Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho các khu chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho các khu chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội" nhằm phân tích, đánh giá sự khác nhau cơ bản của công nghệ và công trình, trên cơ sở đó nêu ra được các ưu điểm và hạn chế của các công nghệ trên. Đề xuất cải tiến phương án, đưa ra các điều kiện áp dụng phù hợp các công nghệ và công trình trong xử lý nước thải sinh hoạt cho các chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho các khu chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐẶNG TRẦN KIÊN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ VÀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO CÁC KHU CHUNG CƯ CAO TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI Chuyên nghành : Công nghệ Môi trường Mã Số : 60.85.06 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS LỀU THỌ BÁCH HÀ NỘI, 2011
1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự quan tâm hướng dẫn, giúp đỡ của nhiều cá nhân, tập thể trong và ngoài trường. Trước hết, tôi xin được chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS.TS. Lều Thọ Bách đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình viết luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo khoa Môi trường - Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, các đồng nghiệp ở Công ty Cp Tư vấn Đầu tư Xây dựng và Môi trường Việt nam, đã cung cấp tài liệu cần thiết để hoàn thành bản luận văn. Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ quý báu này. Hà Nội, ngày 2 tháng 3 năm 2011 Học viên Đặng Trần Kiên
2 BẢNG CHÚ GIẢI CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD Biological Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 Nhu cầu oxy sinh hóa sau 05 ngày COD Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học SS Supended Solids - Chất rắn lơ lửng DO Lượng ôxy hòa tan trong nước TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia VSV Vi sinh vật XLNT Xử lý nước thải. KĐTM Khu đô thị mới JKS Công nghệ Johkasou – Công nghệ Xử lý nước thải tại nguồn của Nhật Bản RBC Rotating biological contactors – Tiếp xúc sinh học dạng trống quay
3 MỤC LỤC DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ..................................................................................... 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. 5 MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 6 Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. ..................................................................... 6 Mục đích nghiên cứu. ................................................................................................................... 6 Nội dung nghiên cứu. ................................................................................................................... 7 Các phương pháp nghiên cứu. ................................................................................................... 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT .......................... 8 1.1 Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt. ................................................................. 8 1.2 Hiện trạng xử lý nước thải sinh hoạt trên thế giới và ở Việt Nam. ........................... 16 1.3 Lý thuyết các quá trình xử lý nước thải sinh hoạt. ....................................................... 18 1.4 Các công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt điển hình. ........................... 23 CHƯƠNG 2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO CHUNG CƯ CAO TẦNG.. 35 2.1 Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cho các chung cư cao tầng hiện nay. ............ 35 2.1.1 Bể tự hoại và bể tự hoại cải tiến. ...................................................................... 35 2.1.2 Công nghệ Johkasou(JKS). .............................................................................. 36 2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý và thuyết minh quy trình công nghệ. ............... 37 2.2.1 Bể tự hoại và bể tự hoại cải tiến. ...................................................................... 37 2.2.2 Công nghệ Johkasou(JKS). .............................................................................. 43 2.3 Các vấn đề khi hoạt động vận hành ................................................................................. 