HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CÔNG SUẤT 150M3/NGÀY.ĐÊM

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CÔNG SUẤT
150M3/NGÀY.ĐÊM
PHẦN 1: SỰ CẦN THIẾT ĐẦU TƯ, MỤC TIÊU ĐẦU TƯ
1.1SỰ CẦN THIẾT ĐẦU TƯ
1.1.1 Hiện trạng môi trường nước thải
Tính chất của nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các
cộng đồng dân cư như: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi
giải trí, cơ quan công sở, … Thông thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình
được chia làm hai loại chính: nước đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ
nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, các vi sinh
vật gây bệnh và cặn lơ lửng. Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm,
giặt, với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể. Các thành phần ô nhiễm
chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinh hoạt là BOD
5
, COD, Nitơ và Phốt
pho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng N và P rất lớn, nếu không được loại
bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng
thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng N và P cao, trong đó các loài thực vật
thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô
nhiễm.
Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong
phân, đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân.
Vi sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau,
qua tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây trồng, vật nuôi,
côn trùng…), thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hô hấp,
…,và sau đó có thể gây bệnh. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các
nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán.
1.1.2 Kết luận về sự cần thiết phải đầu tư:
Qua các phân tích ở trên có một số kết luận như sau:
- Nước thải sinh hoạt có nguy cơ làm biến đổi của các thành phần môi trường

không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người,
sinh vật. Xử lý nước thải là một nhiệm vụ cơ bản để bảo vệ môi trường, nhất là
môi trường nước của các nguồn tiếp nhận
- Mức sống của người dân trong xã hội ngày càng cao đòi hỏi các tiêu chuẩn về
xử lý môi trường cần phải đáp ứng kịp thời. Việc đầu tư hệ thống xử lý góp
phần nâng cao môi trường sống, an toàn và vệ sinh
1.2 MỤC TIÊU ĐẦU TƯ
- Đảm bảo vệ sinh môi trường theo quy định của nhà nước, hạn chế đến mức
tối thiểu ảnh hưởng ô nhiễm môi trường đến khu vực xung quanh.
- Giải quyết kịp thời tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt gây
ra và cải thiện môi trường sống dân cư khu vực lân cận.
- Xây dựng, lắp đặt một hệ thống xử lý nước thải với công suất 150m3/ngày
đêm, nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải QCVN14:2008/BTNMT cột B.
- Tiến hành chuyển giao công nghệ và hoàn thiện qui trình vận hành để công
trình đạt hiệu quả xử lý cao trong suốt quá trình phục vụ.
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
2.1 CƠ SỞ THIẾT KẾ
2.1.1 Giải pháp công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
- Công nghệ đáp ứng yêu cầu mức độ xử lý nước thải sinh hoạt đạt QCVN
14:2010/BTNMT cột B.
- Công nghệ cho phép đưa ra giải pháp tổng mặt bằng phù hợp với mặt bằng hiện
trạng.
- Công nghệ phải phù hợp với khả năng xây dựng và lắp đặt của các đơn vị thi
công trong nước.
- Chủng loại vật tư, thiết bị trong dây chuyền công nghệ phải là loại phổ thông để
thuận tiện cho việc cung cấp cũng như công tác bảo dưỡng và thay thế sau này.
- Công nghệ phải dễ vận hành thích hợp với trình độ quản lý của cơ sở.
- Công nghệ có chi phí đầu tư và chi phí vận hành phù hợp với nguồn đầu tư và
ngân sách hoạt động của Công ty.
2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế:

Các tiêu chuẩn thiết kế áp dụng:
Qui chuẩn xây dựng Việt Nam do Bộ xây dựng ban hành năm 1997.
Tiêu chuẩn thiết kế “Thoát nước-Mạng lưới bên ngoài & công trình TCVN-51:1984”
Tiêu chuẩn thiết kế “Cấp nước mạng lưới đường ống & công trình TCVN-33:2006”
Tiêu chuẩn nước thải QCVN14:2008/BTNMT.
2.1.3 Tính chất nước thải
Bảng 1: Các thông số đặc trưng của nước thải sinh hoạt và giới hạn các chất
ô nhiễm theo QCVN14:2008/BTNMT
Chỉ số ô nhiễm
Đơn vị
tính
Khoảng giá trị
đặc trưng của
NT sinh hoạt (*)
QCVN14:2008/BTNM
T - Cột B
1. pH
-
7.5 – 8.5
5 - 9
2. BOD
5
(20
o
C) mg/l 110 – 400 30
3. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 100 – 350 50
4. Tổng chất rắn hòa tan mg/l 850 - 1800 1000
5. Sunfua (theo H
2
S) mg/l - 4.0

