung bình Nặng Chất rắn tổng cộng,mg/l 350 720 1200 SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 4 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH Tổng chất rắn hòa tan,mg/l • Cố định,mg/l • Bay hơi,mg/l 250 145 105 500 300 200 850 525 325 Chất rắn lơ lững,mg/l • Cố định,mg/l • Bay hơi,mg/l 100 20 80 220 55 165 350 75 275 Chất rắn lắng được,mg/l 5 10 20 BOD mg/l 110 220 400 Tổng Cacbon hữu cơ, mg/l 80 160 210 COD, mg/l 250 500 1000 Tổng nitơ (theo N), mg/l • Hữu cơ • Amonia tự do • Nitrit • Nitrat 20 8 12 0 0 40 15 25 0 0 85 35 50 0 0 Tổng photpho (theo P), mg/l • Hữu cơ • Vô cơ 4 1 3 8 3 5 15 5 10 Clorua, mg/l 30 50 100 Sunfat, mg/l 20 30 50 Độ kiềm (theo CaCO3), mg/l 50 100 200 Dầu mỡ, mg/l 50 100 150 Colifom No/100, mg/l 10 6÷107 107 ÷108 107 ÷109 Chất hữu cơ bay hơi, µg/l 400 (Nguồn: Lâm Minh Triết- Xử lý nước thải công nghiệp và đô thị) Bảng 1.2: Tính chất đặc trưng của nước thải sinh hoạt: SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 5 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH Stt Chất ô nhiễm Nồng độ trung bình 1 pH 6,8 2 Chất rắn lơ lững SS 220 3 Tổng chất rắn TS 720 4 COD 500 5 BOD 250 6 Tổng Ni 40 7 Tổng p 8 (Nguồn: Lâm Minh Triết- Xử lý nước thải công nghiệp và đô thị) I.1.3. Khả năng gây ô nhiễm môi trường của nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ,vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40÷50%); hydratcarbon (40 ÷ 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo,và các chất béo (5 ÷10%) . Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao đông trong khoảng 150 ÷ 450 mg/l theo trọng lượng khô. Có khoảng 20 ÷ 40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Thành phần chủ yếu của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ, bao gồm các chất hữu cơ dễ bị phân hủy và các chất hữu cơ khó phân hủy. Các chất dễ phân hủy như cacbonhydrat, protein chủ yếu làm suy giảm lượng oxy hòa tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng nước mặt. Các chất khó phân hủy gồm nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp. Hầu hết chúng có độc tính với sinh vật và con người. Chúng tồn tại lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật gây độc tích lũy, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống. Chất rắn lơ lửng hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong, rêu…Chất rắn có khả năng gây trở ngại cho phát triển thủy sản, cấp nước sinh hoạt nếu chúng có nồng độ cao. Tiêu chuẩn của WHO đối với nước uống không chấp nhận tổng chất rắn tan (TDS) cao hơn 1200 mg/l. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 6 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 7 LỚP: MO06KT01 Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng. Các chất rắn được tạo ra trong quá trình xói mòn, phong hóa địa chất hoặc do nước chảy tràn từ đồng ruộng. Ngoài ra các loại vi sinh vật gây bệnh hiện hữu trong nước thải đưa ra sông góp phần làm cho các bệnh, đặc biệt là các bệnh đường ruột (thương hàn, tả ,lỵ…) gia tăng do lây lan qua đường ăn uống và sinh hoạt. I.2- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT I.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 1- Song Chắn Rác Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây, các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilon, … được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải. 2- Lắng Cát Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2 mm đến 2mm ra khỏi nước thải nhằm bảo đảm an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh CÁC LOẠI SONG CHẮN RÁC Song Chắn Rác Thô Song Chắn Rác Mịn Lưới Chắn Rác - Loại cố định - Nhóm song chắn rác - Loại cố định - Loại di động - Nhóm song chắn rác - Dạng đĩa - Dạng trống ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công trình sinh học phía sau. Bể lắng cát có thể được phân thành 2 loại: - Bể lắng ngang - Bể lắng đứng. Ngoài ra còn có bể lắng cát thổi khí. 3- Lắng Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: - Bể lắng ngang - Bể lắng đứng. Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5-2,5 giờ. