Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa giáo trình dùng cho sinh viên đại học các ngành xây dựng cơ bản trần đức hạ

_ ■' * ; • ' í t , . *

THU VIEN DAI HOC THUY SAN

10C0Ũ12631

0 = 7

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THI
w P îf

’


Ts. TRẲN ĐỨC HẠ

XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
QUY MÔ NHỎ VÀ VỪA
(Giáo trình dùng cho sinh viên đại học các ngành xây dựng cơ bản)

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2002


60.601

1380-28 - 02
KHKT - 02


LỜI NÓI ĐẦU

Ồ nhiễm nguồn nước do tác dộng của nước thải sính hoạt uà sán xuất dang là
uốn dề bức xúc hiện nay ở nước ta. Các yếu tố kinh tế xã hội và điều kiện tự nhiên là
tiền dề cho việc tổ chức hợp lý hệ thống thoát nước và xử lý nước thải các đô thị và
khu dân cư. Đối với nước ta, thoát nước và xử lỷ nước thải phân tán hoặc xứ ìý nước
thải tại chỗ, cũng như kết họp sử dụng nước thải vào các mục đích tưới tiêu, nuôi
trồng íhúy sản... là một trong những biện pháp hiệu quả đe giải quyết vấn dề môi
trường và phát triển bền vững kính tế xã hội. Các công trình xử lỷ nước thải quỵ mô
nhỏ ưà vừa sẽ phù hợp với khả nâng dầu tư, trình dộ quản ỉỷ vận hành ở các đô thi và
khu dân cư hiện nay. Các công trình này có chi phí xây dựng và quản lý thấp khi biết
sử dụng khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận và các diều kiện tự nhiên thuận lợi
khác vào quá trình xử lý nước thải.
Xuất phát từ quan điếm nêu trên, từ nhiều năm qua, Bộ môn cấp thoát nước
Trường đại học xây dựng dã tập trung nghiên cứu các vấn đề về xủ lý nước thải trong
điều kiện tự nhiên, xử ìỷ nước thải quy mô nhỏ và vừa, thoát nước và xử lý nước thải
phân tán, xử lý nước thải và chất thải rắn các làng nghề... Cuốn sách "Xử lý nước thải
sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa" được viết trên cơ sở tổng hợp các giáo trinh, tài liệu và
các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn dề này. Với mục đích dùng làm
giáo trình và tài liệu tham khảo cho sinh viên dại học khí học môn "Xử lý nước thái",
"Cốp nước và vệ sinh nông thôn"... cũng như cho các cán bộ kỹ thuật công tác trong
lĩnh vực cấp thoát nước và công nghệ môi trường, tác giả dã cố gắng cung cấp những
thông tin cơ bản nhất và những bài tập nâng cao kỹ năng vế tính toán thiết kế các
công trình xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa.
Trong quá trình biên soạn, tác giá đã nhận dược sự dộng viên cũng như góp ý
của các thấy, cô giáo Bộ môn cấp thoát nước Trường dại học xây dựng, các cán bộ kỹ
thuật của Công ty tư vấn cấp thoát nước và môi trường Việt Xam (VỈWASE) và các cơ
quan khác. Sách xuất bản lần dầu với thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, mặt khác
các nghiên cứu về xử lý nước thải ở nước ta còn ít nên cuốn sách không thể tránh khỏi
các khiếm khuyết. Vì thế chúng tôi mong muốn nhận dược các ý kiến đóng góp của
bạn dọc. Chúng tôi xin tiếp nhộn và chân thành cảm ơn.

TT* '

■ V

lả c giá


CÁC CHỮ VIẾT TẮ T TRONG C U ốN SÁCH
BOD (Biological Oxygen Demand)

Nhu cầu ô xy sinh học (NOS)

COD (Chemical Oxygen Demand)

Nhu cầu ô xy hoá học (NOH)

DO (Dissolved Oxygen)

ô xy hòa tan

ISO (International Standard Organization)

TỔ chức tiêu chuẩn Quốc tế

MPN (Most Probable Number)

Sô' vi khuẩn có thể có lớn nhất

SS (Suspended Solids )

Cặn (c h ấ t) lơ lửng

TON

Tiêu chuẩn ngành

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD

Tiêu chuẩn xây dựng

TDS (Total Dissolved Solids)

Tổng chất rắn hòa tan

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Bể lọc ngược qua tầng bùn kị khí

XLNT

Xử lý nước thải


Chương I

Cơ sỏ lựa chọn công nghệ và xây dựng trạm xử lý nước...

1

Chương 1

c ơ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
VÀ XÂY DỰ NG TRẠM x ử LÝ NƯỚC TH Ả I
QUY MÔ NHỎ VÀ VỪ A
1.1. s ự HÌNH THẢNH c á c Hệ t h ô n g t h o á t n ư ớ c t h ả i ỌUY m ô
NHỎ VÀ VỪA
1.1.1. Hệ thống thoát nước thải phân tán
Đối với nước thải đô thị, dạng thoát nước cổ thể là tạp trung hoặc phân tán. Khi thoát
nước tập trung, nước thải từ các tuyến cống cấp II (tuyên cống lun vực) đưa vồ tuyến cống chính
(tuyến cống cấp I), sau đó bơm về trạm xử lý nước thải tập trung. Như vậy nước thải sẽ được dần
ra khỏi khu vực đô thị, xử lý dên mức độ yêu cầu, sau dó xả ra nguồn nước mặt cỗ khả năng lự
làm sạch lớn. Dạng thoát nước tập trung đảm bảo cho môi trường có độ an toàn cao, ít bị ổ
nhiễm. Xử lý nước thải (XLNT) tập trung dỗ kiểm soát và quản lý. Tuy nhiên việc đầu tư thoát
nước thải tập trung rất tốn kém do việc xây dựng tuyến cống chính lớn, dài và sâu, số lương trạm
bơm chuyển tiếp nhiều... Mặt khác khi dô thị phát triển không dồng bồ theo không gian và thời
gian,việc xây dựng trạm XI ,NT tập trung và tuyến cống chính không phù hợp. Đầu tư kinh phí
lớn ngay từ ban đầu cho các công trình này rất khó khăn.
Trong các đồ thị lớn, do khó khàn và không kinh tế trong việc xây dựng các tuyến
cống thoát nước quá dài khi địa hình bằng phẳng và mực nước ngẩm cao, người ta thường
quy hoạch thoát nước thải thành hệ thống phân tán theo các lưu vực sông, hổ. Do dặc điểm
địa hình và sự hình thành các kênh hồ trong các dô thị nước ta, hệ thống thoát nước thường
phân ra các lưu vực nhỏ và độc lập. Thoát nước phân, tán sẽ là hình thức phù hợp dối với da
số đô thị nước ta. Các trạm XLNT phân tán thường là loại quy mô nhỏ và vừa có công suất
từ 200 đến 10000 mVngày (tương đương với dàn số từ 1000 người đốn 100000 người). Xây
dựng các trạm XLNT cho các dô thị nhỏ và cho các lưu vực dộc lập của các đố thị lớn, hoặc
các trạm XLNT bệnh viện, các công trình công cộng, dịch vụ... quy mô công suất lừ 50 đến

500 mVngày sẽ tận dụng được các điều kiện tự nhiên cũng như khả năng tự làm sạch của
sông, kênh, hổ để phân hủy chất bẩn. Mặt khác việc xây dựng này cũng phù hợp với khả
năng đầu tư và sự phát triển của dô thị. Sơ đồ nguyên tắc thoát nước và XLNT phân tán
được nêu trên hình 1.1. Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép dược xả vào các
cống thoát nước chung hoặc các sông, mương, hồ trong khu vực.
Trong nhiều trường hợp mức độ XLNT của hệ thống thoát nước phân tán ycu cầu
không cao do tận dụng dược khả năng tự làm sạch của các sông hồ. Tổng giá thành dầu tư


2

Xử lý nước thải sinh hoạt q u y m ô nhổ v à vừa

cho hệ thống thoát nước thải phân tán giảm xuống do không phải xây dựng các tuyến cống
thoát nước thải tập trung. Các công trình của trạm XLNT phân tán thường được bố trí hợp
khối, dỗ vận hành và quản lý.

