Báo cáo tốt nghiệp: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa công suất 100 m3 ngày đêm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM SỬA CHỮA TOA TÀU LỬA CÔNG SUẤT 100M3 NGÀY/ĐÊM

Sinh viên thực hiện

: Huỳnh Văn Hưng

: D17MTKT : 2017-2021 : Khoa Học Môi Trường

Lớp Khoá Ngành Giảng viên hướng dẫn : TS. Đào Minh Trung

Bình Dương, tháng 12/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM SỬA CHỮA TOA TÀU LỬA CÔNG SUẤT 100M3 NGÀY/ĐÊM

Sinh viên thực hiện MSSV: 1724403010015 Lớp D17MTKT

Giảng viên hướng dẫn (Ký tên)

(Ký tên)

TS. ĐÀO MINH TRUNG

HUỲNH VĂN HƯNG

Bình Dương, tháng 12/2020

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải toa tàu lửa công suất 100 m3” là một công trình nghiên cứu độc lập, không có sự sao chép của người khác. Đề tài là một sản phẩm mà em đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường. Trong quá trình viết bài có sự tham khảo một số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, dưới sự hướng dẫn của Thầy Đào Minh Trung. Em xin cam đoan nếu có vấn đề gì em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Bình Dương, ngày 20 tháng 11 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Văn Hưng

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học vừa qua, em đã được các thầy cô trong khoa môi trường tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu, bài báo cáo tốt nghiệp này là dịp để em tổng hợp lại những kiến thức đã học, đồng thời rút ra kinh nghiệm cho bản thân.

Để hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn giảng viên TS. Đào Minh Trung đã tận tình hướng dẫn, cung cấp cho em những kiến thức quý báu, những kinh nghiệm trong quá trình hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này.

Em cũng xin cảm ơn gia đình, cha mẹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cả

vật chất và tinh thần giúp em hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này.

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Môi Trường đã giảng dạy, chỉ

dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt thời gian vừa qua.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG .................................................................................... vi

DANH MỤC HÌNH .................................................................................... vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... viii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ........................................................................... 1

1.1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ............................................................ 2

1.2. MỤC ĐÍCH ........................................................................................ 2

1.3. ĐỐI TƯỢNG ...................................................................................... 2

1.4. NỘI DUNG THỰC HIỆN .................................................................. 3

1.5. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN .......................................................... 3

1.5.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu .......................... 3

1.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ............................................... 3

1.5.3. Phương pháp so sánh ................................................................... 4

1.5.4. Phương pháp phân tích ................................................................ 4

1.6. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ............................................................................. 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .......................... 5

2.1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .................................... 5

2.1.1. Các phương pháp xử lý cơ học (vật lý) ........................................ 5

2.1.1.1. Song chắn rác ....................................................................... 5

2.1.1.2 Điều hòa lưu lượng ............................................................... 5

2.1.1.3 Lắng ....................................................................................... 6

2.1.1.4. Lọc ........................................................................................ 7

2.1.2. Phương pháp xử lý hóa lý ........................................................ 8

2.1.2.1. Keo tụ ................................................................................... 8

2.1.2.2. Tuyển nổi .............................................................................. 9

2.1.2.3. Hấp phụ ................................................................................ 9

2.1.2.4. Trao đổi ion ........................................................................ 10

2.1.3. Phương pháp xử lý hóa học ....................................................... 11

2.1.3.1. Trung hòa .......................................................................... 11

2.1.3.2. Kết tủa ................................................................................ 11

2.1.3.3. Oxy hóa - khử ..................................................................... 12

iii

2.1.4. Phương pháp xử lí sinh học ....................................................... 12

2.1.4.1. SBR (sequencing batch reactor) .......................................... 12

2.1.4.2. Aerotank ............................................................................. 14

2.1.4.3. Lọc sinh học ........................................................................ 15

2.1.4.4. Hồ sinh học hiếu khí ........................................................... 17

2.1.4.5. Phương pháp sinh học kỵ khí .............................................. 18

2.1.5. Các công trình sinh học kỵ khí ................................................... 19

2.1.5.1. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor) ............. 19

2.1.5.2. CSTR (continuously stirred tank reactor) ............................ 20

2.1.5.3. PFR (plug flow reactor) ...................................................... 21

2.1.5.4. AFR (anaerobic filter reactor) ............................................ 21

2.1.5.5. FBR (fluidized bed reactor) ................................................ 22

2.1.6. Phương pháp sinh học thiếu khí ................................................. 22

2.1.6.1. Bể anoxic ............................................................................ 22

2.1.7. Giới thiệu về nước thải sinh hoạt ........................................... 24

2.2. TỔNG QUAN VỀ TRẠM SỬA CHỮA TOA TÀU LỬA ................ 24

2.2.1. Tổng quan về hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt của trạm sửa chữa Toa tàu lửa .......................................................................................... 24

2.2.1.1. Chức năng của hệ thống ...................................................... 24

2.2.1.2. Nhiệm vụ của hệ thống ....................................................... 25

2.2.1.3. Nguồn gốc và thành phần tính chất nước thải ...................... 25

2.2.1.4. Ảnh hưởng của nước thải trạm xử lí toa tàu lửa đến môi trường và con người ........................................................................ 28

2.3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM SỬA CHỮA TOA TÀU LỬA VIỆT NAM ........................................................................... 30

2.3.1. Phương án 1 ............................................................................... 30

2.3.2. Phương án 2 ............................................................................... 33

2.3.3. Lựa chọn công nghệ tối ưu ........................................................ 35

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI TOA TÀU LỬA CÔNG SUẤT 100M3 .............................................................................................. 39

3.1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN ........................................................................ 39

3.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ................................... 39

3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC ĐƠN VỊ CÔNG TRÌNH .................. 40

3.3.1. Hố thu gom ................................................................................ 40

3.3.2. Bể tách dầu mỡ .......................................................................... 42

3.3.3. Bể điều hòa ................................................................................ 43

3.3.4. Bể Aerotank ............................................................................... 44

3.3.5. Bể lắng ...................................................................................... 51

3.3.6. Bể khử trùng .............................................................................. 54

3.3.7. Bể nén bùn ................................................................................. 56

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ........................................................................... 58

4.1. KẾT LUẬN ...................................................................................... 58

4.2. KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 59

4.3. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HẠN CHẾ ............................................ 59

4.3.1. Những khó khăn còn tồn tại trong hai hệ thống xử lí nước thải .. 59

4.3.2. Biện pháp khắc phục .................................................................. 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 60

PHỤ LỤC BẢN VẼ CHI TIẾT ................................................................... 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Ưu nhược điểm của mương oxy hóa ............................................ 12

Bảng 2.2. Ưu nhược điểm của lọc sinh học ................................................. 16

Bảng 2.3. Bảng phân loại hồ sinh học hiếu khí ............................................ 17

Bảng 2.4. Bảng mức độ xử lý nước thải ...................................................... 23

Bảng 2.5. thành phần ô nhiễn theo lý thuyết ............................................... 26

Bảng 2.6. Bảng thành phần ô nhiễm thực tế ................................................ 28

Bảng 2.7. Hiệu suất của Phương án 1 .......................................................... 35

Bảng 2.8. Hiệu suất của Phương án 2 .......................................................... 37

Bảng 2.9. So sánh ưu nhược điểm của 2 phương án .................................... 38

Bảng 3.1. Hệ số không điều hòa cung K0 ..................................................... 40

Bảng 3.2. Thông số thiết kế bể thu gom ...................................................... 41

Bảng 3.3. Thông số thiết kế bể tách dầu mỡ ................................................ 42

Bảng 3.4. Bảng thông số thiết kế bể điều hòa .............................................. 43

Bảng 3.5. Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aerotank ................................... 50

Bảng 3.6. Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng ........................................... 54

Bảng 3.7. Tóm tắt các thông số thiết kế bể khử trùng .................................. 55

Bảng 3.8. Tóm tắt các thông số thiết kế bể nén bùn ..................................... 57

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp tuyển nổi .................................................. 9

Hình 2.2. Sơ đồ phân loại các cách trung hòa .............................................. 11

Hình 2.3. Các bước hoạt động của bể SBR .................................................. 13

Hình 2.4. Sơ đồ một số công trình sinh học kỵ khí ...................................... 19

Hình 2.5. Thành phần ô nhiễm chung .......................................................... 26

Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ phương án 1 ..................................................... 30

vii

Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ phương án 2 ...................................................... 33

ISO DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế

ĐTM Đánh giá tác động môi trường

QCNV Quy chuẩn Việt Nam

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa

COD Nhu cầu oxy hóa học

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

TDS Tổng chất rắn hòa tan

Nitơ N2

P Photpho

ĐTV Động thực vật

pH Độ hoạt động của các ion H+

EQP Equalization Pump

MXP Mixing Pump

viii

INP Influent Pum

TÓM TẮT

Môi trường là một trong những vấn đề được Trạm Toa Tàu lửa quan tâm hàng đầu với tiêu chí bảo vệ môi trường và sức khỏe người lao động và hành khách. Tuân thủ Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam, Trạm Toa tàu lửa thực hiện Báo cáo kết quả quan trắc môi trường 6 tháng cuối năm 2019. Kết quả báo cáo để Cơ quan quản lý Nhà nước về bảo vệ môi trường đánh giá hiện trạng ô nhiễm và công tác bảo vệ môi trường của Xí Nghiệp Toa Xe Sài Gòn trong điều kiện hoạt động bình thường. Ngoài ra, Báo cáo giúp Xí Nghiệp Toa Xe biết rõ hơn hiện trạng môi trường của mình, từ đó đề ra các biện pháp ngăn ngừa, khống chế và cải thiện ô nhiễm cần thiết nhằm đạt các tiêu chuẩn môi trường theo quy định, đồng thời cải thiện môi trường làm việc cho nhân viên.