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.000m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,5-0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 4 – 120phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%. Möông thu Saøn coâng taùc Boä truyeàn ñoäng Maùng raêng cöa Vaønh chaën boït noåi Caùnh gaït boït OÁng thu nöôùc sau laéng OÁng trung taâm phaân phoái nöôùc Ngaên thu boït noåi OÁng thu buøn Caùnh gaït buøn OÁng daãn nöôùc vaøo Ñaùy vaø töôøng beå beton . SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 8 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH I.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 1-Bể Hoạt Động Gián Đoạn (Sequencing Batch Reactor – SBR) Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: Sơ đồ hệ thống SBR : Làm đầy Phản ứng Lắng Ngưng Xả nước Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR. Quá trình phân hủy hiếu khí cơ chất đầu vào và nitrat hóa. Quá trình được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng, khi điều kiện cấp khí và chất nền được đảm bảo trong bể sẽ diễn ra các quá trình sau: • Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + (x+y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O • Tổng hợp sinh khối tế bào: n(CxHyOz) + nNH3+ n(x+y/4 –z/2-5)O2 → (C5H7NO2)n + n(x-5)CO2 + n(y-4)/2 H2O • Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phân hủy nội bào): (C5H7NO2)n + 5nO2 → 5n CO2 + 2n H2O + nNH3 • Quá trình nitrit hóa: 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O (vi khuẩn nitrosomonas) ( 2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O) 2NO2- + O2 → 2NO3- (vi khuẩn nitrobacter) Tổng phản ứng oxy hóa amoni: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 9 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH 2-Bể Lọc Sinh Học Nhỏ Giọt (Trickling Filter) Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc các khối vật liệu dẻo có hình thù khác nhau. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 25-100 mm, chiều sâu lớp vật liệu dao động trong khoảng 0,9-2,5 m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn. Nước thải được phân phối tên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất dẻo có thể có dạng tròn, vuông, hoặc nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ 4-12 m. Ba loại vật liệu bằng chất dẻo thường dùng là : - Vật liệu với dòng chảy thẳng đứng - Vật liệu với dòng chảy ngang - Vật liệu đa dạng. Bể lọc sinh học nhỏ giọt chia ra bể lọc vận tốc chậm, bể lọc vận tốc trung bình và nhanh, bể lọc cao tốc, bể lọc thô (xử lý nước thải sơ bộ trước giai đoạn xử lý thứ cấp), bể lọc hai pha. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 10 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH - Bể lọc vận tốc chậm: có hình trụ hoặc chữ nhật, nước thải được nạp theo chu kỳ, chỉ có khoảng 0,6 ¸ 1,2 m nguyên liệu lọc ở phía trên có bùn vi sinh vật còn lớp nguyên liệu lọc ở phía dưới có các vi khuẩn nitrat hóa. Hiệu suất khử BOD cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao. Tuy nhiên cần phải lưu ý đến vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc thường dùng là đá sỏi, xỉ. - Bể lọc vận tốc trung bình và nhanh: thường có hình trụ tròn, lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn, nước thải được bơm hoàn lưu trở lại bể lọc và nạp liên tục, việc hoàn lưu nước thải giảm được vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc thường sử dụng là đá sỏi, plastic. - Bể lọc cao tốc: có lưu lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao, khác với bể lọc vận tốc nhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên liệu lọc làm bằng plastic, do đó nhẹ hơn so với đá sỏi. - Bể lọc thô: lưu lương nạp chất hữu cơ lớn hơn 1,6 kg/m3.d, lưu lượng nước thải là 187m3/m2.d bể lọc thô dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước giai đoạn xử lý thứ cấp. - Bể lọc hai pha: thường sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao và cần nitrat hóa đạm trong nước thải. Giữa 2 bể lọc thường có bể lắng để loại bỏ bớt chất rắn sin