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên tắc tổ chức thoát nước và XLNT phân tán

Nhược điểm chính của hệ thống thoát nước thải phân tán là dễ làm mất cảnh quan do việc
xây dựng trạm xử lý nước thải bên trong đô thị. Nếu thiết k ế thi công và vận hành trạm xử lý
không đúng các yêu cầu kỹ thuật, nước thải có thể gây mùi hôi thối, ảnh đến môi trường khu
dân cư và đô thị xung quanh. Mặt khác nếu hàm lượng N và p trong nước thải sau xử lý cồn cao,
trong điều kiện quang hợp tốt, các sông hồ đô thị tiếp nhận nước thải có thể bị phú dưỡng
0eutrophication) và dẫn đến nhiễm bẩn thứ cấp. Kết quả nghiên cứu của bộ môn Cấp thoát nước
trường Đại học Xây dựng từ năm 1980 dến 1991 [8] cho thấy, trong các sông hồ tiếp nhận nước
thải đô thị hàm lượng chất hữu cơ (tính theo BO Do bổ sung do nhiễm bẩn thứ cấp thường dao
động từ 1,4 đến 4,5 mg/1. Các trạm XLNT phân tán có quy mô, mức độ và công nghệ xử lý khác
nhau. Việc kiểm soát, quản lý vận hành chúng rất phức tạp. Tìm kiếm đất đai cho việc xây dựng
trạm XLNT trong nội thành thường rất khó khán.

Chuơng I

Cơ sỏ lựa chọn cô n g nghệ và xây dựng trạm xử íý nưóc...

Hình 1.2. Các lưu vực thoát nước và vị trí các tr#m XLNT phân tán

theo Quy hoạch thoát nước Hà Nội đến năm 2010
(Lưu vực 1 - lưu vực 6: thoát nước và XLNT phân tán; Lưu vực 7: XLNT tại chỗ)

3


4

Xử lý nưóc thải sinh hoạt quy m ô nhỏ v à vừa

1- trạm bơm thoát nước tập trung; 2 - trạm XLNT Q = 11000m3/ngàỵ.

Tổ chức thoát nước phân tán thường thích hợp cho các đô thị có hệ thống thoát nước
chung hoặc hệ thống thoát nước nửa riêng, nằm trong các vùng địa hình bằng phẳng nhiều
kênh, hồ. V í dụ hệ thống thoát nước thải Hà Nội đến năm 2010 được chia thành 7 vùng


Chuông 1. Cờ sỏ lựa chọn cô n g nghệ và xây dựng trạm xử lý nưóc...

5

theo phương án quy hoạch của Tổ chức họp tác Quốc tế Nhật Bản (.TICA) (hình 1.2) hoặc

thành phố Đà Lạt đến năm 2010 thành 5 khu vực theo Dự án thoát nước và vệ sinh do Tổ
chức hỗ trợ phát triển quốc tế Đan Mạch(DANIDA)lập (hình 1.3).

1.1.2. Hệ thống thoát nưóc thải cục bộ
Trong trường hcp các đối tượng thoát nước (cụm dân cư, công trình công cộng, dịch
vụ, nhà ở...) nằm ở vị trí riêng rẽ, độc lập hoặc cách xa hộ thống thoát nước tập trung, người
ta thường tổ chức hệ thống thoát nước thải cục bộ kết hợp xử lý tại chỗ. Hệ thống thoát
nước thải cục bộ có thể có đường cống hoặc không có dường cống. Nước thải sau khi xử lý
đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh môi trường được cho thấm vào đất, thải trực tiếp vào sông hồ
lân cận hoặc sử dụng dể tưới cây, nuôi cá... Trong một số trường hợp, trước khi xả vào các
đường cống thoát nước tập trung, các loại nước thải có chứa vi khuẩn gây bệnh dịch hoặc
chất bẩn đặc biệt (nước thải bệnh viện, nước thải công nghiệp...) phải dược khử trùng hoặc
khử độc trong các công trình xử lý cục bộ, đảm bảo điểu kiện không ảnh hưởng xấu đến
hoạt động của hệ thống thoát nước đô thị và sức khỏe của con người khi tiếp xúc với nó.
Như vậy, các trạm XLNT cục bộ thường được xây dựng đối với các trưởng hợp sau:
1) Các thị trấn, thị tứ có quy mô dân số dưới 50.000 người.
2) Các cụm dân cư, khu nhà ở, ngôi nhà hoặc công trình công cộng, dịch vụ nằm riêng
rẽ, cách xa hệ thống thoát nước tập trung.
3) Các công trình công cộng, dịch vụ có yêu cầu xử lý đặc biệt như bệnh viện, bể bơi...
Các trạm XLNT cục bộ thường có công suất từ vài chục đến vài trăm nghìn m 3 trong
một ngày. Trường hợp thứ nhất thường là các trạm xử lý nước thải quy mô vừa (công suất từ
1000 đến 10000 m 3/ngày); các trường hợp thứ hai và thứ ba là các trạm quy mô nhỏ (công
suất dưới 1000 m 3/ngày). Tổ chức thoát nước khu vực Linh Đàm - Định Công - Pháp Vân
phía Nam Hà Nội (lưu vực 7 hình 1.2) là một ví dụ về các hệ thổng thoát nước thải cục bộ
cho trường hợp thứ hai. Một số đồ thị (ví dụ thành phố Đà Lạt, Hải Dương, Vĩnh Yên...) có
thể tổ chức thoát nước theo hệ thống hỗn hợp phụ thuộc vào địa hình, chế độ thủy văn sông
hồ, đặc điểm sử dụng nước.....
Xử lý nước thải tại chỗ với công trình chủ yếu là bể tự hoại hoặc bể lắng hai vỏ rất thích
họp với các ngôi nhà, cụm dân cư hoặc công trình công cộng ở riêng rẽ, cách xa mạng lưới thoát
nước tập trung. Các công trình này vừa lắng nước thải kết hợp lên men cặn lắng nên hiệu quả xử

lý cao, quản lý vận hành đơn giản. Nước thải và bùn cặn sau quá trình này có thể tiếp tục xử lý
trong đất, ao hồ hoặc tái sử dụng để tưới ruộng và làm phân bón. Tuy nhiên do công trình bố trí
gần nhà ở và khu dân cư nên điều kiện vệ sinh của nó còn hạn chế.

12. SỐ LƯỢNG, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI
1.2.1. Các loại nưốc thải
Các loại nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người.
Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bộnh viện, trường học, nhà ãn... cũng tạo
ra các loại nước thải có thành phẩn và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. Để tiện


X ử lý nưòc thải sinh hoạt q u y m ô nhò và vừa

6

cho việc lựa chọn phương pháp, dây chuyền công 'nghệ và tính toán thiết k ế các công trình
xử lý nước thải, nước thải sinh hoạt được phân loại theo các dấu hiệu sau đây:

a. Theo nguồn gốc hình thành, trong các hộ gia đình có thể có các loại nước thải
sau đây (hình 1.4):
N g u ồ n nước th ả i t ừ cá c ngôi nhà

1r
Nước thải phân

ìr

Nước tiểu

1r

Nước tắm, giặt, rửa

ìr
Nước thải nhà bếp

^r
Các loại nước thải khác

Hình 1.4. Sự hình thành các loại nước thải trong các ngôi nhà hoặc công trình công cộng