45 2.3.1 Các trạm xử lý nước thải tập trung. .................................................................. 45 2.3.2 Bể tự hoại:........................................................................................................ 47 CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ VÀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CHO CHUNG CƯ CAO TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI ................................................................................................................. 50 3.1 Giới thiệu các công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt điển hình cho các chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội. ......................................................................... 50 3.1.1 Tổng quan chung về các khu đô thị trên địa bàn Hà Nội................................... 50 3.1.2 Giới thiệu một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt của các khu đô thị mới. 54 3.2 Đề xuất một số giải pháp công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho các chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội. ......................................................................... 67 3.2.1 Nguyên lý và cấu tạo........................................................................................ 67 3.2.2 Tính toán thiết kế ............................................................................................. 71 3.2.2 Tính toán chi phí. ............................................................................................. 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 78 PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 79
4 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1: Sự hình thành các loại nước thải trong các ngôi nhà và công trình công cộng .................................................................................................................................... 8 Hình 1.2 Biểu đồ đặc trưng dao động lưu lượng nước thải hộ gia đình ...................... 14 Hình 1.3 Biểu đồ dao động lưu lượng trung bình các dòng nước thải theo các ngày trong tuần 20 hộ gia đình đặc trưng ở Hà Nội............................................................ 15 Hình 1.4 Lượng nước thải từ các hoạt động khác nhau tại 20 hộ gia đình.................. 15 Hình 1.5 Tỉ lệ xử lý nước thải tập trung và phân tán ở Nhật Bản 2004. ..................... 17 Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại 2 ngăn và 3 ngăn. ................................................. 25 Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo giếng thấm............................................................................ 26 Hình 1.8 Hoạt động pha của mô hình unitank............................................................ 30 Hình 1.9 Các giai đoạn của bể Aeroten hoạt động gián đoạn ..................................... 32 Hình 2.1 Nguyên lý làm việc của bể tự hoại cải tiến BASTAF .................................. 35 Hình 2.2 Hệ thống JKS ban đầu chỉ xử lý nước thải đen ........................................... 36 Hình 2.3 Hệ thống vệ sinh phân tán với bể tự hoại và giếng thấm ............................. 42 Hình 2.4 Hệ thống vệ sinh phân tán với bể tự hoại và bãi lọc ngầm........................... 42 Hình 2.5 Hệ thống vệ sinh phân tán với bể tự hoại và bãi lọc ngầm trồng cây ........... 42 Hình 2.6 Hệ thống vệ sinh phân tán với bể tự hoại và hồ sinh lọc.............................. 43 Hình 2.7 Hệ thống JKS cải tiến xử lý nước thải đen và nước thải xám. .................... 43 Hình 2.8 Cấu trúc và chức năng thiết bị xử lý nước thải JKS..................................... 44 Hình 2.9 Hệ thống JKS cải tiến xử lý nước thải đen và nước thải xám ..................... 45 Hình 2.10 Kiểm tra chiều dày lớp váng và bùn cặn bằng thước gỗ ............................ 47 Hình 3.1 Bản đồ hành chính Hà nội........................................................................... 51 Hình 3.2 Phối cảnh KĐTM Quốc Oai – Hà Nội ........................................................ 55 Hình 3.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt KĐTM Quốc Oai .. 56 Hình 3.4 Phối cảnh khu đô thị mới Mỹ Đình II ......................................................... 57 Hình 3.5 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt KĐTM Mỹ Đình II 58 Hình 3.6 Sơ đồ dây chuyền công nghệ XLNT sinh hoạt KĐTM Văn Khê – Hà Đông63 Hình 3.7 Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt kết hợp trống quay ............................... 67 Hình 3.8 Cấu tạo ngăn phản ứng sinh học kết hợp trống quay ................................... 70 Hình 3.9 Giá thể vi sinh, diện tích bề mặt đạt 100m2/m3............................................ 70