Với mong muốn được tiếp xúc và học hỏi kinh nghiệm thực tế về hệ thống cũng như các kĩ sư trong lĩnh vực xây dựng và vận hành bảo trì hệ thống xử lí nước thải nên đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa công suất 100m3” được đề xuất và thực hiện, nhằm tìm ra phương pháp xử lí tối ưu cũng như tiết kiệm chi phí nhất trong quá trình vận hành.

Trong đề tài này, tôi xác định đặc tính thành phần, lưu lượng,tính chất nước thải và nêu ra các phương pháp xử lý phù hợp và sau đó lựa chọn phương án xử lý; kế tiếp là áp dụng các công thức để tính toán, thiết kế các bể xử lý và cuối cùng là sử dụng phần mền Autocarrd vẽ chi tiết các bể công trình trong xử lí nước thải. Trong quá trình xem xét, tôi thấy phương án 1 có nhiều ưu điểm cũng như khả thi trong quá trình thi công xây dựng nên lựa chọn phương án 1 làm phương pháp xử lý cho hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa công suất 100 m3 ngày/ đêm.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Đất nước ta đang trong quá trình hội nhập kinh tế quốc tế, việc đẩy mạnh chính sách công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đã mang lại một bộ mặt hoàn toàn mới cho quốc gia. Với sự đầu tư bài bản hạ tầng các khu công nghiệp cùng với sự xuất hiện ngày càng nhiều của các nhà máy xí nghiệp với quy mô lớn. Tất cả những sự thay đổi này đều hứa hẹn sẽ mang đến những lợi ích to lớn cho nền kinh tế cũng như giải quyết được các vấn đề xã hội có liên quan.

Tuy nhiên, trong quá trình đẩy mạnh sản xuất thì cũng nãy sinh các vấn đề môi trường có liên quan, ảnh hưởng đến con người và những sinh vật xung quanh. Việc nước thải chưa qua xử lý xả thải trực tiếp ra môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến con người và môi trường xung quanh.

1.2. MỤC ĐÍCH

 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Xí nghiệp tao tàu lửa công suất

100m3/ngày đêm.

 Nước thải đầu ra của trạm XLNT đạt QVCN 14: 2015 BTNMT (Cột B).

1.3. ĐỐI TƯỢNG

- Hệ thống xử lý nước thải toa tàu lửa.

1.4. NỘI DUNG THỰC HIỆN

 Tổng quan về nưởc thải sinh hoạt cũng như các phương pháp xử lý.

 Xác định đặc tính nước thải: lưu lượng, thành phần, tính chất, nguồn xả

thải.

 Đưa ra các phương án xử lý và lựa chọn phương án xử lý hiệu quả nhất để

thiết kế hệ thống xử lý nước thải.

 Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo sơ đồ công nghệ

đã đề xuất chi tiết.

 Vẽ các công trình đơn vị hoàn chỉnh.

 Vẽ mặt cắt sơ đồ công nghệ (bao gồm cao độ công trình).

 Vẽ mặt bằng tổng thể trạm.

1.5. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

1.5.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu

 Kế thừa thông tin, tài liệu đã có liên quan đến các vấn đề trong bài báo

cáo này.

 Tài liệu này chủ yếu bao gồm:

 Sử dụng các nguồn số liệu, thông tin từ các bộ phận chuyên trách trong công ty có liên quan đến đề tài nhằm rút ngắn thời gian và kế thừa kết quả trước đó.

- Tìm hiểu những công nghệ xử lí nước thải sinh hoạt trong các tài liệu

1.5.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Tìm hiểu những cách tính toán thiết kế cho hệ thống xử lí nước thải sinh

chuyên ngành.

- Tìm hiểu những quy chuẩn, tiêu chuẩn có liên quan đến hệ thống xử lí

hoạt.

nước thải sinh hoạt.

1.5.3. Phương pháp so sánh

So sánh ưu điểm và nhược điểm của công nghệ xử lí hiện có và công nghệ

xử lí đề xuất. Từ đó chọn ra công nghệ xử lí tốt nhất.

1.5.4. Phương pháp phân tích

Phân tích các số liệu về đầu vào của nguồn nước thải từ đó tìm ra các công nghệ xử lí. Sau đó từ các phương pháp đã chọn ta tiến hành phân tích và tìm ra phương pháp có hiệu suất xử lí cao nhất.

1.6. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

 Xây dựng trạm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường, giải quyết

vần đề ô nhiễm môi trường do nước thải Trạm xử lí toa tàu lửa.

 Góp phần nâng cao ý thức về môi trường cho nhân viên cũng như ban

quản lý toa tàu lửa.

 Khi trạm xử lý hoàn thành và đi vào hoạt động sẽ là nơi để các doanh

nghiệp, sinh viên tham quan, học tập.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

2.1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Theo bản chất của các phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng thành các phương pháp cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học. Một hệ thống xử lý hoàn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên. Tuy nhiên, tùy theo tính chất nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta có thể cắt bớt một số công đoạn. Theo mức độ xử lý, người ta có thể chia làm tiền xử lý (xử lý sơ bộ), xử lý sơ cấp, xử lý thứ cấp, xử lý cao cấp hay còn gọi là xử lý cấp ba.

2.1.1. Các phương pháp xử lý cơ học (vật lý)

2.1.1.1. Song chắn rác

Trong hầu hết các công trình xử lý nước thải bằng biện pháp xử lý cơ học đều có song chắn rác (bar-rack/screen). Song chắn rác dùng để giữ lại các rác thô có trong nước thải (giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ) để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo vì các loại rác này có thể làm tắt nghẽn đường dẫn nước hoặc làm hư hỏng máy bơm.

Song chắc rác là hạng mục công trình đầu tiên trong hệ thống xử lý nước cấp hoặc nước thải, được đặt ở những kênh dẫn nước trước khi đưa vào trạm xử lý, với góc nghiêng 45 hoặc 60° (thông thường là 60°) so với mặt phẳng ngang để tiện lợi khi vớt rác và hạn chế tổn thất áp lực của dòng chảy. Song chắn rác được cấu tạo bởi một hay nhiều lớp thanh đan xen kẽ với nhau (còn gọi là mắc song).

Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa

các thanh kim loại của song chắn rác.[1]

2.1.1.2 Điều hòa lưu lượng

Điều hòa lưu lượng được dùng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi. Khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý.

Các phương án bố trí bể điều hòa lưu lượng có thể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải. Vị trí của các bể điều hòa thường đặt sau bể lắng và trước bể lắng đợt I.

 Mục đích của bể điều hòa trong quy trình xử lý nước thải:

- Giảm bớt dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải ra

không đều.

- Tiết kiệm hóa chất để trung hòa nước thải.

- Giữ ổn định lưu lượng nước đi vào các công trình sau.

- Làm giảm và ngăn cản lượng nước có nồng độ các chất độc hại cao đi

vào trực tiếp công trình xử lý sinh học.

- Để đảm bảo hòa trộn các chất bẩn trong nước thải và ngăn ngừa sự lắng đọng cần lắp đặt các thiết bị khuấy trộn. Trong quá trình khuấy trộn để san bằng nồng độ và ngăn ngừa cặn lắng xảy ra các phản ứng oxy hóa khử và giảm lượng BOD do bay hơi.[1]

2.1.1.3 Lắng

Chất rắn trong nước bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan. Tổng các chất rắn (Total solid, TS) trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ từ 103 - 105°C.

Tổng chất rắn trong nước thải chia làm hai thành phần: chất rắn lơ lửng

(lọc được) và chất rắn hòa tan (không lọc được).

Cơ sở quá trình lắng:

Lắng là giai đoạn tách các hạt rắn ra khỏi nước dưới tác dụng của trọng lực, nhà làm sạch sơ bộ nguồn nước trước khi thực hiện quá trình lọc. Quá trình lắng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng của các hạt, đồng thời phụ thuộc vào trạng thái của nước. Quá trình lắng trong xử lý nước thường là quá trình động, tức các hạt rắn lắng chịu tác động của cả trọng lực và chuyển động của dòng nước.