Các loại nước thải được hình thành theo sơ đồ hình 1.4 có số lượng, thành phần và tính
chất khác nhau.Tuy nhiên để thuận tiện cho xử lý và tái sử dụng, người ta chia chúng thành
ba loại:
- Nước thải không chứa phân , nước tiểu và các loại thực phẩm từ các thiết bị vệ sinh
như bồn tắm, chậu giặt, chậu rửa mặt. Loại nước thải này chủ yếu chứa chất lơ lửng, các
chất tẩy giặt và thường gọi là ‘ nước xám . Nồng độ các chất hữu cơ trong loại nước thải
này thấp và thường khó phân hủy sinh học. Trong nước thải nhiều tạp chất vô cơ.
- Nước thải chứa phân, nước tiểu từ các khu vệ sinh (toilet) còn được gọi là ‘ nước
đen . Trong nước thải tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh và dể gây mùi hôi thối. Hàm lượng
các chất hữu cơ (BOD) và các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho cao. Các loại nước thải
này thường gây nguy hại đến sức khỏe và dỗ làm nhiễm bẩn nguồn nước mặt. Tuy nhiên
chúng thích hợp với việc sử dụng làm phân bón hoặc tạo khí sinh học.
- Nước thải nhà bếp chứa dầu mỡ và p h ế thải thực phẩm từ nhà bếp, máy rửa bát. Các
loại có hàm lượng lớn các chất hữu cơ (BOD,COD) và các nguyên tố dinh dưỡng khác (nitơ
và photpho). Các chất bẩn trong nước thải này dễ tạo khí sinh học và dễ sử dụng làm phân
bón.
Một sô' nơi người ta nhóm hai loại nước thải thứ hai và thứ ba, gọi tôn chung là "nước
đen".
b. Theo đối tượng thoát nước, người ta phân ra hai nhóm nước thải:

- Nhóm nước thải các hô gia đình, khu dân cư.
- Nhóm nước thải các công trình công cộng, dịch vụ như nước thải bệnh viện, nước
thải khách sạn, nước thẵi trường học, nước thải nhà ăn.
Mỗi nhóm, mỗi loại nước thải cỗ lưu lượng, chế độ xả nước và thành phần tính chất
đặc trưng riêng.

c. Theo đặc điểm hệ thống thoát nước sẽ hình thành nêh hai loại nước thải:
- Nước thải hệ thống thoát nước riêng. Nước thải từ các thiết bị vệ sinh được thu gom
và vận chuyển về trạm xử lỷ theo tuyến cống riêng.
- Nước thải hệ thống thoát nước chung. Các loại nước thải sinh hoạt (nước xám và
nước đen) cùng với nước mưa đợt đầu trong khu vực thoát nước được thu gom và vận
chuyển theo đường cống chung về trạm xử lý. Trong m ột số trường hợp nước đen được xử
lý sơ bộ tại chỗ qua các công trình như bể tách dầu mỡ, bể tự hoại, sau đó cùng nước xám


Chương ?■ Co sỏ lựa chọn công nghệ và xây dựng trạm xở lý n ưò c...

7

xả vào tuyến cống thoát nước chung của thành phố.
Việc phân loại nước thải theo hệ thống thoát nước phụ thuộc vào đối tượng thoát nước,
đặc điểm hệ thống thoát nước của thành phố và các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã
hội khác của đô thị.

1.2.2. Số lượng nưóc thải và chế độ thải nước
Lưu lượng nước thải trong một khu vực đô thị, cụm dân cư, ngôi nhà hoặc công trình
công cộng được xác định trên cơ sở tiêu chuẩn dùng nước. Nước sử dụng cho sinh hoạt, sau
đổ trở thành nước thải xả vào hệ thống thoát nước được xác dịnh theo quy chuẩn xây dựng
Việt Nam năm 1996 [1] như sau (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt của đô thị

Loại
đô thị
1

II
III

Tiêu chuẩn cấp nước
Đơt đầu (10 năm)
Dài hạn (20nãm)
Tiêu chuẩn,
Tỷ lê cấp nước
Tỷ lê cấp nước,
Tiêu chuẩn,
ưng. ngày
%
l/ng.ngày
%
130-150
85-95
160-180
75-90
110-130
80-90
75-85
140-150
70-80

80-100

80-90

120-130

Các nước phát triển có tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt đô thị rất cao, thường dao động
từ 200 đến 500 1/ng.ngày, phụ thuộc vào trang thiết bị vệ sinh và điểu kiện khí hậu khu vực.
Đối với nông thôn, tiêu chuẩn nước sạch cho sinh hoạt được chọn từ 50 đến 100 1/ng.ngày.
Tiêu chuẩn thải nước bệnh viện thông thường được xác định theo Tiêu chuẩn thiết kế
bệnh viện đa khoa (TCVN 4470-87) là 300 đến 400 1/ng.ngày. Tuy nhiên theo kết quả
nghiên cứu của đề tài B96-34-06 Xử lý nước thải và phế thải rắn bệnh viện" [10], do số
lượng cán bộ công nhân viên và người nhà đến chăm nom bệnh nhân lớn, tiêu chuẩn dùng
nước thực tế tăng lên rất nhiều và nó cũng phụ thuộc vào quy mô cũng như chức năng của
bệnh viện (bảng 1.2).
Bảng 1.2. Lưu lượng nước thải các bệnh viện
7T

Quy mô bệnh viện, giường bệnh

Tiêu chuẩn dùng
nước, ị/nq.ngày

Lưu lượng nước
thải, m3/nqày

1
2
3
4
5
6

Dưới 100
Từ 100 đến 300
Từ 300 đến 500
Từ 500 đến 700
Trẽn 700 giường

700
700
600
600
600
1000

70
100-200
200-300
300-450
Trên 500

Bênh viên kết hơp với nghiên cứu và đào tao

-

Các bệnh viộn nước ngoài cũng có tiêu chuẩn dùng nước tương tự, dao động từ 500
đến 1000 1/giường.ngày [10].
Để dễ xác định lưu lượng và nồng dộ chất bẩn trong nước thải sinh hoạt của các công
trình công cộng hoặc dịch vụ, người ta thường tính toán, chuyển đổi công suất (quy mô)
công trình sang chỉ số dân tương dương. Đó là số dơn vị phục vụ của công trình công cộng,

Xử lý nưôc thải sinh hoạt q u y m ô nhỏ v à vừa

8

dịch vụ có lượng chất bẩn hoặc nước thải xả vào hệ thống thoát nước tương đương với của
một người dân đô thị. Các đại lượng tương đương này của m ột số công trình công cộng và
dịch vụ có thể xác định theo bảng 1.3.
Bảng 1.3. Chỉ sô' dân tương đương và tiếu chuẩn nước thải cho m ột dơn vị tín h của công

trình công cộng, dịch vụ trong một ngày
Đơn vị tính

Công trình

Giường
Chỗ ngồi
Chỗ
Chỗ
Học sinh
Trẻ em
Giường bệnh

- Khách san, nhà nghỉ
- Nhà ăn
- Quán cà phê, giải khát
- Cảu lac bô; nhà văn hóa
- Trường hoc
- Nhà trẻ
- Bệnh viện

Chỉ sổ dân tương
đươnq
1
3
15
5-10
10
2 -3
0,4-0,5

Tiêu chuẩn thải nước,
l/đơn vị tính.nqày
200-300
50-80
10-15
8-25
15-25
50-100
300-600

Một yếu tố cơ bản khác liên quan đến việc tính toán thiết bị mạng lưới thoát nước và
các công trình xử lý nước thải là chế độ thải nước. Lưu lượng nước thải chảy đến các công
trình xử lý nước thải quy m ô nhỏ và vừa không đều trong m ột ngày đêm (hình 1.5) cũng
như trong từng mùa. Ban dêm do ít thiết bị vệ sinh hoạt động, lượng nước thải rất nhỏ.
Trong thời gian cao điểm, lưu lượng nước thải có thể lớn gấp 6-8 lần thời điểm trung bình.
Trường hợp nhiều thiết bị vệ sinh cùng hoạt động đồng thời thì nước thải chảy liên tục tới
trạm xử lý. C hế độ thải nước dặc trưng bằng hệ số thải nước không điều hòa chung K ch. Đó
là tỷ số giữa lưu lượng nước thải trong giờ dùng nước lớn nhất của ngày dùng nước lớn nhất
(qh ) với lưu lượng nước thải trong giờ dùng nước trung bình của ngày dùng nước trung

binh (qhtb). Như vậy:

%

Q ng

giờ trong ngày

Hình 1.5. Biểu đố thải nước khu dân cư
A - thị tứ; B - khu nhà ở 200 người;

c

- khu đô thị 50000 người.