5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tải lượng các chất ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt ......................... 9 Bảng 1.2 Thành phần đặc trưng trong nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý ................. 12 Bảng 1.3 Tiêu chuẩn cấp nước cho ăn uống sinh hoạt tính theo đầu người (lít/người.ngày) ......................................................................................................... 13 Bảng 2.1 Chất lượng nước thải sau bể tự hoại ở một số đô thị ở Việt Nam. ............... 38 Bảng 2.2 Các loại bể tự hoại, cấu tạo và điều kiện áp dụng ....................................... 40 Bảng 2.3 Một số sự cố thường gặp trong quá trình vận hành các trạm xử lý nước thải. .................................................................................................................................. 46 Bảng 2.4 Chu kỳ hút bùn cặn bể tự hoại theo dung tích bể ........................................ 48 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các khu đô thị mới của Hà nội mở rộng .............................. 53 Bảng 3.2 Tiêu chuẩn nước thải đầu vào và đầu ra của Hệ thống XLNT khu đô thị Văn Khê – Hà Đông – Hà Nội. ......................................................................................... 61 Bảng 3.3 Các hạng mục trong trạm XLNT sinh hoạt KĐTM Văn Khê – Hà Đông.... 64 Bảng 3.4 Chất lượng nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý sử dụng công nghệ RBC. .................................................................................................................................. 71
6 MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Trong điều kiện cơ sở hạ tầng nước ta chưa có đầy đủ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung cho các khu đô thị thì phương án xử lý nước thải sinh hoạt phân tán đang được nghiên cứu triển khai áp dụng cho các khu đô thị ở Việt Nam Đối với các công nghệ của nước ngoài áp dụng tại Việt Nam vì những đặc điểm khác với Việt Nam như nhiệt độ, độ ẩm không khí, thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt ... nên các thông số công nghệ, các điều kiện áp dụng ... trong những nghiên cứu của nước ngoài về công nghệ và công trình cần nghiên cứu điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Các công nghệ mới trong xử lý nước thải sinh hoạt cho các chung cư cao tầng của Việt Nam cũng đã được nghiên cứu và triển khai áp dụng nhiều trên địa bàn Hà Nội trong thời gian gần đây và cần có sự tổng kết, đánh giá, so sánh để đề xuất ra công nghệ và công trình hoàn thiện hơn. Hiện nay tốc độ phát triển các khu đô thị mới trên địa bàn Hà Nội rất nhanh, nhưng theo đó việc phát triển cở sở hạ tầng diễn ra chậm không đáp ứng được với tốc độ đô thị hóa. Việc xây dựng đồng bộ các hệ thống hạ tầng đô thị ở nước ta còn nhiều hạn chế, một trong số đó là vấn đề thoát nước và xử lý nước thải ở các khu chung cư cao tầng mới và cũ, cũng như nước thải sinh hoạt của các cụm dân cư, hậu quả là các con sông ở Hà Nội trở nên quá tải với lượng nước thải sinh hoạt không qua xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn, dẫn đến môi trường sống của người dân bị ô nhiễm. Phương án xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung cho toàn thành phố hoàn toàn chưa phù hợp với tình hình kinh tế cũng như hiện trạng hạ tầng cơ sở của các đô thị Việt Nam nói chung và của Hà Nội nói riêng. Chính vì vậy nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho các khu chung cư cao tầng trước khi thoát vào hệ thống sẽ giải quyết được một phần các vấn đề nêu trên. Mục đích nghiên cứu. Tìm hiểu các công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho chung cư cao tầng đã và đang sử dụng phổ biến. Phân tích, đánh giá sự khác nhau cơ bản của công nghệ và công trình. Trên cơ sở đó nêu ra được các ưu điểm và hạn chế của các công nghệ trên. Đề xuất cải tiến phương án, đưa ra các điều kiện áp dụng phù hợp các công nghệ và công trình trong xử lý nước thải sinh hoạt cho các chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội.