Trong công nghệ xử lý nước thải, theo chức năng, các bể lắng được phân thành bể lắng cát, bể lắng cấp I và bể lắng cấp II. Bể lắng cát nhằm loại bỏ các hạt cặn vô cơ có kích thước lớn hơn 0,2 mm như sỏi cát, xỉ. Bể lắng cấp I có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác, bể lắng cấp II có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải.

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng:

- Lưu lượng nước thải.

- Thời gian lắng.

- Khối lượng riêng và tải lượng tính theo SS.

- Tải lượng thủy lực.

- Sự keo tụ các hạt rắn.

- Vận tốc dòng chảy trong bể.

- Nhiệt độ nước thải.

- Kích thước bể lắng.[2]

2.1.1.4. Lọc

Quá trình lọc là quá trình làm sạch nước khi cho nước chảy qua lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại các hạt cặn và thậm chí cả vi sinh vật có trong nước mà quá trình lăng không thể thực hiện được. Cặn bẩn trong nước sẽ bị giữ lại ở khe rỗng hoặc trên bề mặt hạt lọc do lực liên kết phân tử. Sau khi qua hệ thống lọc, nước sẽ có chất lượng tốt hơn cả về mặt hóa học, vật lý và sinh học.

Quá trình lọc được sử dụng để tách các hạt hữu cơ và vô cơ kích thước

 Cơ chế lọc:

 Cơ chế lọc qua khe (Straining): Những hạt có kích thước lớn hơn khe

nhỏ có trong nước và nước thải mà quá trình lắng không thực hiện được.

 Cơ chế lắng (sedimentation): Các hạt lắng trên lớp vật liệu lọc.

 Cơ chế nén cặn (impaction): Các hạt nặng sẽ không chuyển động theo

rỗng giữa các hạt vật liệu lọc sẽ bị giữ lại theo nguyên tắc cơ học.

 Cơ chế bị chặn (interception): Nhiều hạt khi chuyển động cùng với dòng

dòng chảy.

 Cơ chế dính bám (adhesion): Các bông cặn sẽ bị dính bám vào bề mặt của lớp vật liệu lọc khi chuyển động qua lớp này. Do lực của dòng chảy, một số bông cặn bị cắt nhỏ trước khi trở nên bị dính chặt và đầy sâu vào lớp vật liệu

nước sẽ bị giữ lại khi tiếp xúc với bề mặt của hạt vật liệu lọc.

 Cơ chế hấp phụ (adsorption): Liên kết hóa học; tương tác hóa học; lực

lọc. Khi lớp vật liệu lọc bị tắc, lực cắt bề mặt gia tăng đến một giới hạn mà tại đó không có một hạt cặn nào có thể đi qua. Một số hạt cặn có thể đi xuyên qua lớp vật liệu lọc làm tăng đột ngột độ đục của nước sau lọc.

tĩnh điện; lực điện động; lực Van der Waals.

Vật liệu lọc được dùng trong lọc nước là cát tự nhiên, cát thạch anh, đá

 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn thiết bị lọc:

hoa nghiền, thanhoạt tính, ….

- Nồng độ ban đầu huyền phù, % thể tích.

- Khả năng rửa.

- Khả năng chế tạo từ thép chịu axit.

- Khả năng nhận được nước lọc sạch.[3]

2.1.2. Phương pháp xử lý hóa lý

Như chúng ta đã biết, phương pháp hóa lý là một phương pháp chính để xử lý nước thải. Xử lý hóa lý là một tên gọi chung cho nhóm các phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải gồm: đông tụ, keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, trích li, chưng cất, cô đặc, thấm thấu ngược, siêu lọc, kết tinh, nhả hấp. Các phương pháp này được ứng dụng để loại các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng), các khí tan, các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan trong nước thải.

2.1.2.1. Keo tụ

Dùng phương pháp keo tụ tạo bông để loại bỏ huyền phù và chất keo

Các hóa chất dùng trong quá trình keo tụ thường là phèn nhôm, phèn sắt,

các polyme được thể hiện qua bảng sau.

- So sánh giữa một số điểm khác nhau giữa phèn sắt và nhôm.

- Độ hòa tan phèn sắt nhỏ hơn phèn nhôm;

- Tỉ trọng: Fe(OH)3 = 1,5 Al(OH)3;

- Keo sắt vẫn lắng khi có ít huyền phù;

- Lượng phèn nhôm sử dụng cần gấp 2 – 3 lần phèn sắt;

- Phèn sắt có khả năng gây hiện tượng ăn mòn đường ống.[4]

2.1.2.2. Tuyển nổi

- Tuyển nổi là quá trình phân tách các hạt rắn hoặc lỏng (các chất lơ lửng, dầu, mỡ) ra khỏi nước, được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng. Các bọt khí dính kết với các hạt khiến cho lực đẩy của bọt khí kết hợp với hạt rắn đủ lớn để kéo các hạt này nổi lên bề mặt. Nhờ đó mà các hạt có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước cũng nổi được. Bọt nổi lên mặt nước được loại bỏ bằng các thiết bị gạt bọt .

- Ưu điểm chính quá trình tuyển nổi so với quá trình lắng là khả năng tách loại bỏ triệt để các hạt rất nhỏ và nhẹ. Phương pháp tuyển nổi hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư không lớn, thiết bị đơn giản. Tuyển nổi kèm theo sự thổi khí, làm giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và các chất dễ bị oxy hóa.

Các phương pháp tuyển nổi

Tuyển nổi bằng khí phân tán

Tuyển nổi bằng khí hòa tan

Tuyển nổi bằng điện cực

Tuyển nổi chân không

- Hiệu quả phụ thuộc kích thước và số lượng bọt khí.[4]

Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp tuyển nổi

2.1.2.3. Hấp phụ

- Phương pháp hấp phụ được sử dụng để làm sạch triệt để nước thải khỏi một số chất hòa tan, không có khả năng phân hủy sinh học, có độc tính cao (thực hiện sau khi xử lý sinh học) hoặc xử lý cục bộ để thu hồi một số chất có giá trị cao. Các chất đó thường là các kim loại nặng (crom, thủy ngân, asen . . .), các chất hữu cơ, các chất màu (phenol, alkylbenzen - sulphonic acid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm), các chất hoạt động bề mặt, các chất gây mùi, thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ . . . Trên thực tế việc ứng dụng còn hạn chế do chi phí.

- Tùy theo bản chất, quá trình hấp phụ được phân loại thành: hấp phụ lý

học và hấp phụ hóa học.

- Khả năng hấp phụ phụ thuộc:

- Diện tích bề mặt chất hấp phụ;

- Nồng độ của chất bị hấp phụ;

- Vận tốc tương đối giữa hai pha;

- Cơ chế hình thành liên kết: hóa học hoặc lý học.

- Các tác nhân hấp phụ có thể sử dụng bao gồm: đất sét, Zeolites, Silicat

gel, Polymer gel, Chitosan, than hoạt tính.[1]

2.1.2.4. Trao đổi ion

- Trao đổi ion là phương pháp thu hồi các cation và anion bằng các chất trao đổi ion (ionit). Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc vật liệu nhựa nhân tạo. Chúng không hòa tan trong nước và trong dung môi hữu cơ, có khả năng trao đổi ion.

- Phương pháp này được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như: Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, Hg, Cd, V, Mn, . . .cũng như các hợp chất của asen, photpho, Xyanua và các chất phóng xạ, khử muối trong nước cấp, cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao. Vì vậy, nó được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải. Cation trao đổi với ion H+ hoặc Na+ còn anion trao đổi với hydroxit OH-.

- Phản ứng trao đổi ion diễn ra như sau:

- Khi tiếp xúc với cationit:

- RSO3H + NaCl  RSO3Na + HCl

- Khi tiếp xúc với anionit:

- ROH + NaCl  RCl + NaOH

- Ở dạng tổng quát các phản ứng có thể trình bày như sau:

- mA + RmB  mRA + B.[2]

2.1.3. Phương pháp xử lý hóa học

- Phương pháp hóa học là một trong những phương pháp làm sạch nước thải bằng việc thực hiện các phản ứng trung hòa, oxi hóa và khử các chất có mặt trong chất thải vượt tiêu chuẩn cho phép. Tất cả các phương pháp này đều liên quan đến việc tiêu hao hóa chất, vì vậy chi phí lớn. Người ta ứng dụng các phương pháp này để lại các chất hòa tan và hệ thống cấp nước khép kín.[1]

2.1.3.1. Trung hòa

- Nước thải chứa các axit hoặc kiểm vô cơ trước khi thải vào hệ thống nước hoặc tái sử dụng trong các quá trình công nghệ cần được trung hòa. Nước được xem là trung tính khi có pH = 6,5 - 8,5 [50].

- Nguyên tắc:

- Nước thải acid + nước thải kiềm  được trung hòa đến trung tính.

- Nước thải acid + hóa chất kiềm  được trung hòa đến trung tính.

Trung hòa

Trung hòa bằng khí axit

Trung hòa bằng lọc nước acid qua vật liệu trung hòa.

Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm hoặc bổ sung tác nhân hóa học.

- Nước thải kiềm + hóa chất acid  được trung hòa đến trung tính.