Giá trị Ả ^phụ thuộc vào số người sứ dụng hệ thống thoát nước, tiêu chuẩn dùng nước,
điều kiện trang thiết bị vệ sinh và điểu kiện khí hậu. Lưu lượng nước thải càng lớn hệ số Krh
càng nhỏ. Dựa vào hệ số Kch có thể xác định được lưu lượng nước thải tính toán của hộ
thống thoát nước và các công trình xử lý nước thải. Đối với hệ thống nước thải quy mồ vừa
và lớn, hộ số K, h cổ thể xác định theo các công thức sau.


Chuông ỉ Cơ sỏ lựg chọn công nghệ và xây dựng trạm xử lý nưóc...

9

- Đối với hệ thống thoát nước thải quy mô vừa [28j :
0,81
Kc » = ^ 5 + ^ S r ’
tí tb

(l-2a)

trong đó: QIb - lưu lượng trung bình, mVh.
- Đối với hệ thống nước thải quy mô nhỏ: [28]

Kch = 1,5+ 2,5yỊo^ ,

(1,2b)

trong đó: Q,h - lưu lượng trung bình, 1/s.
Thông thường các công trình xử lý nước thải quy mô nhỏ, lưu lượng nước tính toán
Qhmax hằng khoảng 1/10 lưu lượng ngày đêm Qng.
Chế độ thải nước của bệnh viện khổng ổn định theo thời gian trong ngày, trong tuần
mà phụ thuộc vào cấp và quy mô bệnh viện. Thông thường, lượng nước sử dụng lớn nhất
vào đầu giờ buổi sáng khi bệnh nhân dậy và bắt dầu quá trinh khám bệnh. I lệ Kch của bệnh
viện thường lớn hơn của khu dân cư với tiêu chuẩn cấp nước tương đương từ 2 dến 3
lần.Theo các tiêu chuẩn thiết kế cấp thoát nước hiện hành, hệ số Kch của bệnh viện là 2,5.
Các số liệu diều tra khảo sát của dề tài B96-16-6D-37 cho thấy hộ số không diều hòa K,h
phụ thuộc vào quy mô bệnh viện dao động từ 1,8 đến 2,5.
Các yếu tố kể trên ảnh hưởng rõ rệt đến việc tính toán, xác định công suất các công
trình thoát nước và xử lý nước thải cũng như thiết lập quy trình quản lý, vận hành chúng.

1.2.3. Thành phần và tính chất nưốc thải
Nước thải là hệ đa phân tán thô bao gồm nước và các chất bẩn. Các chất bẩn trong
nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ các hoạt động của con người. Các chất bẩn này với
thành phần hữu cơ và vô cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không lắng được và
các các chất hòa tan. Thành phần chất bẩn trong nước thải sinh hoạt dược biểu diễn theo sơ
đồ hình 1.6.
Nước thải

99.9%

0 . 1%

Các chất rắn

Nước

30-50%

50-70%

Các chất vô cơ

Các c hất hữu cơ

65%
Protein

10%

25%
Cacbonhydrat

Các chất béo

Cát

Muối

Kim loại

Hình 1.6. Thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt

Theo Stroganov X.N. [21], các nguyên tố chủ yếu tham gia trong thành phần nước thải
là cacbon, hydro, oxy và nitơ với tỷ lệ C12II260 6N. Theo ImhotT [35 Ị khối lượng chất bẩn do


x ử lý nưỏc th ả i sinh hoạt q u y m ô nhỏ v à vừa

10

một người thải vào nước thải sinh hoạt trong một ngày được xác định theo bảng 1.4.
Bảng 1.4. Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/ngưdi.ngày
Thành phần

Căn lắnq

Chất rắn khônq lắnq

Chất hòa tan

Tổnq cônq

Hữu cơ

30

10

50

90

Vô cơ

10

5

75

90

Tổnq cônq

40

15

125

180

Để tính toán thiết kế các công trình xử lý, người ta thường xem xét các thành phần sau
đây của nước thải sinh hoạt:
- Các chất rắn (chủ yếu là các chất rắn lơ lửng)
- Các chất hữu cơ (chủ yếu là các chất có thể bị phân hủy sinh học)
- Các chất dinh dưỡng (các hợp chất nitơ và photpho)
- Các vi sinh vật gây bệnh

Tổng các chất rắn trong nước thải (Total Solids-TS) được chia ra hai loại là tổng các
chất rắn hòa tan (Total Dissolved Solids -TDS) và tổng các chất lơ lửng (Total Dissolved
Solids -SS). Các chất lơ lửng được giữ lại trên giấy lọc độ rỗng 1,2(im. Các chất lọt qua
giấy lọc là phần tử hòa tan hoặc keo.
Trong nước thải sinh hoạt, các chất hữu cơ chủ yếu là cacbonhydrat (CHO) như là
đường, xenlulozơ; các chất và dầu m ỡ (CHNO) như là axit béo dễ bay hơi; các chất đạm
(CHOSP) như là axit amin, amoni và ure (CIION)m. Do khó khăn trong việc xác định các
thành phần hữu cơ riêng biệt, người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ thông qua
lượng oxy tiêu thụ.
Nhu cầu oxy tiêu thụ theo lý thuyết ('Theoretical Oxygen Demand- ThOD) là lượng oxy
cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có trong nước cho đến C 0 2 và H 20 . Phương
trình tổng quát về quá trình oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có trong nước thải như sau:

c H o N p s + íc + 0 ,2 5 h -0 ,5 o + l,2 5 n + l,2 5 p + l,5 s " |O ->
c h o n p s V

) 2

^ ^

cC O + Ị ^ 0 ,5 h - 0 ,5 n - l,5 p ~ s jH O + nN O ^ + p P C y '+ s S 0 2' + ^ n + 3 p + 2 s ^ H +
Hằm lượng p và s nhỏ nên nhu cầu oxy cho nó nhỏ. Còn đối với quá trình oxy hóa
nitơ thành nitơrat, m ột lượng oxy được tiêu thụ tương dối lớn (các quá trình nitơrat hóa).
Nhu cầu oxy hóa hóa học (Chemical Oxygen Demand- COD) là lượng oxy hóa hóa học
các chất hữu cơ thông qua các chất oxy hóa mạnh như pemanganat (MnO 4) hoặc dicromat
(Cr20 72 ) trong môi trường axit. Tuy nhiên đối với nước thải sinh hoạt, không quá 65% hàm
lượng chất hữu cơ được oxy hóa theo phương pháp pemanganat. Vì vậy người ta thường tiến
hành phân tích COD của nước thải theo phương pháp dicromat mà phản ứng cơ bản như
sau:
CaH,,Oc + Cr20 72- + H + - - )u n n ổ n g C rH + C 0 2 + H 20

xúctácA gS04

(1-4)

Khoảng 95% chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt bị oxy hóa bởi dicromat. Nhu cầu