7 Góp phần cải tạo điều kiện môi trường sống của các khu dân cư đô thị thông qua việc đề xuất cải tạo hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho các chung cư cao tầng. Nội dung nghiên cứu. 1. Nghiên cứu thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt. 2. Nghiên cứu các công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt điển hình đã và đang được áp dụng trên thế giới và Việt Nam. 3. Thu thập thông tin về công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho một số các chung cư cao tầng điển hình trên địa bàn Hà Nội. 4. Thu thập thông tin về tình hình phát triển các khu đô thị và kế hoạch xây dựng các công trình xử lý nước thải sinh hoạt tập trung trên địa bàn Hà nội. 5. Đánh giá hiện trạng xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn Hà Nội. 6. Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ và công trình xử lý nước thải sinh hoạt cho các khu chung cư cao tầng trên địa bàn Hà Nội. Các phương pháp nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu cơ sở lý thuyết: nghiên cứu tính chất đặc thù của nước thải sinh hoạt. Nghiên cứu các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt đang được áp dụng. Phương pháp thu thập thông tin, số liệu: Thu thập thông tin về họat động xử lý nước thải sinh hoạt của các chung cư cao tầng điển hình trên địa bàn Hà Nội hiện nay. Phương pháp đánh giá phân tích: Đánh giá những ưu điểm và nhược điểm của các công nghệ điển hình đang được áp dụng hiện nay, phân tích các vấn đề trong quá trình vận hành các trạm xử lý nước thải sinh hoạt của các chung cư cao tầng. Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Tham khảo, học hỏi những ý kiến của các chuyên gia trong Bộ môn Công nghệ và quản lý môi trường, trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
8 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1 Thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt. 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 trường học, nhà ăn, chợ,… cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. Để tiện cho việc lựa chọn phương pháp dây chuyền công nghệ và tính toán các công trình xử lí nước thải, nước thải sinh hoạt được phân loại theo các dấu hiệu sau: a. Theo nguồn gốc hình thành: Trong các hộ gia đình có thể có các loại nước thải sau đây: Nguồn nước thải từ các ngôi nhà Nước thải phân Nước tiểu Nước tắm, Nước thải nhà Các loại nước giặt, rửa bếp thải khác Hình 1. 1: Sự hình thành các loại nước thải trong các ngôi nhà và công trình công cộng Các loại nước thải được hình thành theo sơ đồ trên 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 rửa 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 còn được gọi là “nước đen”. Trong nước thải tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh và dễ gây mùi hôi thối. Hàm lượng các chất hữu cơ (BOD) và các chất dinh dưỡng như nito, photpho cao. Các loại nước thải này thường gây nguy hại đến sức khỏe và dễ làm bẩn nguồn nước mặt. Nước thải nhà bếp chứa dầu mỡ và phế 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
9 khác (nito và photpho). Các chất bẩn trong nước thải này dễ tạo khí sinh học và dễ sử dụng làm phân bón. Phần lớn các chất ô nhiễm của nước thải sinh hoạt đều chứa trong nước đen: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và căn lơ lửng. Trong dòng nước đen từ các khu vệ sinh lượng cặn thải ra theo đầu người thường dao động trong khoảng 100-400g trọng lượng ướt/người.ngày, tùy theo tập quán sinh hoạt và chế độ dinh dưỡng. Bên cạnh đó, trung bình, mỗi người lớn mỗi ngày thải ra 1-1,3kg nước tiểu tùy theo lượng nước sử dụng cho ăn uống và điều kiện thời tiết. Tải lượng các chất ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt được nếu trong bảng dưới đây: Bảng 1. 1 Tải lượng các chất ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Chất lơ lửng(SS) g/người.ngày Từ 60 ÷ 65 SS trong phân và nước tiểu g/người.ngày Từ 20 ÷ 25 BOD5 của nước thải chưa lắng g/người.ngày Từ 50 ÷ 65 BOD5 của nước thải đã lắng g/người.ngày Từ 30 ÷ 35 Lượng nước đen từ khu vệ sinh: - Ngăn xí dội nước lít/người.ngày Từ 5 ÷ 15 - Xí bệt, bồn tiết kiệm nước lít/người.ngày Từ 15 ÷ 30 - Xí bệt, loại bồn thường lít/người.ngày Từ 30 ÷ 60 Lượng nước đen từ nhà bếp lít/người.ngày Từ 5 ÷ 35 Phân người: - Khối lượng (ướt) kg/người.ngày Từ 0,1 ÷ 0,4 - Khối lượng (khô) g/người.ngày Từ 30 ÷ 60 - Độ ẩm % Từ 70 ÷ 85 - Thành phần: + Chất hữu cơ % trọng lượng khô Từ 88 ÷ 97 + BOD5 g/người.ngày Từ 15 ÷ 18 + Nitơ (N) % trọng lượng khô Từ 5,0 ÷ 7,0