Hình 2.2. Sơ đồ phân loại các cách trung hòa

- Việc lựa chọn trung hòa phù hợp các yếu tố như thể tích, nồng độ nước thải, chế độ thải. Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hòa phụ thuộc vào nồng độ và thành phần nước thải cũng như liều lượng và loại tác nhân sử dụng.

2.1.3.2. Kết tủa

- Cơ sở phương pháp này dựa vào phản ứng trao đổi ion:

AB + CD = AD +CB

Đưa các hóa chất có khả năng kết hợp với các ion Ca2+, Mg2+ có trong nước tạo thành kết tủa CaCO3, MgCO3, Mg(OH)2,…Các hóa chất có thể sử dụng Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH,…

- MgSO4 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 +CaSO4

- CaSO4 + Na2CO3  CaCO3 + Na2SO4 . [4]

2.1.3.3. Oxy hóa - khử

- Nguyên lý thế oxy hóa – khử

- Một số chất tự thể hiện dưới dạng oxy hóa hay khử và chuyển từ dạng này sang dạng khác bằng sự có thêm electron (khử) hoặc mất electron (oxy hóa). Một cặp được tạo bởi một chất nhận và cho electron được gọi là hệ thống oxy hóa – khử.

- Khử  oxy hóa n+ + ne-.

- Để xử lý nước chứa chất có tính khử, người ta có thể sử dụng các chất có tính oxy hóa như Cl2, Ca(ClO3)2, Ca(ClO4), MnO2, … Ngược lại, khi xử lý nước thải chứa các chất có tính oxy hóa, người ta dùng các chất khử như FeSO4, NaHSO3.[5]

Bảng 2.1. Ưu nhược điểm của mương oxy hóa

Ưu điểm Nhược điểm

Hiệu quả xử lý BOD, nito, Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn

photpho cao

Quản lý vận hành đơn giản Thời gian lưu nước dài

Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động Lượng oxy cung cấp cho

lớn về chất lượng và lưu lượng mương lớn

2.1.4. Phương pháp xử lí sinh học

2.1.4.1. SBR (sequencing batch reactor)

Bể SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu

làm đầy và xả cặn, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn (do quá trình làm thoáng và lắng trong được thực hiện trong cùng một bể).

- Pha làm đầy có thể ở trạng thái: tĩnh, khuấy trộn hoặc không khí, tùy thuộc vào đối tượng cần xử lý. Trạng thái tĩnh có được là do năng lượng đầu vào thấp và nồng độ các chất nền cao ở cuối giai đoạn. Trạng thái khuấy trộn là do có sự khử nitrat (khi có sự hiện diện của nitrat) các chất lơ lửng sẽ làm giảm nhu cầu oxy và năng lượng đầu vào, và cần phải có điều kiện thiếu hoặc kỵ khí cho quá trình loại bỏ sinh hóa. Trạng thái thông khí là do xảy ra các phản ứng hiếu khí ban đầu, làm giảm thời gian tuần hoàn và giữ nồng độ chất nền ở mức thấp, điều này là quan trọng nếu tồn tại thành phần các chất hữu cơ dễ bị phân hủy với nồng độ độc tính cao.

- Nếu không có phản ứng sinh hóa xảy ra trong suốt pha làm đầy ở trạng thái tĩnh nồng độ chất nền trong bể SBR sẽ đạt tối đa ở cuối pha này. Nếu trạng thái khuấy trộn được chọn, nồng độ chất nền, nồng độ oxy hòa tan, và nồng độ nitrat sẽ thay đổi trong suốt quá trình.

- Khi không có oxy hiện diện, nitrat sẽ trở thành tác nhân nhận điện tử và phản ứng sinh hóa thiếu khí sẽ làm giảm nồng độ chất nền. Cuối cùng, sự lên men hoặc các phản ứng sinh hóa kỵ khí sẽ bắt đầu ngay khi khí oxy và nitrat được lấy hết ra. Trạng thái thông khí được tiến hành khi khí được cung cấp trong suốt quá trình làm đầy. Tốc độ phân hủy chất nền được giới hạn bởi tốc độ phản ứng sinh hóa là hàm của sinh khối và nồng độ chất nền khi nồng độ oxy hòa tan cao hơn so với nồng độ tối thiểu hoặc là hàm của tốc độ với oxy được cung cấp từ thiết bị thổi khí.[6]

Hình 2.3. Các bước hoạt động của bể SBR

2.1.4.2. Aerotank

Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Quá trình làm sạch trong aerotank diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. Việc sục khí ở đây đảm bảo các yêu cầu của quá trình: làm nước được bão hòa oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.

 Các cách phân loại aerotank:

- Dựa vào chế độ thủy động lực ta có: aerotank khuấy trộn, aerotank đẩy,

Tốc độ sử dụng oxy hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố sau: tỷ số giữa lượng chất dinh dưỡng và số vi sinh vật, nhiệt độ, tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật, nồng độ sản phẩm độc tính tụ trong quá trình trao đổi chất, hàm lượng oxy hòa tan. Hoạt động sinh học hiếu khí không phụ thuộc vào nồng độ oxy hòa tan nằm trên giới hạn cực tiểu. Giá trị cực tiểu này đối với các hệ xử lý khác nhau dao động từ 0.2 đến 2 mg/l và giá trị điển hình của nó thường là 0.5 mg/l. Không khí được cấp vào nước thải bằng các cách sau: nén khí qua bộ phận khuếch tán ngập trong nước bằng sục khí, dùng khuấy cơ học thổi không khí vào chất lỏng bằng thông khí cơ học.

- Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính người ta chia thành loại có tái

aerotank trung gian.

- Theo tải lượng bùn người ta chia thành loại tải trọng cao, tải trọng trung

sinh tách riêng và loại không có tái sinh tách riêng.

- Theo số bậc ta có bể aerotank một bậc, hai bậc, ba bậc.

- Theo chiều dẫn nước thải vào ta có loại xuôi chiều, ngược chiều.

 Quá trình thông khí sinh học thành các loại như sau:

- Thông khí thông thường: trong hệ thống thông khí thông thường, việc sục khí và khuấy trộn đạt được khá đều dọc theo chiều dài của bể aerotank. Nhược điểm của phương án này là nồng độ oxy thấp chiếm ưu thế ở đầu vào có thể gây bất lợi cho các vi sinh vật ở khu vực này. Trong khi đó ở khu vực đầu ra lượng oxy được cung cấp có thể dư thừa so với nhu cầu của quá trình.

- Ổn định tiếp xúc: ở đây nước thải thô vào tiếp xúc với bùn hoạt tính

bình và tải trọng thấp.

- Thông khí bậc cao: để giảm chi phí xây dựng thiết bị xử lý, người ta đã phát triển một hệ thống có tải trọng xử lý BOD cao và thời gian thông khí ngắn bằng vận hành hệ thống cao, giảm tuổi bùn, trong khi đó tăng hàm lượng hỗn hợp lỏng và chất rắn lơ lửng trong bể lên tới 4000-5000 mg/l.

trong thời gian ngắn (từ 0.5 đến 1 giờ), chỉ đủ cho vi sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, chứ không đủ để chúng phân hủy. Bùn hoạt tính lắng xuống được đưa trở về bể ổn định. Ở đây hỗn hợp lỏng huyền phù được thông khí từ 2 đến 3 giờ cho phép các vi sinh vật phân hủy các chất hửu cơ đã bị hấp thụ. Như vậy chỉ cần thông khí lượng bùn lắng nhỏ hơn rất nhiều so với tổng thể tích dòng nước thải. Quá trình này được ứng dụng và làm việc có hiệu suất cao trong xử lý nước thải sinh hoạt.

Nước thải đưa vào aerotank cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l, pH = 6.5-9. Trong vận hành các quá trình hoạt hóa bùn, người ta thường điều chỉnh các tham số sau: lượng oxy cần cung cấp, tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính, lượng bùn dư thải, kiểm soát MLSS. Hàm lượng MLSS trong aerotank thường dao động từ giá trị 1000-10000 mg/l. Trong xử lý nước thải sinh hoạt tải lượng trung bình nồng độ MLSS thường khoảng 50 mg/l. ngày. Nồng độ BOD đầu vào thường< 400mg/l, hiệu quả làm sạch thường từ 80 – 95%.

2.1.4.3. Lọc sinh học

Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật.

Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật tùy tiện. Ở ngoài cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí mà dễ thấy là trực khuẩn Bacillus ở giữa là các vi khuẩn tùy tiện như Alkaligenes, Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococus và cả Bacillus. Lớp sâu bên trong màng là các vi khuẩn kỵ khí khử mùi lưu huỳnh và nitrat. Phần cuối cùng của màng là các động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác.

Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, còn khỏi lượng của màng sinh vật tăng lên. Màng vi sinh chết được cuốn

trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học.