Chuông 1. Cơ sỏ lựa chọn công nghệ và xây dựng trạm xử lý nưòc—

11

oxy hóa sinh hóa (Biochemicaỉ Oxygen Demand-BOD) là lượng oxy yêu cầu để vi khuẩn
oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Trong thời gian đầu (khoảng 5 ngày trong điều
kiện 20°C) các vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các chất hữu cơ (CBOD). Sau đó,
trong điều kiện dư oxy các loại vi khuẩn nitrit và nitrat hổa bắt đầu hoạt động để oxy hóa
các hợp phần nitơ thành nitrit và nitrat (NBOD). Quá trình tiêu thụ oxy hóa sinh hóa trong
nước thải được biểu diễn theo biểu đồ trên hình 1.7.
Thông thường trong nước thải sinh hoạt ở diều kiện 20°c sau 5 ngày lượng oxy tiêu
thụ chủ yếu cho oxy hóa sinh hóa cho các chất hữu cơ cacbon (BODs) và sau 20 ngày lượng
oxy tiêu thụ cho quá trình sinh hóa là ổn dịnh (BOD20). Mối quan hệ giữa các nhu cầu oxy
trong nước thải sinh hoạt có thể xác dịnh gần dúng theo tỷ lệ sau:
ThO D rC O D

2 :B O D 2n:COD
: BOD, = 1: 0,95 : 0,71: 0,65 : 0,48.
Cr2Ơ7
20
MnO,(
5

(1.5)

Dựa vào biểu thức (1.5), khi biết trước một chỉ tiêu nào đó có thể ước tính sơ bộ các
chỉ tiêu khác. Chỉ tiêu COD theo Pemanganat thường phân tích đơn giản. Qua chỉ tiêu này
ta ước tính được giá trị gần đúng chỉ tiêu COD và BODg dổ từ dấy tìm khoảng pha loãng
thích hợp khi phân tích các chỉ tiêu dó.
Trong nước thải sinh hoạt nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%)và hữu cơ (35%). Nguồn
nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 1,21ít
nước tiểu, tương đương với 12g nitơ tổng số. Trong số đó nitơ amoni (N-CO(NII2)2 là 0,7g,
còn lại là các loại nitơ khác. Ure thường được amoni hóa. Vì vậy từ việc xác định hàm
lượng ure trong nước thải có thể biết được thời gian lưu nước thải trong các cống thoát
nước.

Hình 1.7. Quá trình tiêu thụ oxy sinh hóa trong nước thải

Tuy nhiên, một số dạng nitơ hữu cơ như ure và protein sẽ bị thủy phân trong nước tạo
thành nitơ amoni. Sau đó chúng bị các loại vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa thành nitrit:
NH4 + 1 ,5 0 2 —ỳ 2H + + N 0 2 + H 20

(1.6a)

và tiếp tục bị vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa thành nitrat:
N 0 2 + 0,5O2

NO 3

(1.6b)

Trong nước thải photpho tồn tại dưới dạng photpho hoạt tính - orthophotphat (60%) và
photpho hữu cơ (40%). Các nguyên tố dinh dưỡng (chủ yếu là N và P) sẽ thúc đẩy quá trinh

Xử lý nưỏc thải sinh hoạt q u y m ô nhò và vừa

12

tăng sinh khối của thực vật, đặc biệt là các loại tảo và có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng
trong nguồn nước tiếp nhận nước thải.
Các loại vi khuẩn gây bệnh, trứng giun sán... có nguồn gốc từ chất thải trực tiếp của
con người và tồn tại lâu dài trong nước thải. Các dạng vi khuẩn coli thường tồn tại song
song cùng với vi khuẩn gây bệnh nên người ta thường dùng chỉ tiêu tổng số vi khuẩn dạng
coli (total coliform ) dể dánh giá tình trạng vệ sinh của nước. Trong nước thải sinh hoạt,vi
khuẩn coli có nguồn gốc từ các hoạt dộng và chất thải của con người là Fecal Coliform
(FC). Số FC trong nước thải sinh hoạt có thể từ 105 đến lOVlOOml. Ngoài coliform, người
ta còn dùng một số loại vi rút, thực thể khuẩn, dộng vật nguyôn sinh... dế’ đánh giá chất
lượng vệ sinh của nguồn nước và nước thải.
Fiai chỉ tiêu cơ bản dặc trưng cho thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt là
hàm lượng cặn lơ lửng s s và nhu cầu oxy hóa sinh học BOD. Lượng chất bẩn tính theo chỉ
tiêu chất lơ lửng và BODs do một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước sinh
hoạt của một số nước được nêu trong bảng 1.5.Ở nước ta Tiêu chuẩn xây dựng (20TCN 5184) quy định về lượng chất bẩn tính cho một người dân xả vào hệ thống thoát nước trong
một ngày theo bảng 1.ổ.Tuy nhiên cũng thấy rằng các lượng chất bẩn xác định theo bảng
1.5 thấp hơn so với bảng 1.4. Tiêu chuẩn thiết kế 20TCN 51-84 có thể soát xét lại cho phù
hợp và chính xác hơn. Đậc điểm về tải lượng và nồng dộ chất bẩn trong nước thải sinh hoạt
các ngôi nhà độc lập theo các nghiên cứu của Cục bảo vệ môi trường Mỹ [28,31 ] dược nôu
trong bảng 1.7.
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn nước thải và lượng chất bẩn trong đó tính cho một người ở một số

nước
Tiêu chuẩn thải nước

Tên nước

Lượng chất bẩn, q/ng.ngày

l/ng. ngày

Chất lơ lửng

bod«

Anh
Pháp
Bỉ

100-200

90-100

54-65

150-200
100-150

60-80

54-65

90

54-65

Hà Lan
Đức

100
100-250

90
90

54-65

Thụy Sĩ

200-350

Mỹ
Thụy Điển

350-500

90
90

300-500

100

80

Nga

100-500

65

35

54-65
75-80
80

Bảng 1.6. Lượng chất bẩn của một người trong m ột ngày xả vào hệ thống

thoát nưóc theo quy định của 20 TCN 51-84
Các chất bẩn

Giá trị, g/ng.ngày

- Chất lơ lửng

50-55

- BODj của nưốc thải chưa lắng

30-35

- BOD5 của nước thải đã lắng

25-30

- Nitơ amoni (N-NH4)

7

- Photphat (P20 5)

1,7

- Clorua (CI )

10


Chương I. Co sò lựa chọn công nghệ và xây dựng trạm xử lý nưòc—

13

Bảng 1.7. Tải lượng và nồng độ chẵt bẩn trong nước thải sinh hoạt từ các ngôi nhà hoặc

cụm dân cư độc lập [26,29]
Thônq số

Tảitươnq, q/nqười.nqày

Nồnq đô*, mq/l

Tổng chất rắn

115-117

680-1 000

Các chất rắn dễ bay hơi

65-85

380-500

Cặn lơ lửng

35-50

200-290

Căn lơ lửng dễ bay hơi

25-40

150-240

bod5

35-50

200-290

COD

115-125

680-730

Tổng nitơ

6-17

35-100

Nitơ amoni

1-3

6-18

Tổng photpho

3-5

18-29

Photphat (tính theo photpho)

1-4

6-24

1011-4x1012**

108-1010***

Tổng coliform
Fecal conform

107-109***

Ghi chú: * Nồng độ tính khi tiêu chuẩn thải nước là 170 angười.ngày
** Số conform
*** Sô'coliforml100 mỉ
Nồng độ chất bẩn trong nước thải sinh hoạt đô thị hoặc khu dân cư phụ thuộc vào đặc
điểm hệ thống thoát nước, chế độ xả và tiêu chuẩn thải nước. Các chí tiêu chất bẩn trong
nước thải sinh hoạt một số nước khí hậu nhiệt đới được nêu trong bảng 1.8.
Bảng 1.8. Nồng độ chất bẩn trong nước thải Kodungaigur

Lima

Herzliga

Khu Kim Liên

Ân Độ (1)

Pêru (2)

Israel (3)

Hà Nôi (4)

COD, mg/l

282

175

285

315

BOD5, mg/l

402

196

427

250

Chất lơ lửng,mg/l

1060

1187

1094

270

TDS, mg/l

205

-

163

750

30

-

76

100

Nitơ amoni, mg/l

-

-

-

32

P 0 43-, mg/l

-

-

-

12.5

Conform, MPN/100ml

-

-

-

13.10®

Chỉ tiêu

Clorua, mg/l

Nguồn: (1) A.Raman and others - Lowcost Waste Treatment, CPHERI, Nagpur, 1972.