6. Amoni (tính theo N) mg/l 25 - 45 10
7. Nitrat (NO
3
-
)(Tính theo N) mg/l 20 – 85 30
8. Dầu mỡ động, thực vật mg/l 50 – 200 20
9. Tổng các chất hoạt động bề
mặt
mg/l
- 10
10. Phosphat (PO
4
3-
) mg/l 8 – 20 6
11. Tổng colifoms
PMN/
100ml
10000 - 15000 5000
(*) /Nguồn: Metcalf&Eddy, Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse,
Fourth Edition, 2004/
Để đảm bảo hiệu quả xử lý ta chon thông số thiết kế như sau:
Bảng 2: Các thông số thiết kế hệ thống nước thải sinh hoạt
Chỉ số ô nhiễm Đơn vị tính
Khoảng giá trị đặc
trưng của NT sinh hoạt
(*)
1. pH - 7.5
2. BOD
5
(20

o
C) mg/l 400
3. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 350
4. Tổng chất rắn hòa tan mg/l 1800
5. Sunfua (theo H
2
S) mg/l -
6. Amoni (tính theo N) mg/l 45
7. Nitrat (NO
3
-
)(Tính theo N) mg/l 85
8. Dầu mỡ động, thực vật mg/l 200
9. Tổng các chất hoạt động bề
mặt
mg/l
-
10. Phosphat (PO
4
3-
) mg/l 20
11. Tổng colifoms PMN/ 100ml 15000
2.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt công suất 150m
3
/ngày
Cống thoát nước thải đô thị. Nước thải sau xử lý
(đạt QCVN14:2010/BTNMT loại B)
Song chắn rác
Bể điều hòa

Bể lắng 2
Bể khử trùng
Bể nén bùn
Máy thổi khí
Nước thải sinh hoạt
Hút bỏ định kì
Chlorine
Bùn tuần
hoàn
Hố thu
Bể hiếu khí hỗn
hợp
Nước
thu bề
mặt
Đường Nước thải
Đường Hóa chất
Đường Khí
Đường Bùn
GHI CHÚ
Bể lắng 1
Nước
tuần
hoàn
Thuyết minh công nghệ
Tại trạm xử lý nước (nhận nước thải đã qua bể phốt), trước tiên nước thải chảy qua
thiết bị lược rác để tách cặn thô (giấy, bao nilong, mẫu gỗ ...), và tự chảy vào hố
gom nước thải. Từ đây chúng được bơm nước thải bơm vào bể điều hòa.
Bể điều hòa có tác dụng điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong
nước thải, bể đươc sục khí để khuấy trộn tránh lắng đọng, pha đều nồng độ các

chất bẩn trong nước thải. Tiếp tục nước thải được bơm vào bể lắng 1 với một lưu
lượng cố định.
Bể lắng 1 có nhiệm vụ loại bỏ một phần chất rắn lơ lửng trong nước thải, nhằm
đảm bảo hiệu quả xử lý đối với các công trình phía sau.

Giai đoạn xử lý hiếu khí hỗn hợp (ngăn thiếu khí + ngăn hiếu khí) là công đoạn xử
lý triệt để nước thải
sẽ xảy ra quá trình phân hủy các chất bẩn hữu cơ trong nước
thải nhờ các vi sinh hiếu khí,
hô hấp tùy tiện (dị dưỡng)
. Vi sinh vật
hô hấp tùy tiện
khai thác Nitrat và giải phóng khí N
2
.
Nhờ oxy cung cấp từ thiết bị làm thoáng, các
vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành CO
2
, H
2
O…
Ngoài ra, để tăng khả năng tiếp xúc giữa bùn hoạt tính với nước thải thì trong thiết
bị được lắp đặt thêm lớp đệm vi sinh dạng đệm cố định (trên vật liệu đệm vừa có
quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí kết hợp nên hiệu quả xử lý cao hơn, lượng bùn
sau bể xử lý ít – sẽ tạo ra mùi đặc trưng). Nhờ bề mặt nhám của đệm vi sinh nên
diện tích bề mặt, khả năng dính bám của vi sinh vật được phát huy tối đa.
Sau đó nước lẫn bùn được phân phối vào bể lắng đứng, có ống phân phối trung
tâm. Tại đây, nước thải được đưa phối theo hướng từ trên xuống; nhờ trọng lực của
bông cặn, hỗn hợp thải được phân ly ra làm ba pha riêng biệt (pha bùn cặn, pha
huyền phù, pha nước trong). Do đó, việc phân tách hoàn toàn thể rắn và nước trong