Vật liệu đệm là vật liệu có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và diện tích bề mặt lớn như sỏi, đá, ống nhựa, sợi nhựa, sơ dừa, … Màng sinh học đóng vai trò tương tự như bùn hoạt tính, hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Tuy nhiên, vận tốc oxy hóa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn trong aerotank. Phần lớn các vi sinh vật có khả năng xâm chiếm bề mặt vật rắn nhờ polimer ngoại bào, tạo thành một lớp màng nhầy. Việc phân hủy các chất hữu cơ diễn ra ngay trên bề mặt và ở trong lớp màng nhầy này. Quá trình diễn ra rất phức tạp. Ban đầu, oxy và thức ăn được vận chuyển tới bề mặt lớp màng. Lúc này, bề dày lớp màng còn tương đối nhỏ, oxy có khả năng xuyên thấu vào trong tế bào. Theo thời gian, bề dày lớp màng này tăng lên, dẫn tới việc bên trong màng hình thành một lớp kỵ khí nằm dưới lớp hiếu khí. Khi chất hữu cơ không còn, các tế bào bị phân hủy, tróc thành từng mảng và cuốn theo dòng nước.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là: bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc oxy hóa, cường độ không khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh vật, diện tích và chiều cao thiết bị, đặc tính vật liệu đệm (kích thước, độ xốp và diện tích bề mặt), tính chất vật lý của nước thải, nhiệt độ của quá trình, tải trọng thủy lực, cường độ tuần hoàn, sự phân phối nước thải.[4]

Bảng 2.2. Ưu nhược điểm của lọc sinh học

Ưu điểm Nhược điểm

Không có khả năng điều khiển sinh Khởi động nhanh: 2 tuần khối

Khả năng loại bỏ những cơ chất phân hủy chậm

Khả năng chịu biến động về

nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm Tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khếch tán: vật liệu làm giá thể phải có diện tích bề mặt lớn, vận tốc nước chảy trên bề mặt màng phải đủ lớn

Sự đa dạng về thiết bị xử lý

Ưu điểm Nhược điểm

Hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp

2.1.4.4. Hồ sinh học hiếu khí

Bảng 2.3. Bảng phân loại hồ sinh học hiếu khí

Loại hồ Mô tả

Hồ sinh học hiếu khí nhân

tạo

Hồ sinh học với làm thoáng nhân tạo với cánh khuấy cơ giới hay sục khí thường được ứng dụng để xử lý sinh học bậc II sau xử lý cơ học hoặc xử lý sinh học bậc cao. Do được cung cấp ôxy đầy đủ nên hồ sinh học hiếu khí với làm thoáng nhân tạo có độ sâu đến 3 - 5m.

Hồ sinh học hiếu khí tự

nhiên

Oxy được cung cấp cho hồ sinh học bằng con đường làm thoáng trên mặt hồ đo gió gây xáo trộn trên bề mặt hồ làm khuếch tán không khí vào nước, oxy hình thành do quá trình quang hợp của rong tảo và thực vật nước sẽ tạo ra oxy cần thiết cho vị sinh vật thực hiện quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải. Sản phẩm của quá trình này tạo ra CO2 một phần bay ra khỏi nước và một lượng CO2 sẽ cung cấp lại cho tảo hấp thụ phát triển tảo mới.

Các loại vi khuẩn hiện diện trong hồ xử lý sinh học cũng giống như trong các hệ thống xử lý khác, như trong bùn hoạt tính, gồm các nhóm: nhóm tự dưỡng, nhóm dị dưỡng, nhóm vi khuẩn đơn bào tự do, nhóm vi khuẩn dạng khối cầu, nhóm vi khuẩn dạng sợi.

Các vi khuẩn này thường tồn tại trong các môi trường có nồng độ hữu cơ dòng vào cao và nồng độ oxy trong nước thấp. Nhóm vi khuẩn dạng khối cầu tăng trưởng gắn kết thành một khối lớn do tạo ra các polime ngoại bào. Kiểu tăng trưởng này rất quan trọng giúp đẩy nhanh tốc độ phân hủy BOD và lắng đọng ở cuối quá trình và vì vậy giúp hạn chế lượng chất rắn lơ lửng thải ra ngoài.

Hầu hết các vi khuẩn dị dưỡng có khả năng thích ứng với khoảng pH môi trường rộng, hiệu suất loại bỏ BOD trong môi trường hiệu khi tốt nhất là ở pH = 6.5 – 9; nhiệt độ thích hợp là từ 3 - 4°C đến 60 - 70°C.

2.1.4.5. Phương pháp sinh học kỵ khí

 Cơ sở lý thuyết

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khi do quần thể vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoạt động không cần sự có mặt của oxy không khí, sản phẩm cuối cũng là một hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2, . . . trong đó có tới 65 % là CH4 (khí metan). Vì vậy quá trình này cũng có thể gọi là quá trình lên men metan và quần thể sinh vật được gọi tên chung là các vi sinh vật metan. Các vị sinh vật kỵ khi sử dụng một phần chất hữu cơ trong nước thải các thị trường để xây dựng để bào, tăng sinh khối.

Quá trình phân hủy kỵ khí chất bẩn có thể mô tả bằng phương trình tổng

quát:

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí:

3(CHO)nNS  CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào vi sinh vật +…

- Thời gian lưu bùn thông thường được chọn 12 – 15 ngày. Nếu thời gian lưu bùn quá ngắn (<10 ngày) xảy ra hiện tượng cạn kiệt vi sinh vật lên men metan.

- Vùng nhiệt độ để quá trình phân hủy kỵ khi xảy ra là khá rộng và mỗi vùng nhiệt độ sẽ thích hợp cho từng nhóm vi sinh vật kỵ khí khác nhau. Vùng nhiệt độ ấm - trung bình: 20 - 45°C và vùng nhiệt độ cao – nóng: 45 - 65°C sẽ thích hợp cho sự hoạt động của nhóm vi sinh vật lên men metan. Một số nhóm vi sinh vật kỵ khí có khả năng hoạt động ở vùng nhiệt độ thấp - lạnh: 10°C - 15°C. Khi nhiệt độ < 10°C thì vi khuẩn tạo metan hầu như không hoạt động. Nhiệt độ tối ưu đối với vi sinh vật metan là: ưa ẩm 35°C và hiếu nhiệt 55°C.

Đối với nước thải mới nạp vào công trình thì nhóm vi sinh vật axit hóa thích nghi hơn nhóm vi sinh vật metan hóa. Khi pH giảm mạnh (pH < 6) làm cho khí metan sinh ra giảm đi. Khoảng pH tối ưu dao động 6,5 – 8,5. Tỷ lệ thích hợp đề nghị là 20:1 đến 30:1 cho C: N và 7:1 đối với N: P. Ngoài ra còn ảnh hưởng bởi tính chất nền, các chất gây độc, sự khuấy đảo hỗn hợp phân hủy.

Ưu điểm phương pháp kỵ khí thiết kế đơn giản, và giá thành không cao, thể tích công trình nhỏ, chiếm ít diện tích mặt bằng; công trình có cấu tạo khá đơn giản và giá thành không cao; chi phí vận hành năng lượng thấp; khả năng thu hồi năng lượng cao; không đòi hỏi cung cấp nhiều chất dinh dưỡng; lượng bùn sinh ra ít hơn 10 – 20 lần so với phương pháp hiếu khí; có tính ổn định tương đối cao; có thể tồn trữ một thời gian khá dài; nguồn phân bón có giá trị; tải trọng phân hủy chất bẩn hữu cơ cao; đồng thời chịu được sự thay đổi đột ngột về lưu lượng.

Nhược điểm: phương pháp này hạn chế là rất nhạy cảm với các chất độc hại với sự thay đổi bất thường về tải trọng của công trình; xử lý nước thải chưa triệt để.

Công nghệ xử lí SH kỵ khí

Sinh trưởng dính bám

Sinh trưởng lơ lửng

Tiếp xúc kỵ khí

Xáo trộn hoàn toàn

Tầng giá thể lơ lững

Vách ngăn

Xáo trộn hoàn toàn

UASB

2.1.5. Các công trình sinh học kỵ khí

Hình 2.4. Sơ đồ một số công trình sinh học kỵ khí

2.1.5.1. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor).

Bể UASB được sử dụng rộng rãi để xứ lý các loại nước thải của các nhà

máy công nghiệp.

Bể chia làm hai ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men. Trong bể diễn ra 2 quá trình: lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại.

Khí metan tạo ra ở giữa lớp bùn. Hỗn hợp khí-lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng. Với quy trình này, bùn tiếp xúc tốt với chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực. Nhờ các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trong nước thải, đi từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy.

Trong bể, các vi sinh vật liên kết nhau và hình thành các hạt bùn lớn đủ nặng để không bị cuốn trôi ra khỏi bể. Các loại khí tạo ra trong điều kiện kị khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo ra vòng tuần hoàn cục bộ, giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. Các bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt tạo thành hỗn hợp phía trên bể. Khí va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt khí vỡ ra và các hạt bùn được tách ra khỏi hỗn hợp lại lắng xuống dưới. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòng nước hướng lên phải giữ ở khoảng 0.6-0.9m/h.

Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3-5 năm/lần nếu nước thải đưa qua bể lắng, hoặc 3-6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực tiếp. Bể được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.

Nếu nồng độ COD <100 mg/l là có vấn đề mặc dù hệ thống UASB vẫn có thể xử lý nguồn nước thải này. Khi nồng độ COD > 50000 mg/l thì có thể pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn dòng thải. Bể UASB sẽ không thích hợp để xử lý nước thải khi nồng độ các chất đạt đến một giá trị giới hạn như nồng độ NH3- N = 2000 mg/l, SO4 >500mg/l, tỷ lệ COD/SO4 < 5, độ mặn > 15000 mg/l, SS và TSS > 3000 mg/l.

• Ưu điểm: chi phí đầu tư thấp, lượng hóa chất cần bổ sung ít, không đòi hỏi cấp khí, do đó ít tiêu hao năng lượng, có thể thu hồi, tái sử dụng năng lượng từ biogas, lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành vớ tãi trọng hữu cơ cao, giảm diện tích công trình.

• Nhược điểm: giai đoạn khởi động kéo dài, dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động, bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại, khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động.

2.1.5.2. CSTR (continuously stirred tank reactor)

Bể phản ứng khuấy liên tục còn được gọi là bể phản ứng khuấy trộn hoàn toàn. Bể có thể tích V, tiếp nhận dòng chất thải với tốc độ dòng chứa các chất có thể hòa tan, các chất hữu cơ nền có thể bị phân hủy và một lượng đủ các chất

dinh dưỡng vô cơ để tạo điều kiện thuận lợi cho sự tăng trưởng của vi sinh vật. Lưu lượng dòng vào và các thông số như: nồng độ, giá trị pH, nhiệt độ cũng như các điều kiện môi trường khác là không đổi.

Trong bể phản ứng sinh học, sinh khối của các sinh vật dị dưỡng sử dụng các chất hữu cơ (hòa tan và lơ lửng) làm nguồn thức ăn, vì vậy sự tăng trưởng của chúng đạt đến nồng độ XBH trong khi các chất lơ lửng giảm xuống SS. Có 2 dòng chảy thoát ra từ bể phản ứng, nhưng do bể này được khuấy trộn hoàn toàn nên nồng độ của tất cả các chất cấu thành nên chúng là như nhau tại bất kì điểm nào trong bể phản ứng. Dòng thứ nhất, chảy trực tiếp ra khỏi bể phản ứng và mang theo sinh khối cũng như các tế bào vỡ vụn có nồng độ cân bằng với bể phản ứng. Dòng chảy còn lại, chảy qua thiết bị tách sinh khối trước khi thải ra ngoài, nhằm mục tiêu giải phóng các chất lơ lửng. Toàn bộ các hạt lơ lửng được tách bởi thiết bị phân riêng ở quá trình trên sẽ được quay trở lại bể phản ứng sinh học ban đầu.

2.1.5.3. PFR (plug flow reactor)

Bể phản ứng dòng chảy đều, đơn giản là một ống hay một hộp kín có kèm theo xúc tác. Dòng thải cần xử lý có chứa các cơ chất được cung cấp liên tục qua các đường ống nhỏ vào bể phản ứng, trong khi đó dòng chảy ra chứa các sản phẩm và các chất không phản ứng, được đưa ra ngoài qua các đường ống thoát. Dòng chảy bên trong bể có vận tốc khá ổn định và nồng độ được phân tán đồng đều theo tiết diện ống, đồng thời không có sự phối trộn dọc, vì vậy các thành phần trong chất lỏng di chuyển qua bể phản ứng trong cùng một điều kiện như nhau. Ngoài ra, các phản ứng xảy ra theo chiều dài của bể phản ứng nên nồng độ của cơ chất và sản phẩm thay đổi dọc theo trục. Bể phản ứng dòng chảy đều còn được gọi là bể phản ứng dạng ống.

2.1.5.4. AFR (anaerobic filter reactor).

Hệ thống lọc kỵ khí bám dính cố định sử dụng các vi sinh bám dính trên các vật liệu lọc đặt trong bể có dòng nước thải chảy từ dưới lên hoặc từ trên xuống và màng vi sinh vật bám dính này không bị rửa trôi trong quá trình xử lý.

Dòng nước thải vào và dòng tuần hoàn ra được phân bố từ bên này sang bên kia của bể phản ứng sinh học, chảy cắt ngang hoặc chảy ngược qua màng sinh học. Qúa trình xử lý xảy ra là kết quả của bùn lơ lửng và hòa trộn sinh khối

được giữ lại bởi màng lọc. Dòng chảy ra ở phần trên của màng là tập hợp của các tác nhân bị đào thải. Khí nằm ở phía dưới bể phản ứng được thu lại và được chuyển đi nơi khác để sử dụng sau. Dòng chảy ra được tuần hoàn lại để duy trì diều kiện nạp nước được đồng nhất trong bể phản ứng, bất chấp vận tốc dòng chảy vào thay đổi, vì vậy có thể duy trì điều kiện thủy động lực học đồng nhất trong bể phản ứng.

Thời gian lưu nước trung bình khoảng 4 ngày, tương ứng với tải trọng thể tích chất hữu cơ từ 5-15kg COD/(m3. ngày). Sinh khối phải thường xuyên được kiểm tra và nếu có sự dư thừa sinh khối thì chúng sẽ được tách ra khỏi hệ thống theo dòng chảy.

2.1.5.5. FBR (fluidized bed reactor).

Các vi sinh vật bám dính trên các chất mang (thường là các hạt cát lơ lửng với đường kính từ 0.2-0.5mm) sẽ được phân bố đều khắp thiết bị nhờ tốc độ dòng nước thải chảy ngược thích hợp, làm giãn nở lớp cát (đệm giãn nở).

Trong hệ thống bể phản ứng kỵ khí có đệm giãn, tốc độ dòng chảy ngược đủ lớn để ngăn sự gắn kết sinh khối của các hạt mang này, kết quả là làm gia tăng thể tích đệm so với thể tích thực của nó. Trong các đệm giãn nở, vận tốc dòng chảy ngược có thể làm giãn đệm từ 15-30%. Với thể tích giãn nở này, sự kết dính sinh khối chỉ được ngăn chặn một phần nào đó bởi dòng chảy và một phần khác là do sự tiếp xúc với các khối sinh khối kết dính liền kề nhau, cho nên chúng có xu hướng giữ nguyên trạng thái trong môi trường đệm. Dưới những điều kiện này, sinh khối kết dinh sẽ bị ngăn chặn hoàn toàn bởi dòng chảy ngược và di chuyển tự do trong môi trường đệm.

Trong bất kì quá trình sinh hóa nào, lượng sinh khối thừa cũng phải được đưa ra khỏi bể phản ứng sinh hóa để ổn định lượng sinh khối. Quá trình tích lũy sinh khối trên các hạt cát lơ lửng sẽ làm gia tăng đường kính của hạt sinh khối kết dính và đồng thời cũng làm giảm mật độ của chúng.

2.1.6. Phương pháp sinh học thiếu khí

2.1.6.1. Bể anoxic

Trong nước thải, có chứ hợp chất Nito và photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải. Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat

 Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau

-) và Nitrit (NO2

- Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu Oxi, các loại vi khuẩn này sẽ khử Nitrat -) theo chuỗi chuyển Denitrificans sẽ tách oxi của Nitrat (NO3 hóa.

- NO3

- → NO2

- → N2O → N2↑

- Khí Nito phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy

hóa và Photphorit.

 Quá trình Photphorit hóa

- Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.

- Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuẩn chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxi cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển.

- Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 – 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh sôi và phát triển.[7]

là Nitơ đã được xử lý.

 phân loại mức độ xử lý nước thải

Bảng 2.4. Bảng mức độ xử lý nước thải

Mức độ xử lý Mục đích

Tiền xử lý

Loại bỏ các thành phần của nước thải như là Giấy vệ sinh, vật trôi nổi, cát và dầu mỡ.

Mức độ xử lý Mục đích

Bậc một

Loại bỏ hoàn toàn hoặc từng phần chất rắn lơ lửng và các vật chất hữu cơ từ nước thải.

Bậc hai Loại bỏ vật chất hữu cơ có khả năng phân rã sinh

học (hòa tan hoặc lơ lửng) và các chất lơ lửng. Khử trùng cũng là một trường hợp điển hình trong xử lý bậc hai.

Bậc ba

Loại bỏ các chất lơ lửng tàn dư (sau xử lý bậc hai) thường được sử dụng bằng phương pháp lọc với môi trường lọc là cát hoặc lọc bằng lưới lọc kích thước lỗ nhỏ hoặc lưới lọc mịn. Khử trùng cũng là một trường hợp trong xử lý bậc ba. Loại bỏ các chất dinh dưỡng cũng có thể tiến hành trong giai đoạn này.

Xử lý bậc cao

Loại bỏ các vật liệu lọ lưng và hòa tan còn lại sau khi xử lý sinh học khi mà nước thải được yêu cầu sử dụng lại.