10 Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị + Phốt pho (P2O5) % trọng lượng khô Từ 3,0 ÷ 5,4 + Kali (K2O) % trọng lượng khô Từ 1,0 ÷ 2,5 + Cácbon (C) % trọng lượng khô Từ 44 ÷ 55 + Canxi (CaO) % trọng lượng khô 4,5 + Tỷ lệ C:N Từ 6 ÷ 10 Nước tiểu: - Khối lượng (ướt) kg/người.ngày Từ 1,0 ÷ 1,31 - Khối lượng (khô) g/người.ngày Từ 50 ÷ 70 - Độ ẩm % Từ 93 ÷ 96 - Thành phần: + Chất hữu cơ % trọng lượng khô Từ 65 ÷ 85 + BOD5 g/người.ngày 10 + Nitơ (N) % trọng lượng khô Từ 15 ÷ 19 + Phốt pho (P2O5) % trọng lượng khô Từ 2,5 ÷ 5,0 + Kali (K2O) % trọng lượng khô Từ 3,0 ÷ 4,5 + Cácbon (C) % trọng lượng khô Từ 11 ÷ 17 + Canxi (CaO) % trọng lượng khô Từ 4,5 ÷ 6,0 + Tỷ lệ C:N - 1 (Theo Gotaas, 1956,Feachem và nnc,1983, có bổ sung) b. Theo đối tượng thoát nước: Người ta phân ra hai nhóm nước thải: Nhóm nước thải các hộ gia đình khu dân cư. Nhóm nước thải các công trình công cộng, dịch vụ như nước thải từ các chợ, nước thải trường học, nước thải nhà ăn…. Mỗi nhóm, mỗi loại nước thải có lưu lượng chế thải nước và thành phần tính chất đặc trưng riêng.
11 c. Theo đặc điểm hệ thống thoát nước, sẽ hình thành nên 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 lý theo tuyến cống riêng. Nước thải từ 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 một 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 cung với nước xám xả vào 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 diểm hệ thống thoát nươc của khu dân cư và các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội khác của khu dân cư. Thành phần và tính chất nước 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 nguôn 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 chất hòa tan. 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) như: mảnh gỗ, nhựa, gạc bông.giẻ rách, giấy, vỏ hoa quả, cát, sỏi, mảnh đựng thủy tinh, kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng….. - Các chất hữu cơ (chủ yếu là các chất có thể bị phân hủy sinh học) . Trong nước thải sinh hoạt các chất hữu cơ chủ yếu là cacbonhydrat (CHO) như là đường, xenlulozo; các chất và dầu mỡ (CHNO) như là axit béo dễ bay hơi; các chất đạm (CHOSP) như là axit amin, amoni và ure (CHON ) m . - Các chất dinh dưỡng (các hợp chất nito và photpho). Trong nước thải sinh hoạt nito tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%). Nguồn nito chủ yếu là từ nước tiểu. Hàm lường P và S nhỏ. Photpho tồn tại dưới dạng photpho hoạt tính – orthophotphat (60%) và photpho hữu cơ (40%) - Các vi sinh vật gây bệnh, trứng giun sáng…. Có nguôn 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 chi tiêu tổng số vi khuẩn dạng coli (total coliform) để đánh giá tình trạng vệ sinh của nước.Trong nước thải sinh hoạt, vi khuẩn coli có nguồn gốc từ các hoạt động và chất thải của con người
12 là Fecal Coliform (FC). Số FC trong nước thải sinh hoạt có thể từ 10 5 đến 10 8 / 100ml. Ngoài coliform, người ta còn dùng một số loại vi rút, thực khuẩn thể, động vật nguyên sinh ….để đánh giá chất lượng vệ sinh của nguồn nước và nước thải. Bảng 1. 2 Thành phần đặc trưng trong nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý Nồng độ Các chi tiêu Đơn vị Nhẹ Trung bình Nặng pH 6,5 7,5 8,5 BOD5 mg/l 100 200 300 COD mg/l 250 500 1000 Chất rắn lơ lửng mg/l 100 200 350 Chất rắn lắng mg/l 5 10 20 Tổng chất rắn hòa tan mg/l 200 500 1000 N – Tổng mg/l 20 40 80 P – Tổng mg/l 5 10 20 TOC mg/l 75 50 300 Độ kiềm mg/l 50 100 200 Cl- mg/l 30 50 100 Tổng coliform mg/l 108 – 1010*** Chất béo mg/l 50 100 150 Ghi chú: *** Số coliform/ 100ml Nguồn: Mackenzio L. Davis, Susan J. Macten – Principles of Evironmental engineering and Science. Lượng nước thải sinh hoạt là lượng nước đã tiêu dùng từ hệ thống cung cấp nước trừ đi nước đã sử dụng cho việc nấu ăn, uống, tưới cây cỏ và làm vườn. Phân và các sản phẩm thải khác thêm vào lượng nước thải chỉ chiếm 1,4kg mỗi người trên mỗi ngày. Người ta ước tính rằng lượng nước thải sinh hoạt chiếm xấp xỉ khoảng 80% lượng nước tiêu thụ. Bởi sự tiêu thụ nước phụ thuộc chủ yếu vào mức sống và các tập quán, nên lượng nước thải tăng lên theo sự tăng của mức sống. Dưới đây là bảng tiêu chuẩn cấp nước cho ăn uống và sinh hoạt tính theo đầu người(lít/người/ngày).