ra hai pha tách biệt; các hạt huyền phù, bông cặn có tỷ trọng lớn sẽ dễ dàng lắng
xuống dưới đáy.
Nước thải sau bể lắng 2 tương đối sạch nhưng vẫn còn chứa một lượng nhất định
các vi khuẩn gây bệnh, do đó cần được khử trùng để diệt trừ vi khuẩn trước khi xả
ra môi trường. Hiệu quả và triệt để nhất là khử trùng bằng dung dịch clo. Việc định
lượng Clo hoạt tính cần thiết cho khử trùng nhờ hệ thống bơm định lượng được lắp
đồng bộ.
Sau khử trùng nước đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường (QCVN 14:2010/BTNMT cột
B).
Bùn tách ra trong bể lắng một phần sẽ được bơm hoàn lưu về bể làm thoáng để giữ
nồng độ bùn trong bể tại mức cố định, lượng bùn dư còn lại được bơm sang bể
chứa bùn. Tại đây, dưới tác dụng của quá trình phân hủy kỵ khí, cặn sẽ bị phân hủy
thành CH
4
, NH
3
, H
2
S, H
2
O và các chất khoáng, kết quả là thể tích cặn giảm đi đáng
kể. Nước dư từ bể phân hủy bùn sẽ được đưa về hố gom
Để tránh mùi hôi thối có thể phát sinh ra trong quá trình xử lý, các bể xử lý được
cấu tạo kín, và có hệ thống hút và khuyếch tán khí gây mùi có thể phát sinh trong
quá trình xử lý.
+ Ưu điểm :
Hệ thống sử dụng biện pháp xử lý hiếu khí kết hợp đệm vi sinh, sản phẩm phân
hủy cuối cùng của các chất hữu cơ trong nước thải là CO2, H2O,…vì vậy khi hệ
thống hoạt động bình thường hiệu quả xử lý chất nền và chất dinh dưỡng rất cao,
nhưng sẽ tạo mùi rất đặc trưng trong khu vực.

Hiệu suất của hệ thống xử lý tương đối cao, khả năng khử BOD của hệ thống loại
này có thể đạt đến 90-95%, đảm bảo chất lượng nước sau xử lý luôn đạt yêu cầu.
Diện tích của toàn bộ hệ thống ở mức trung bình.
Vận hành dể dàng và chi phí bảo trì rất thấp vì hầu như không phải bảo trì bên
trong các thiết bị, bể xử lý.
Hệ thống được thiết kế kín, có hệ thống hút và khuyếch tán khí gây mùi, đảm bảo
không gây mùi hôi thối cho khu vực bệnh viện và khu vực lân cận.
PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
3.1 Song chắn rác
3.1.1 Nhiệm vụ:
Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất có kích thước lớn (chủ yếu là
rác). Đây là công trình đầu tiên trong trạm xử lý nước thải.
3.1.2 Tính toán song chắn rác:
Khối lượng rác thải lấy ra trong
một
ngày đêm [1] từ thiết bị lọc rác là:
1000.365
1
tt
Na
W
×
=
Trong đó:
a: Lượng rác tính cho đầu người (Mục 4.1.11; Bảng 17, TCVN51-1984)
với chiều rộng khe hở của song chắn rác lấy trong khoảng 16mm thì lượng rác lấy
ra từ song chắn lấy cho một người là a = 8 lít/năm
Ntt: Dân số tính theo chất lơ lửng, được tính như sau:
Cho rằng tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt là 300 lít/người (Mục
2.3; Bảng 2.1