(2) F.Valdez-Zamudio , Science of the total Environment 2,406 (1974)
(3) A.Meron and others- Journal of the Water Pollution Control Federation
37,1657 (1965).
(4) Báo cáo đề tài NCKFl B94-34-06 'Mô hình các trạm XLNT công suất nhỏ
trong điều kiện Việt Nam , Hà Nội tháng 12,1995 ¡91.

Xử lý nưóc thải sinh hoạt quy m ô nhổ và vừa

14

Nước thải bệnh viện có thành phần và tính chất gần giống nước thải sinh hoạt đô thị,
tuy nhiên nồng độ chất bẩn có thấp hơn do tiêu chuẩn sử dụng nước lớn. Lượng chất bẩn
tính theo đơn vị 1 giường bệnh thải vào hệ thống thoát nước trong một ngày là:
- Chất bẩn lơ lửng : 130g
- BOD5 : 7()g
- Nitơ amoni : 16g
- Clorua : 18g
Nồng dộ các chất bẩn trong nước thải các bệnh viện có thể xác dịnh theo hảng 1.9.
Bảng 1.9. Các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải các bệnh viện nưóc ta
Nồnq độ

Chỉ tiêu
Min

Trunq bình

PH

6.2

7.4

8.1

Chất lơ lửng, mg/l

100

160

220

BOD5, mg/l

110

150

250

COD, mg/l

140

200

300

Tổng số colitorm, MPN/100m!

1Q6

107

109

Max

Nguồn: Bộ mởn cấp thoát nước vả Trưng tâm kỹ thuật môi trường dô thị và khư công
nghiệp, ĐỈ1XD, 1993-1997.
Trong nước thải bệnh viện còn chứa các chất thải tẩy rửa, dư lượng dược phẩm và một
số chất độc hại đặc trưng từ quá trình chẩn đoán, xốt nghiệm bệnh nhân... Đặc trưng của
nước thải bệnh viện là sự xuất hiện của các loại vi khuẩn gây bệnh như Somonella,
Ixp to sp ira y ibrio Choỉeral, Mycobacterium 'Tuberculosis...

1?. Ô NHIỄM VÀ T ự LÀM SẠCH NGUỒN NƯỚC
1. 3. 1. ô nhiễm nguồn nưốc
Khi xả nước thải sinh hoạt xử lý chưa dạt yêu cầu vào sông hổ, nguồn nước có thể hị ô
nhiễm và chất lượng nước giảm sút do các quá trình saư dây.

a. Lắng cặn khu vực miệng xả. Cặn lắng chứa phần lớn là chất hữu cơ nên dể bị oxy
hóa sinh hóa, làm oxy trong nguồn nước bị giảm. Trong lớp cặn lắng phía dưới diễn ra quá
trình lên men, các chất khí như lí,s , CH,,... tạo thành, thoát ra xâm nhập vào trong nước,
gây mùi và làm nổi váng bọt tròn bề mặt. Cặn lắng còn làm giảm tiết diộn miệng xả, thay
đổi đáy sồng hổ, cản trở dòng chảy...
b. Chê dô oxy trong sông hồ phía hạ lưu m iệng xả thay dổi do quá trình tiêu thụ
oxy dế oxy hóa sinh hỏa các chất hữu cư có trong nước thải. Nồng độ oxy hòa tan là yếu
tố giới hạn nên độ giảm của nó sẽ ảnh hưởng xấu dến sự ổn định của hệ sinh thái sồng
hổ.Theo quy dịnh của tiêu chuẩn môi trường TCVN 5942-1995, nồng dô oxy hòa tan thấp
nhất trong sông hổ là 4 mg/1. Thời gian lính theo chiều dòng chảy khi nồng dộ oxy trong
nước sông hổ thâp nhâ't gọi là thời gian tới hạn.Tại thời điểm tới hạn, nguồn nước ổ nhiẽm
nặng nhât. Thông thường trong tính toán xử lý nước thải, bảo vệ nguổn nước, thời gian này


Chương 1 Cơ sò lựa chọn công nghệ và xây dựng trạm xử lý nước...

15

không được lớn hơn hai ngày.

c. Hiện tưrmg phú dưdmg. Các nguyên tố dinh đường có trong nước thải như nitư (N),
photpho (P), kali (K) và các chất khoáng khác... khi vào nguồn nước sẽ được phù du thực
vật, nhất là các loại tảo lam, hấp thụ tạo nên sinh khối trong quá trình quang họp. Sự phát
triển đột ngột của tảo lam trong nguồn nước giàu chất dinh dưỡng làm cho nước có mùi và
độ màu tăng lên, chế độ oxy trong nguồn nước không ổn dinh. Hiện tượng này thường dược
gọi là hiện tượng nước nở hoa do phú dưỡng (eutrophication). Sau quá trình phát triển, phù
du thực vật bị chết. Xác phù du thực vật sẽ làm tăng thêm một lượng chất hữu co, tạo nên sự
nhiễm bẩn lẩn hai trong nguồn nước. Nguy co phú dưỡng hồ đô thị do chỉ tiêu photpho
được xác dịnh theo công thức của Vollen Weider,1976 [8,17J :
0 ,5

•7- 1 +

ị 11

, mgP/nr.nãm ,

(1.7)

Vcl' ,
trong dó: Lc- tải lương photpho chuẩn hóa tới hạn, mgP/nr.năm;

q - tốc độ nước thải chảy qua hổ, m/năm ;
II - độ sâu trung bình của hồ, m.
Tải lượng photphat cực dại cho phép xả vào hổ B là:

B= 10y .L,.F , tấn/năm .

r ì . tt)

trong đó: F - diện tích hồ, m2.
Khi lượng photpho xả hằng năm lớn hơn giá trị B, diều kiện phú dưỡng của hồ bắt dầu
xuất hiện. Các nghiên cứu về quá trình phú dưỡng trong sông hồ dô thị nước ta [7,8,17 j cho
thấy lượng chất bẩn bổ sung do nhiễm bẩn lần hai, tính theo BOD5, rất cao nằm ở mức 2,0
đến 5,0 mg/1.

d. Vi khuẩn gây bệnh. Một số loại vi khuẩn gây bệnh tồn tại trong nước thải khi ra
sồng hồ sẽ thích nghi dần và phát triển mạnh. Theo con đường nước nổ sẽ gây bệnh dịch
cho người và các động vật khác.
Theo Colvis và Marson [ 19Ị, khi xả vào nguồn, nước thải sinh hoạt có thổ gây
nhiễm bẩn sông hổ theo 4 mức dộ như sau:
- Độ nhiễm bẩn polixaprobe (P). Trong vùng này nước có hàm lương chất hữu cơ lớn
(BODị thường trên 15 mg/1), tích tụ nhiều các khí độc hại, sản phẩm của quá trình phân hủy
yếm khí chất hữu CO (IPS, CII,,...). Oxy xâm nhập vào nguồn nước chủ yếu qua khuếch tán
bề mặt. Nito chủ yếu là nitơ amoni và nito protein.Trong vùng này không có quang họp. Số
lượng vi khuẩn từ hàng tràm nghìn đến hàng triệu dơn vị trong một ml. Cặn dáy có màu den
của FeS. Vi khuẩn dị dưỡng phân hủy chất hữu co như Sphaerotilus, vi khuẩn lưu huỳnh
Beggiatoa, Thiothris, các loại thảo trùng... là những vi sinh vật dặc trưng cho vùng nước
này.
- Độ nhiễm bẩn a-mezoxaprobe (a-m). Trong vùng này bắt dầu quá trình phân hủy
các chất hữu cơ và amoni hóa diển ra mạnh mẽ. BOD, dao dộng từ 6 đến 15 mg/l. Trong
nước chứa nhiều c o , tự do. Số lượng vi khuẩn phân húy chất hữu co khoảng vài trãm nghìn
đon vị/1 ml. Một số loại vị khuẩn và thảo trùng phát triển mạnh. Điển hình là các loại nấm
Leptomitus, ấu trùng Brachionus...