2.1.7. Giới thiệu về nước thải sinh hoạt

- Nước thải sinh hoạt là loại nước thải bị ô nhiễm chủ yếu bởi các chất ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh vì vậy nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải có thể được loại bỏ bằng các phương pháp sinh học và khử trùng.

- Nguồn gốc phát sinh: Từ các hoạt động công việc, vệ sinh, ăn uống của

công nhân, cán bộ trong nhà máy.

2.2. TỔNG QUAN VỀ TRẠM SỬA CHỮA TOA TÀU LỬA

2.2.1. Tổng quan về hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt của trạm sửa chữa Toa tàu lửa

2.2.1.1. Chức năng của hệ thống

- Thu gom và xử lí nước thải sinh hoạt phát sinh từ các nguồn trong trạm

sửa chữa toa tàu lửa.

- Đảm bảo các máy móc thiết bị trong hệ thống hoạt động một cách hiệu

quả và ổn định.

2.2.1.2. Nhiệm vụ của hệ thống

Nhiệm vụ chính của hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt tại Trạm sửa chữa toa tàu lửa là xử lí toàn bộ lượng nước thải phát sinh từ các hoạt động trong Trường, chất lượng nước sau xử lí phải đạt QCVN 14:2015/BTNMT/Cột B.

Toàn bộ lượng nước sau xử lí sẽ được dự trữ trong bể chứa để phục vụ các

mục đích sử dụng nước khác trong trạm sửa chữa toa tàu.

2.2.1.3. Nguồn gốc và thành phần tính chất nước thải

Nước thải sinh hoạt:

Nước thải sinh hoạt gồm nước thải từ nhà vệ sinh, từ khu vực vệ sinh cá nhân của công nhân viên làm việc. Nước thải sinh hoạt chứa các chất cặn bã, các chất rắn lơ lửng (SS), các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, các hợp chất dinh dưỡng (N, P), vi khuẩn gây bệnh nên có thể gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm nếu không được xử lý. Ngoài ra khi tích tụ lâu ngày các chất hữu cơ này sẽ bị phân hủy, gây ra mùi hôi thối.

Nước thải công nghiệp:

Nước phát sinh từ công đoạn vệ sinh các toa tàu, và các công việc lau chùi khác, khối lượng tính tương đối dựa vào lượng nước cung cấp trừ đi lượng nước thải sinh hoạt, khoảng 20m3/ngày.

Thành phần chủ yếu của loại nước thải này là cặn lắng, có lẫn dầu mỡ.

Hình 2.5. Thành phần ô nhiễm chung

40 - 50%

Protein

Chất béo

Bảng 2.5. thành phần ô nhiễn theo lý thuyết [9]

Đơn vị Nồng độ

STT Chỉ tiêu

Nhẹ Trung bình Nặng

1 BOD5 mg/l 100 200 300

2 COD mg/l 250 500 1000

3 TSS mg/l 100 200 350

Đơn vị Nồng độ

STT Chỉ tiêu

Nhẹ Trung bình Nặng

4 mg/l 5 10 20

Chất rắn lắng

5 TDS mg/l 200 500 1000

6 N – Tổng mg/l 20 40 80

7 P – Tổng mg/l 5 10 20

8 TOC mg/l 75 50 300

9 Độ kiềm 50 100 200 Mg/l

10 Cl- mg/l 30 50 100

Bảng 2.6. Bảng thành phần ô nhiễm thực tế

QCVN 14- 2008 Kết quả phân tích Chỉ tiêu Đơn vị Parameter

pH 6.5-7.2 - 5–9

260 50 BOD5 Mg O2/l

COD 500 -- Mg O2/l

SS mg/l 325 100

Amoni (tínhtheoN)

mg/l 36 10

Nitơ tổng mg/l 20-60 50

Phosphate mg/l 17.8 10

MPN/100 Coliforms 12000 5000 m

2.2.1.4. Ảnh hưởng của nước thải trạm xử lí toa tàu lửa đến môi trường và con người

Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường là do các thành ô nhiễm tồn tại

trong nước thải gây ra:

 COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến hệ sinh thái môi trường nước. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4,… làm cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường.

 SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí.

 Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường ảnh hưởng đến đời

sống của thủy sinh vật nước.

 Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như

tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…

 Màu: mất mỹ quan

 Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.

Nước thải gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường sống, vì vậy cần có những giải pháp xử lý thích hợp để loại bỏ các tác động xấu đến môi trường xung quanh.

2.3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM SỬA CHỮA TOA TÀU LỬA VIỆT NAM

Nước thải có thành phần hữu cơ cao nên công nghệ sinh học được lựa

chọn làm phương pháp xử lí chính.

Hố thu gom

Nước thải đầu vào

Máy nén khí

Bể tách dầu

Máy thổi khí

Bể điều hòa

Máy thổi khí

Bể Aerotank

Bể lắng

Bể chứa bùn

2.3.1. Phương án 1

Bể khử trùng

Chú thích

QCVN 14:2008 BTNMT

Đường nước thải Đường hóa chất Đường khí Đường bùn

Clorine

Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ phương án 1

 Thuyết minh công nghệ:

Nước thải từ các hoạt động của Xí nghiệp được dẫn về hố thu gom cho qua song chắn rác để loại bỏ các loại rác có kích thước lớn lẫn trong nước. Tiếp đến nước được dẫn qua bể tách dầu để thu hồi váng dầu, nhớt xe lẫn trong nước. Tại đây máy nén khí được sử dụng để nén khí vào trong bể tạo áp lực đẩy các cặn dầu trong nước nổi lên và được tách ra bằng cần gạt tự động. Tiếp đến nước được dẫn về bể điều hòa để ổn định nồng độ và lưu lượng trước khi dẫn về bể sinh học hiếu khí aerotank. Tại bể này sử dụng máy thổi khí cung cấp khí oxy vào trong nước, chất hữu cơ trong nước sẽ được các vi sinh vật hiếu khí phân hủy và tạo thành các cặn lơ lửng gọi là bùn lẫn trong nước. Vì vậy nước được dẫn sang bể lắng để loại bỏ cặn lơ lửng, một phần tuần hoàn về bể hiếu khí để bổ sung lượng vi sinh bị hao hụt. Bùn tách ra trong quá trình lắng sẽ được hút khi đầy. Sau khi loại bỏ cặn ở bể lắng nước thải sẽ đi tới bể khử trùng, tại đây nước sẽ được khử trùng bằng Clo. Nước thải sau khi khử trùng sẽ đạt QCVN 14:2015 BTNMT.

Chức năng các công trình:

- Song chắn rác: Giúp cản lại các chất thải rắn như rác, và thức ăn thừa có kích thước lớn. Nước thải sau khi qua song chắn rác thì sẽ được tập trung tại hố gom nước thải. Sau đó, nước thải sẽ đến bể tách mỡ, dựa theo sự khác nhau về thể trọng mà bể tách mỡ sẽ tách dầu mỡ và các chất hoạt động bề mặt vào bể chứa dầu mỡ, còn dòng nước thải sẽ được dẫn vào bể điều hòa.

- Bể điều hòa: Có vai trò rất quan trọng trong việc điều hòa lưu lượng

dòng chảy và nồng độ chất thải trong nước thải.

- Bể aerotank: Nước thải từ bể điều hòa sẽ được đưa vào bể aerotank, tại đây, N và P sẽ được các vi sinh vật loại bỏ Bể Aerotank chứa các vi sinh vật hiếu khí giúp loại bỏ các chất hữu cơ, hiệu suất xử lý COD, BOD của bể Aerotank có thể lên đến 90%.

- Bể lắng: Nước thải theo dòng chảy đến bể lắng sinh học, tại đây, một phần bùn thải được tuần hoàn về lại bể Aerotank, còn lại sẽ được đưa về bể chứa bùn. Nước thải sau khi tách bùn sẽ đến bể khử trùng.

- Bể khử trùng: Các hóa chất khử trùng liên tục được bơm vào đây để loại bỏ hoàn toàn các vi khuẩn gây bệnh. Nước thải cuối cùng đạt QVCN 14:2015/BTNMT có thể xả thải ra nguồn tiếp nhận.

- Sử dụng công nghệ sinh học.

- Hiệu quả xử lý cao.

- Tiết kiệm chi phí đầu tư.

- Chi phí vận hành thấp.

- Sử dụng ít diện tích cho công trình

 Ưu điểm:

- Khó khăn trong việc bảo trì hệ thống.

- Quy trình xử lý khí phát sinh chưa đạt.

- Hay xảy ra trục trặc ở bơm hay cánh quạt của bơm ,các phao.

 Nhược Điểm:

 Đánh giá công nghệ

Hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt tại Trạm sửa chữa toa tàu lửa theo phương án 2 mang lại hiệu quả xử lí cao đạt QCVN 14:2008/BTNMT/Cột B. Với thiết kế hợp khối và nhỏ gọn cùng với sự tính toán khoa học trong việc xây dựng nên việc xử lí nước thải tại nhà máy luôn ổn định và hiệu quả.