TCXDVN 33:2006)
thì với lưu lượng nước thải là 150m3/ngày tương ứng với 500
người
Vậy khối lượng rác
lấy
ra trong một ngày đêm là:
)/3(011.0
1000.365
5008
1000.365
1
dm
Na
W
tt
=
×
=
×
=
Trọng
lượng
rác thu được trong một ngày đêm tính theo công thức
P = W1.G = 0,011 . 750 = 8.25 kg/ngày đêm
Trong
đó:
G: Trọng lượng riêng của rác lấy G = 750 kg/m3 (
Mục 4.1.11; TCVN51-1984)
Trọng
lượng

rác theo từng giờ trong ngày đêm là:
( )
hkgk
P
P
h
/69.02.
24
25.8
.
24
===
Trong
đó
:
k: Là hệ số không điều hoà giờ của rác đưa tới trạm bơm lấy sơ bộ bằng 2
Đường
ống dẫn nước thải tập trung từ các phòng khoa và bể phốt đến rổ lọc rác có
tiết diện hình tròn DN200. Do lưu lượng nước thải nhỏ 150m3/ngày đêm, nên
song
chắn
rác được thiết kế dạng tấm bằng thép không gỉ.
Vậy cứ mỗi giờ lượng rác thu được từ thiết bị lọc giác là 0.69 kg rác. Do lượng rác
lấy ra khỏi rổ chắn rác trong một ngày đêm là P = 0.011m3. Do đó việc lấy rác ra
từ hệ thống này được thực hiền bằng phương pháp thủ công.
Chọn tiết diện
song chắn
rác như sau: B x L x H =0.05x 0.5 x 1m
Mương dẫn B x L x H = 0.5 x 1 x 1m. Chiều cao mực nước h =0.5 m.
Cần 2 thiết bị song chắn rác, 1 thiết bị làm việc, 1 thiết bị dự phòng

Bảng 3.1: Các thông số thiết kế và kích thước thiết bị song chắn rác
TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Song chắn rác Cái 2
2 Lưu lượng giờ cao nhất Q
max
m
3
/h 9.4
3 Trọng
lượng
rác trong từng giờ kg/h 0.69
4 Khối lượng rác
lấy
ra trong một ngày m
3
/d 0.011
5 Kích thước
Rộng, B m 0.05
Dài, L m 0.5
Sâu tổng cộng, H m 1
6
Chiều rộng khe hở mm 16
Hàm lượng chất lơ lửng SS và BOD của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm
4%, còn lại:
SS
1
= SS x (100-4)% =350 x 94% =329 mg/l
BOD
1
= BOD x (100-4)% =400 x 94% =376 mg/l

3.2 Hố gom nước thải:
3.2.1 Tính toán kích thước hố gom:
Lưu lượng nước thải trung bình giờ được tính:
)/(25.6
24
150
24
3
.
.
hm
Q
Q
dtb
htb
===
Lưu lượng nước thải giờ lớn nhất là:
( )
smhmQkQ
htbh
/106.2)/(375.925.65.1
333
..max
−
×==×=×=
Trong đó:
Hệ số không điều hòa ngày của nước thải sinh hoạt của khu dân cư lấy
K
ng
= 1.15 – 1.3 tùy theo đặc điểm của từng đô thị

Hệ số không điều hòa chung lấy theo bảng 2 (Mục 2.12 TCXDVN-51:1984)
Ta có: k = 1,5
Thể tích hố
gom
nước thải là:
V = t.Q
max.h
= 9.375 x 1,5 = 14 m3
Trong
đó:
t: Thời gian lưu nước chọn 1,5 giờ
Chọn
chiều sâu công tác của hố gom: H = 2m
Diện tích bề mặt: F = V/H = 14/2 = 7m2
Chọn
kích thước làm việc hố gom nước thải là: DxRxH = 3,5 x 2 x 2 = 14m3
Chiều
cao
bảo vệ 0.5m. Vậy chiều cao tổng của hố gom nước thải là 2.5m
3.2.2 Tính toán thiết bị trong hố gom:
Trong hố gom bố trí 2 bơm, 1 bơm nước thải sang bể điều hoà, 1 bơm dự phòng.
Thiết bị đi kèm với 2 bơm gồm có 2 van cầu, 2 van thau một chiều, đường ống dẫn
nước thải DN75.
Công suất bơm được tính theo công thức:
η
ρ
×
×××
=
1000