X ử lý nưóc thải sinh hoạt quy m ô nhò và vừa

16

- Độ nhiễm bẩn Ị3-mezoxaprobe (73-rn). Trong vùng này hầu hết các chất hữu cơ kém
bền sinh học đã được khoáng hóa hoàn toàn và BOD5 của nước nằm từ 3 đến 6 mg/1. Trong
nước hàm lượng nitơrat và nitơrit tăng lên. Số lượng vi khuẩn phân hủy chất hũu cơ khoảng
dăm nghìn đến chục nghìn đơn vị/lm l, và có thể tăng lên vào m ùa thủy sinh vật chết. Hàm
lượng oxy hòa tan và c o 2 thay đổi theo thời gian trong ngày: ban ngày oxy ở mức bão hòa
còn ban đêm thường xảy ra thiếu hụt oxy. Trong nước có nhiều loại thủy sinh vật khác
nhau. Trong mùa ấm, phù du thực vật phát triển mạnh gây nên phú dưỡng. Trong bùn xuất
hiện ấu trùng muỗi. Tuy nhiên thủy sinh vật đặc trưng cho vùng này là các loài tảo
Osillatoria Rubescens, Scenedesmus Quadricauda, trùng bánh xe Vorticella, xạ khuẩn
Actinosphaerium...
- Độ nhiễm bẩn Oligoxaprobe (O). Trong vùng này nước bắt đầu phục hồi về trạng
thái chất lượng ban dầu. Trong nước chỉ còn lại chủ yếu là chất hữu cơ bền vững. BOD5 của
nước nhỏ hơn hoặc bằng 3 mg/1. Hàm lượng oxy hòa tan trong nước tương dối ổn dịnh.
Trong bùn đáy ít gặp vi sinh vật tự dưỡng hoặc động vật đáy. Nguồn nước sạch thường dược
đặc trưng bởi m ột số loại hồng tảo như: Thorea, Batrachospermum, trùng bánh xe
Vorticella Nebuliýera, trùng Mallomonas Caudata...

1.3.2. Tự làm sạch nguồn nưỏc
Khi xả nước thải vào sổng hồ, các chất bẩn tiếp tục dược làm sạch nhờ tổ hợp các quá
trình vật lý, hóa học và sinh học diễn ra trong nguồn nước, mà dược gọi là sự tự làm sạch.
Tự làm sạch bao gồm hai quá trình cơ bản: quá trình pha loãng nước thải với nguồn
nước và quá trình chuyển hóa chất bẩn trong dó.
Quá trình pha loãng nước thải trong nguồn nước được biểu diễn bằng phương trình
khuếch tán r ố i :

—

di

d 2C
d 2C
z d z ~ Dx d1 +Dy d 2 +Dz d2 '
a 2c

Xdx

Vydy

(1.9)

Để tiện tính toán, quá trình này được đặc trưng bằng số lẩn pha loãng n

n=

vQni+Q*»
ổ nth

trong đó:

c nlh- c n!:
c,-c

( 1. 10)

ng

Qng-lưu lượng tính toán của nguồn nước ;

Qmh - lưu lượng nước thải xả ra nguồn ;
Y - hộ số xáo trộn, đặc trưng cho phần nước nguồn tham gia xáo trộn với
nước thải và phụ thuộc vào chế độ thủy động học của dòng chảy và của
cống xả nước thải;

Cmh' c„*và c , - các giá trị nồng độ chất bẩn trong nước thải, nước nguồn tại
diểm ban đầu và tại thời diểm t.
Tại tiết diện ban đầu (tại miệng xả) số lần pha loãng bằng 1 (C,= Cníh). Sau đó nồng dộ
chất bẩn sẽ giảm dần theo ba vùng sau đây:
- Vùng 1: Pha loãng ban đầu do dòng chảy rối từ cống xả nước thải tạo nên và được
dặc trưng bằng số lần pha loãng ban đầu nd ( nd> 1);


Chương 1. Co sỏ lựa chọn công nghệ và xây dựng trạm xử lý nước...

17

- Vùng 2: Pha loãng cơ bản do chế độ thủy động học dòng chảy sông hồ tạo nên và
đặc trưng bằng số lần pha loãng cơ bản nc.
Số lần pha loãng n tại thời diểm t sẽ là:

n = nđ x nc.

( 1. 11)

- Vùng 3: Pha loãng hoàn toàn nước thải với nguồn nước. Hệ số Y tại vùng này sẽ bằng 1.
Đối với các chất bẩn bền vững (không bị phân hủy theo thời gian) thì nồng độ chất bẩn c , tại
vùng 3 sẽ là:

Cns xQ

c ,=

+ C n!h xQ'nth

Qng

( 1. 12)

Qtĩih

Đối với chất bẩn không bền vững (bị phân hủy theo thời gian) thì nồng độ của chúng
bị giảm chủ yếu do sự chuyển hóa và phân hủy.
Các đại lượng n hoặc Y dược xác dịnh trên cơ sở giải bài toán khuếch tán rối (1.9) với
các nguồn nước có điều kiện biên khác nhau khi xả nước thải vào hồ và hồ chứa với dòng
chảy bề mặt tạo nên do gió, số lần pha loãng ban đầu nd sẽ được xác định theo công thức
M.A.RuíTel [22] sau dây:
- Khi xả nước thải ở tầng mặt:
(1.13a)

đ

Qnth+ 0,00U U Ỉ2 '

- Khi xả nước thải ở tầng dáy:

n‘1

Q,h + 0,0 0 8 7 //2
QIh +0,000435//2 ’

Qnlh- lưu lượng nước thải, m3/s;
H - chiều sâu đặt cống xả nước thải vào hồ.
Trong trường hợp này, số lần cơ bản pha loãng /ỉt. xác định như sau:
- Khi xả nước thải ven bờ:
(
^0,627+0,0002^
nc = 1+0,412

(1.13b)

trong đó:

1.14a)

- Khi xả nước thải xa bờ:

Ị

-^0,41+0,0064^

n = 1,85 + 2,32

(1.14b)
VA * ,

trong đó:

X

- khoảng cách từ cống xả nước thải đến điểm tính toán;

Ax - khoảng cách giữa các tiết diện tính toán, xác định như sau:
- Cho trường hợp xả ven bờ:
A t =6,53 / / U67

(1.14c)

- Cho trường hợp xả xa bờ:
A , = 4 ,4 1 //1,167

(1.14d)


X ử lý nưóc thải sinh hoạt q u y m ô nhỏ v à vừa

18

Trong quá trình phân hủy chất bẩn nhờ vi sinh vật sự tiêu thụ và hòa tan oxy trong
nguồn nước có quan hệ mật thiết với nhau. Trong sông hồ oxy tiêu thụ chủ yếu cho quá
trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ và được hòa tan vào nước qua sự khuếch tán bề mặt.
Các quá trình này được đặc trưng bằng các phương trình của Phelp-Streeter :
- Đối với quá trình tiêu thụ oxy:
i k = - K ,L

dt
1
- Đối với quá trình tổng hợp hòa tan và tiêu thụ oxy:

(1.15a)

(1.15b)
trong đó:

dt
L - BOD của nước;
D - đô thiếu hụt oxy mg/1;
Kị - hằng số tốc độ tiêu thụ oxy, ngày1;
K2- hằng số tốc độ hòa tan oxy, ngày'1;
t - thời gian thực hiện quá trình, ngày.