13 Bảng 1. 3 Tiêu chuẩn cấp nước cho ăn uống sinh hoạt tính theo đầu người (lít/người.ngày) Giai đoạn STT Đối tượng dùng nước 2010 2020 Đô thị lại đặc biệt, đô thị loại I, khu du lịch, nghỉ mát - Tiêu chuẩn cấp nước(l/người.ngày): + + Nội đô 165 200 I. + Ngoại vi 120 150 - Tỷ lệ dân số được cấp nước (%) + Nội đô 85 99 + Ngoại vi 80 95 Đô thị loại II, Đô thị loại III - Tiêu chuẩn cấp nước(l/người.ngày): + Nội đô 120 150 II. + Ngoại vi 80 100 - Tỷ lệ dân số được cấp nước (%) + Nội đô 85 99 + Ngoại vi 75 90 Đô thị loại IV, đô thị loại V; điểm dân cư nông thôn III. - Tiêu chuẩn cấp nước(l/người.ngày): 60 100 - Tỷ lệ dân số được cấp nước (%) 75 90 (Nguồn: Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 33 – 2006, Bộ xây dựng). Lượng nước thải thải ra biến đổi theo hàng giờ, hàng ngày và hàng năm. Ở các thành phố lớn hơn thì lượng và thành phần nước thải đồng nhất hơn. Việc sử dụng đồng thời các thiết bị vệ sinh làm tăng giá trị của lưu lượng lớn nhất. Ngược lại, sự chậm trễ của dòng chảy trong hệ thống thoát nước trong công trình làm giảm giá trị này. Hình 1.2 biểu diễn quy luật dao động lưu lượng nước thải trong ngày của hộ gia đình là một đường khúc có 2 đỉnh cao nhất ứng với thời điểm 7h – 10h sáng và 5h – 9h tối. Cần lưu ý rằng khi thiết kế các công trình và thiết bị của hệ thống thoát nước trong công trình, lựa chọn đường kính ống, van khóa,v..v..., để đảm bảo khả năng tiêu thoát nước tức thời, phải tính toán theo đương lượng đơn vị và hệ số hoạt động đồng thời của các thiết bị vệ sinh trên đoạn ống đó.