.max
gHQ
N
h
(kw)
Trong đó:
Q: Lưu lượng nước thải (m
3
/giờ)
H: Độ cao cột nước của bơm (m)
η: Hiệu suất của bơm (η = 0,6÷0,9) chọn η = 0,8.
ρ: Khối lượng riêng của nước thải, lấy ρ ≈ 1000 kg/m
3
Vận tốc nước chảy trong ống: v = 1,2m/s
Hệ số Reynold
:
3
3
33
1055.89
10005.1
1010752.1..
Re
×=
×
×××
==
−
−
µ

ρ
Dv
Trong đó:
ρ: Khối lượng riêng của nước thải, ρ = 1000kg/m
3
D: Đường kính ống, D = 75mm
μ: Độ nhớt nước thải, μ = 1,005Pa.s
Hệ số Reynol trơn:
4
7
8
7
8
106.2
05.0
75
66Re
×=






=







=
ε
D
gh
Trong đó:
ε: Độ nhám tuyệt đối, ε = 0,05mm
Hệ số Reynol vùng nhám:
5
8
9
8
9
102.8
05.0
75
220220Re
×=






=







=
ε
D
en
Qua tính toán trên ta thấy rằng: Re
gh
< Re < Re
n
. Vậy hệ số nhám λ được tính
trong khu quá độ từ thành trơn sang thành nhám theo công thức:
021.0
109
100
75
05.0
46.11.0
Re
100
46.11.0
25.0
4
25.0
=







×
+=






+=
D
ε
λ
Trên đường ống bơm nước thải từ bể thiếu khí sang bể aerotank có: 5 co 90
0
, 1 nối
hình chữ T, 4 van ( 2 van cầu và 2 van một chiều)
Hệ số tổn thất qua van: ξ = 4.7
Hệ số tổn thất qua nối hình co 90
0
: ξ = 1.4
Hệ số tổn thất qua nối chữ T: ξ = 0,3
Chiều
dài
đường ống dự tính: L = 10m
Vậy
tổn
thất dọc đường và tổn thất cục bộ là:
Tổn
thất
do khắc phục hình học khi nước thải đi từ hố gom sang bể điều hòa kỵ khí

là: H
h
= 5,5m
Độ
cao
nước của bơm là: H = H
h
+ H
d
= 5.5 + 2.2 = 7.7m.
m
g
v
D
L
H
d
2.2
81.92
2.1
3.14.157.44
1075
10
021.0
2
2
3
2
=
×







+×+×+
×
=






∑+=
−
ξλ
Vậy

công
suất của bơm là:
)(223.0
36008.01000
81.910007375.9
1000
.max
Kw
gHQ
N

h
=
××
×××
=
×
×××
=
η
ρ
Công suất thực của bơm là: N
’
= 2.N = 2 x 0.2235 = 0.447(kw)
Chọn N’=0.5 (kw)
Bảng 3.2: Các thông số thiết kế và kích thước hố gom
TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Lưu lượng giờ cao nhất Q
max
m
3
/h 9.4
2 Thời gian lưu nước, t h 1.5
3 Thể tích hữu ích V
a
m
3
14
4 Kích thước (mặt bằng hình chữ nhật)
Rộng, B m 2
Dài, L m 3.5

Sâu tổng cộng, H m 2.5
5 Công suất bơm N’ kw 0.5
3.3 Bể điều hòa
3.3.1 Nhiệm vụ:
Điều hòa lưu lượng và chất lượng nước thải. Xáo trộn bằng không khí, điều chỉnh
pH thích hợp cho quá trình xử lý sinh học phía sau
3.3.2 Tính toán kích thước bể điều hòa
Thể tích bể xác định theo biểu đồ lưu lượng và biểu đồ dao động của nồng độ chất
bẩn bên trong nước thải. Do không có biểu đồ theo dõi, ta căn cứ vào thực nghiệm.
Thời gian lưu tại bể điều hòa 4 – 8 h. Ta chọn t = 5.5h
Thể tích làm việc của bể điều hòa được tính như sau:
)(7.515.5375.9
3
.max
mtQV
ha
≈×=×=
Trong đó:
Thời gian lưu nước thải trong bể điều hòa là: t = 5.5 giờ.
Vậy kích thước làm việc của bể điều hòa được chọn như sau:
Lx B x C
lv
= 5 x 3 x3.5= 51.8m
3
Chiều cao bảo vệ của bể điều hòa kỵ khí Cbv = 0,5m
3.3.3 Tính bơm nước thải sang bể lắng 1:
Công suất của bơm được tính như sau (24)