Hằng số tốc độ tiêu thụ oxy Kị phụ thuộc vào các điều kiện diễn ra trong quá trình tự
làm sạch như nhiệt độ nước, vận tốc dòng chảy... và được biểu diễn theo biểu thức sau đây:

Km = K ^ c)ß T * K < ,
trong đó:

(1.16)

K 1(T) hằng số tốc độ tiêu thụ oxy trong nguồn nước với vận tốc dòng chảy V,
m/s,
trong điều kiện nhiệt độ T, °C;
-

Ki( 20°C) - hằng số tốc độ tiêu thụ oxy của nước nguồn trong điều kiện tĩnh
(v = 0) ở điều kiện 20°C; A:j (20°C) thường được chọn bằng 0,1 n g 1
(nếu là biểu thức có cơ số logarit tự nhiên);
0 - hệ số bù nhiệt độ Arhenius thường chọn từ 1,01 - 1,08;

Kd - hệ số kể đến sự tăng tốc độ tiêu thụ oxy trong nguồn nước động (v > 0);
Kd thường được xác định theo biểu thức P.B. Plats [23],

- Với biểu thức cơ số logarit tự nhiên:

Kd = 10-9e

(1.17a)

Hoặc với biểu thức cơ số logarit thập phân:

Kd = 1 0 -9 .1 0 (3+35v>/

(1.17b)

Trong điều kiện V= 0, giá trị Kd= 1 và V> 0,2 m/s, Kd(v)= KẬV = 0,2 m/s)
Trong điều kiện các sông hổ đô thị nước ta, các nghiên cứu của Bộ m ôn cấp thoát nước
(ĐHXD) [8] cho thấy:
- Đối với sông mương thoát nước khi vận tốc dòng chảy nhỏ hơn 0,02 m/s giá trị K ị
(cơ số logarit tự nhiên) có thể chọn trung bình là:
^ = 0 ,0 1 4 2 + 0,141gL0 ,n g à y '1 ,
trong đó:

L0- BOD5 của nước sông mương điểm đầu, mg/1.

- Đối với hổ đô thị tiếp nhận nước thải sinh hoạt Kị chọn là:

(1.18a)


Chuông 1 Cơ sỏ lựa chọn cô n g nghệ và xâ y dựng trqm xử lý nưóc...

19

K, = 0 , 2 2 9 , ngày 1 ,

(1.18b)

trong đó: t - thời gian lưu thủy lực trung bình trong hồ về mùa khô, ngày.
Đại lượng K2, hằng số tốc độ hòa tan oxy, cũng phụ thuộc các yếu tố nhiệt độ, vận tốc
dòng chảy, độ sâu sông hồ... K2 có thể xác định theo biểu thức:

trong đó:

„
86400 (D0v)l/Ĩ
wl
K 2 = -------77777------ . ngày
H
D0 - hệ số khuếch tán phân tử,D0 = 2,05.109 m2/s ở 20°C;

(1.19)

V - vận tốc dòng chảy, m;

H - độ sâu sông hồ, m.
Ki cũng có thể xác định theo bảng 1.10.
Bảng 1.10. Giá trị hằng số tốc độ hòa tan oxy (cơ số logarit thập phân)

đối vơi các loại nguồn nưóc
Đặc tính nguồn nước

K, ứng với nhíêt độ, ngày1

20Pc

2 5°c

Nguồn đứng yên và chảy yếu

0,15

-

Sông với vận tốc dòng chảy V < 0,5 m/s

0,20

0,215

Sông với vận tốc lớn

050

0,54

Biểu đồ hòa tan và tiêu thụ oxy theo mô hình Phelp-Streeter được nêu trên hình 1.8.

Hình 1.8. Biểu đổ tích lũy oxy tiêu thụ và oxy hòa tan trong nguồn nước

theo thời gian dòng chảy
tch- thời gian tới hạn; tại thời điểm này nồng độ oxy hòa tan
trong nước thấp nhất, độ thiếu hụt oxy lốn nhất.

Ngoài hai quá trình chủ yếu là tiêu thụ oxy do oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ trong
nước và khuếch tán oxy từ khí quyển vào nước còn có các quá trình liên quan đến chế độ
oxy của sông hồ như quang hợp, hô hấp của tảo và thực vật, hô hấp cặn lắng... Tuy nhiên để
đơn giản trong tính toán, xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết mà không ảnh hưởng
đến hiệu quả bảo vệ nguồn nước người ta chỉ cần sử dụng mô hình Phelp-Streeter trong việc
xác định chế độ oxy.


x ử lý nưóc thải sinh hoạt q u y m ô nhò v à vừa

20

Phương trình tổng quát xác định nồng độ chất hữu cơ theo BOD trong sông hồ đô thị
trong điều kiện nước ta theo nghiên cứu [8] như sau:

L,Jm = Lm - H Ơ 1' + i {l ,m - L„s )\ữ~K'-' +Lbl,
trong đó:

(1.20)

Ltmar- nồng độ chất bẩn lứn nhất theo BOD trong sông hồ tại thời điểm t sau
khi xả nước thải;
n - số lần pha loãng;
lMh, Lnị, - BOD của nước nguồn trước khi xả nước thải;
Lhs - BOD bổ sung do các quá trinh tái nhiễm bẩn hoặc cuốn trôi chất bẩn từ
bề mặt, xác định theo bảng 1.11.

Bảng 1.11. Hàm lượng BOD5 bổ sung Lbs trong nước kênh, hồ đô thị khu vực phía Bắc
Kênh, hồ đô thi
Kênh thoát nước đô thị với vận tốc dòng chảy

Hàm lươnq BODfí bổ sunq Lhr, mg/l
1 ,4 -2 ,0

V = 0,01 - 0,02 m/s

Hồ đô thị:
- Thời gian lưu nước từ 10 đến 20 ngày

2 ,5 -3 ,5

- Thời gian lưu nước từ 20 đến 40 ngày

3 ,0 -4 ,0

- Thời qian lưu nước trên 40 ngày

3 ,5 -4 ,5

Khi xả nước thải vào sông hồ các loại vi khuẩn gây bệnh cũng có xu thế bị giảm. Theo
Chick [34], số lượng vi khuẩn gây bệnh trong sông hồ giảm theo quy luật phản ứng bậc 1
như sau:
— = 10- ^
Na
trong đó :

( 1.21)

N a> N - số vi khuẩn gây bệnh ban đầu trong nước thải và sau thời gian lưu
lại trong sông hồ;

K - hằng số tốc độ diệt khuẩn, bằng 2 đối với coỉiỊorm và bằng 0,8 đối với
Salmonella.

1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP x ử LÝ NƯỚC THẢI
1.4.1. Mức độ xử lý nưốc thải
Mức độ xử lý nước thải được xác định dựa trên quy mô đối tượng thoát nước và các yêu
cẩu vệ sinh của nguồn tiếp nhận. Nước mặt có thể tiếp nhận nước thải dược chia thành hai loại:
nguồn nước mặt loại A với mục đích sử dụng cho cấp nước sinh hoạt và công nghiệp thực phẩm
và nguồn nước mặt loại B với việc sử dụng nước cho các mục đích khác. Nồng độ giới hạn cho
phép của các chất ô nhiễm trong các loại nguồn nước này được quy định theo tiêu chuẩn môi
trường TCVN 5942-1995 (phụ lục 3). Điều kiện cần khi xác định mức độ XT.NT cẩn thiết là để
nước thải khi xả có tính đến khả năng tự làm sạch của nguồn (tính theo 1.3.2) không được làm
cho nồng độ chất bấn tại điểm kiểm tra sử dựng nước vượt nồng độ giới hạn cho phép. Điều kiện
đủ, khống chế đối với nước thải khi xả vào nguồn nước mặt được quy định theo tiêu chuẩn thiết
k ế nước đổ thị 20TCN 51-84 hoạc tiêu chuẩn môi trường TCVN 5945-1995,