14 Hình 1. 2 Biểu đồ đặc trưng dao động lưu lượng nước thải hộ gia đình theo các giờ trong ngày (Nguồn: Loudon T. và sộng sự, 2005. có bổ sung). Lưu lượng dòng nước thải cũng dao động mạnh theo các ngày. Đối với các hộ gia đình ở thành phố, biểu đồ dao động lưu lượng nước thải theo tuần có đỉnh cao nhất vào ngày nghỉ, khi thời gian ở nhà của các thành viên gia đình lớn hơn so với các ngày làm việc trong tuần (hình 1.3). Đối với hộ gia đình ở nông thôn và ngoại thành, sự thay đổi lưu lượng giữa các ngày trong tuần không rõ rệt như vậy. Bên cạnh đó, sự dao động giữa các giờ trong ngày cũng khác so với các hộ gia đình ở thành phố. Lưu lượng nước sử dụng ở các hộ gia đình ở ngoại thành và nông thôn thường cao nhất vào buổi sáng, ứng với thời gian nấu ăn bữa sáng (bữa chính ) và chuẩn bị thức ăn cho vật nuôi, trong khi lượng nước chủ yếu sử dụng ở các hộ gia đình thành phố tập trung vào buổi chiều tối, cho các mục đích nấu ăn, tắm rửa, giặt giũ,... khi đa số thành viên gia đình thường có mặt ở nhà. Hình 1.4 giới thiệu kết quả nghiên cứu của nhóm nghiên cứu Quản lý nước thải phân tán (DESA), Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA), trường Đại học Xây dựng (2006) về lượng nước thải trung bình từ các hoạt động khác nhau trong 20 hộ gia đình đặc trưng ở Hà Nội.
15 Hình 1. 3 Biểu đồ dao động lưu lượng trung bình các dòng nước thải theo các ngày trong tuần 20 hộ gia đình đặc trưng ở Hà Nội (Nguồn: Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA), 2006) Hình 1. 4 Lượng nước thải từ các hoạt động khác nhau tại 20 hộ gia đình đặc trưng ở Hà Nội. (Nguồn: Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA),2006) Cũng như dòng nước thải từ hộ gia đình, dòng nước thải từ các công trình khác cũng có sự dao động lớn theo thời gian, tùy thuộc vào đặc tính của các thiết bị vệ sinh cũng như loại hình phục vụ và quy mô của công trình (số giờ làm việc, số người có trong ngôi nhà và tỷ lệ sử dụng các thiết bị vệ sinh,v.v...)
16 1.2 Hiện trạng xử lý nước thải sinh hoạt trên thế giới và ở Việt Nam. Trên thế giới cũng như ở Việt nam tùy thuộc vào đặc điểm về kỹ thuật, kinh tế và các chính sách khác nhau mà mỗi nước có những mô hình áp dụng khác nhau trong vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt. Đối với nước thải sinh hoạt khu dân cư, dạng thoát nước có thể là tập trung hoặc phân tán. Dạng xử lý tập trung + Ưu điểm: Đảm bảo cho môi trường có độ an toàn cao, ít bị ô nhiễm. Xử lý nước thải tập trung dễ kiểm soát và quản lý. + Nhược điểm: Việc đầu tư thoát nước thải tập trung rất tồn kém do việc xây dựng tuyến cống chính lớn, dài và sâu, số lượng trạm bơm chuyển tiếp nhiều....Mặt khác khi khu dân cư phát triển không đồng bộ theo không gian và thời gian, việc xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung và tuyến cống chính không phù hợp. Đầu tư kinh phí lớn ngay từ ban đầu cho công trình này rất khó khăn. Dạng xử lý phân tán: Trong các khu dân cư,do khó khăn và không kinh tế trong việc xây dựng các tuyến cống thoát nước quá dài khi địa hình bằng phẳng và mực nước ngầm cao, người ta thường qui hoạch thoát nước thải thành hệ thống phân tán theo các lưu vực sông, hồ. Do đặc diểm địa hình và sự hình thành các kênh hồ trong khu dân cư 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 đối với đa số các khu dân cư nước ta. Các trạm XLNT phân tán thường là loại có qui mô nhỏ và có công suất từ 200 dến 10000m3/ngày (tương đương với dân số từ 100 người đến 10000 người). + Ưu điểm: Xây dựng trạm XLNT cho các khu dân cư nhỏ, lưu vực độc lập của khu dân cư, công trình công cộng, dịch vụ,.... qui mô công suất từ 50 đến 500 m3/ngày sẽ tận dụng được các điều kiện tự nhiên cũng như khả năng tự làm sạch của sông, kênh, hô để phân hủy chất bẩn. Mặc khác việc xây dựng này cũng phù hợp với khả năng đầu tư và sự phát triển của khu dân cư. Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép được 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 yêu cầu không cao do tận dụng được khả năng tự làm sạch của các sông hồ. Tổng giá thành cho hệ thống thoát nước thải phân tán giảm xuống do không phải xây dựng các tuyến
17 cống thoát nước thải tập trung. Các công trình của trạm XLNT phân tán thường được bố trí hợp khối, dễ vận hành và quản lý. + Nhược điểm chính của hệ thống thoát nước thải phân tán là dễ làm mất cảnh quan do việc xây dựng trạm XLNT bên trong khu dân cư. Nếu thi công vận hành trạm xử lý không đúng kỹ thuật, nước thải gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến môi trường khu dân cư và đô thị xung quanh. Mặc khác do hàm lượng N và P trong nước thải sau xử lý còn cao, trong điều kiện quang hợp tốt, các sông hồ tiếp nhận nước thải có thể bị phú dưỡng. Các trạm XLNT phân tán có qui mô , mức độ và công nghệ xử lý khác nhau. Việc kiểm soát, quan lý vận hành chúng rất phức tạp. Tìm kiếm đất đai cho việc xây dựng trạm trong nội thành thường khó khăn. Tỷ lệ xử lý phân tán và tập trung ví dụ tại Nhật Bản Hình 1. 5 Tỉ lệ xử lý nước thải tập trung và phân tán ở Nhật Bản 2004. Nguồn: HOKKAIDO UNIVERSITY
18 1.3 Lý thuyết các quá trình xử lý nước thải sinh hoạt. 1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học Phương pháp xử lý cơ học dùng để tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. a. Song chắn rác, lưới lọc: Song chắn rác, lưới lọc dùng để giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như giấy, rau cỏ, rác… được gọi chung là rác. Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy cặn. Trong những năm gần đây, người ta sử dụng rất phổ biến loại song chắn rác liên hợp vừa chắn giữ vừa nghiền rác đối với những trạm công suất xử lý vừa và nhỏ. b. Bể lắng cát: Bể lắng cát tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn (như xỉ than, cát…). Chúng không có lợi đối với các quá trình làm trong, xử lý sinh hoá nước thải và xử lý cặn bã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ trên trạm xử lý. Cát từ bể lắng cát đưa đi phơi khô ở trên sân phơi và sau đó thường được sử dụng lại cho những mục đích xây dựng. c. Bể lắng: Bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng của nước thải. Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng nhẹ sẽ nổi lên bề mặt. Cặn lắng và bọt nổi nhờ các thiết bị cơ học thu gom và vận chuyển lên công trình xử lý cặn. d. Bể vớt dầu mỡ: Bể vớt dầu mỡ thường áp dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ (nước thải công nghiệp). Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ thường thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt nổi. e. Bể lọc:
19 Bể lọc có tác dụng tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho 1 số loại nước thải công nghiệp. Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các tạp chất không hòa tan và 20% BOD. Hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 30-35% theo BOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ sinh học. Nếu điều kiện vệ sinh cho phép, thì sau khi xử lý cơ học nước thải được khử trùng và xả vào nguồn, nhưng thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho qua xử lý sinh học. 1.3.2 Phương pháp xử lý hóa học. Thực chất của phương pháp xử lý hoá học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học và tạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất hòa tan nhưng không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường. Theo giai đoạn và mức độ xử lý, phương pháp hóa học sẽ có tác động tăng cường quá trình xử lý cơ học hoặc sinh học. Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hóa - khử, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân hủy chất độc hại. Phương pháp xử lý hóa học thường được áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp. Tùy thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hoá học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải. Phương pháp trung hòa: Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa các axit vô cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH=6.5 – 8.5. Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: trộn lẫn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với nhau, hoặc bổ sung thêm các tác nhân hóa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hoà, hấp phụ khí chứa axit bằng nước thải chứa kiềm… b. Phương pháp keo tụ (đông tụ keo):