Hố thu gom

Nước thải đầu vào

Bể tách dầu

Máy thổi khí

Bể điều hòa

Bể MBR

Bể chứa bùn

Clorine

Bể khử trùng

Chú thích

QCVN 14:2008 BTNMT

Đường nước thải Đường hóa chất Đường khí Đường bùn

2.3.2. Phương án 2

Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ phương án 2

 Thuyết minh công nghệ

- Nước thải sinh hoạt từ các khu vực khác nhau của nhà máy dẫn về bể thu

gom.

- Trong bể thu gom có bố trí 2 bơm WP01A/B bơm luân phiên bơm tới tách mỡ. Bơm WP01A; WP01B hoạt động theo tín hiệu phao mực nước trong bể, hoạt động luân phiên nhau theo thời gian 2h. Khi phao báo cạn bơm dừng, phao báo đầy 2 bơm cùng chạy, bình thường 1 bơm chạy.

- Sau khi tách mỡ chất nổi bể, nước thải tự chảy qua bể điều hòa để điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải. Từ bể điều hoà, nước thải được 02 bơm nước thải WP03A/B bơm luân phiên tới bể sinh học. Bơm WP03A, WP03B hoạt động theo tín hiệu phao mực nước trong bể, nước thải. Khi mực nước trong bể điều hoà dâng lên 1,5m bơm hoạt động & mực nước trong bể dưới 1m bơm ngừng hoạt động. hai bơm WP03A; WP03B hoạt động liên tục luân phiên theo thời gian 2h, nước thải sẽ được bơm về bể sinh học hiếu khí.

- Đây là công trình đơn vị quyết định hiệu quả xử lý của hệ thống, nồng độ bùn hoạt tính trong bể dao động từ 1.000-3.000mg MLSS/L. Nồng độ bùn hoạt tính càng cao, tải trọng hữu cơ áp dụng của bể càng lớn. Oxy (không khí) được cung cấp bằng 2 máy sục khí Ejector AS-01/02. Lượng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ -, và hòa tan thành nước và carbonic, nitơ hữu cơ và ammonia thành nitrat NO3 xáo trộn đều nước thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Cơ chế quá trình chuyển hóa chất hữu cơ (chất gây ô nhiễm) thành chất vô cơ (chất không gây ô nhiễm): Oxy hóa và tổng hợp.

- Sau quá trình xử lý, nước thải tự chảy qua bể khử trùng. Trong bể khử trùng nước thải được bơm hoá chất DS08 bơm hoá chất khử trùng (Cl) để tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải tới tiêu chuẩn cho phép và sau đó xả thải ra nguồn tiếp nhận. Nước thải sau xử lý đảm bảo đạt tiêu chuẩn (QCVN 14 – 2008, loại A).Sau khi lọc xong nước sẽ được đưa về cống thoát nước chung của đơn vị hoặc dùng cho mục đích tái sử dụng, nước đạt QCVN 14:2015/BTNMT.

 Ưu điểm:

- Xử lý nước thải bằng công nghệ màng MBR nên không cần bể lắng qya đó tiết kiệm diện tích. Kích bể nén bùn cũng không cần quá lớn. Do đó, có thể giảm được chi phí, diện tích cũng như thời gian xây dựng.

- Thời gian lưu nước chỉ từ 2.5 đến 5 giờ, trong khi những bể truyền thống

- Sử dụng công nghệ màng MBR thì nồng độ vi sinh MLSS trong bể cao, thời gian lưu bùn cũng lớn nên lượng bùn dư cũng ít. Điều này giúp tiết kiệm chi phí, thời gian để xử lý bùn thải. Bên cạnh đó, với nồng độ bùn hoạt tính trong bể cao nên có thể giảm thiểu tình trạng bùn nổi như những bể truyền thống khác.

- Với đặc trưng hoạt động, màng lọc sinh học MBR giúp giảm thể tích

thường mất hơn 6 giờ.

 Nhược điểm

+ Màng MBR thường hay xảy ra tình trạng bị nghẽn, tắc.

+ Bể MBR phải sử dụng đến hóa chất để làm sạch màng MBR theo định

của bể, giảm chi phí đầu tư.

 Đánh giá công nghệ

kỳ từ 6 – 12 tháng

2.3.3. Lựa chọn công nghệ tối ưu

Bảng 2.7. Hiệu suất của Phương án 1

STT Công trình Hiệu suất xử lí

Tài liệu tham khảo

1 Hố thu gom - -

STT Công trình Hiệu suất xử lí

Tài liệu tham khảo

2 Song chắn rác - Giảm 20% TSS [10]

3 Bể tách dầu mỡ Giảm 40% dầu [10]

mỡ

4 Bể điều hòa [10] Giảm 5% BOD5

5 Bể Aerotank [11]

Giảm 95% BOD5

Giảm 80% COD [11]

[12]

Giảm 91% Tổng P

[7] Giảm 90% NH4

[12] Giảm 76% SS

6 [1] Bể khử trùng

Giảm 96% colliform

7 - Bể nén bùn -

Bảng 2.8. Hiệu suất của Phương án 2

STT Công trình Hiệu suất xử Tài liệu tham khảo

lí

- Hố thu gom 1 -

2 [10]

Song chắn rác Giảm 20% TSS

3 [10]

Bể tách dầu mỡ Giảm 40% dầu mỡ

Bể điều hòa 4 [10]

Giảm 5% BOD5

5 Bể MBR [13]

Giảm 96% BOD5

[13]

Giảm 90% SS

[14]

Giảm 29% Tổng P

[13]

Giảm 29% Tổng N

[15]

Giảm 90% NH4

STT Công trình Hiệu suất xử Tài liệu tham khảo

lí

6 [3]

Bể khử trùng Giảm 96% coliform

7 Bể nén bùn - -

Bảng 2.9. So sánh ưu nhược điểm của 2 phương án

Phương án 1 Phương án 2

- Công suất cao.

- Cấu tạo đơn giản.

- Tải trọng chất ô nhiễm thay đổi ở giới hạn trong ngày. Ưu điểm - Dễ dàng xây dựng và vận hành.

- Ít tiêu thụ năng lượng - Diện tích sử dụng nhỏ hơn.

- Tốn vật liệu lọc do đó giá thành vận hành và quản lý cao.

- Chi phí vận hành đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao, không có khả năng thu hồi năng lượng. Nhược điểm

- Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ.

- Không khí ra khỏi bể lọc thường có mùi hôi thối xung quanh bể lọc có nhiều ruồi muỗi.

Căn cứ vào yêu cầu đối với nước thải đầu ra, xét thấy cả hai phương án trên đều cho hiệu quả xử lý tốt (đạt tiêu chẩn nước thải loại B theo QCVN:14/2008 BTNMT). Tuy nhiên hệ thống xử lý cho trạm trạm sửa chữa toa tàu lửa nên ưu tiên cho phương án nào có công suất cao và cấu tạo đơn giản. Xét thấy phương án 1 là ưu điểm hơn cả. Vì vậy, chọn phương án 1 để xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho Trạm toa tàu lửa công suất 100m3/ngày đêm.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CÔNG

TRÌNH ĐƠN VỊ CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI TOA TÀU LỬA CÔNG SUẤT 100M3

1. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân. Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán thiết kế công trình, 2014. Nhà xuất bản Đại Học Thành Phố Hồ Chí Minh.

2. Lê Văn Cát, Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P, 2007. Nhà xuất bản

3.1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN

3. Lâm Minh Triết, Tính toán thiết kế công trình Xử lý nước thải đô thị và

Khoa học tự nhiên và công nghệ.

4. Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình Xử lý nước thải, 2014.

công nghiệp,2014. Nhà xuất bản Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.

Nhà xuất bản Xây dựng.

3.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

- Hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt hoạt động 24/24 nên nước thải đổ ra

liên tục.

- Hệ thống nước thải có công suất 100M3 ngày / đêm.

- Tính chất nước thải là nước thải sinh hoạt.

- Ta có một vài thông số tính toán sau:

= 100 m3 ngày. đêm. - Lưu lượng trung bình ngày Q tb ⁄ ngày

- Lưu lượng trung bình giờ Q tb

- Ta dựa vào TCXDVN 51:2008 để tìm hệ số không điều hòa chung K0

- Lưu lượng trung bình giây Q tb h⁄ = 4,17 m3 ngày. đêm. s⁄ = 1,16 l s⁄ ngày. đêm.

Bảng 3.1. Hệ số không điều hòa cung K0

Lưu lượng nước thải trung bình (l/s)

5 10 20 50 100 300 500 1000

0 5000

Hệ số không điều hòa chung K0

2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 K0 max

0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 K0 min

Với việc ta có lưu lượng trung bình giây = 6,25 (l/s) và dựa vào bảng hệ

số không điều hòa chung, ta nội suy ra kết quả như sau:

Theo TCXDVN 51:2008, khi lưu lượng trung bình của nước thải nhỏ hơn

5 l/s thì lấy giá trị K0 của Qtb = 5 l/s

Lưu lượng lớn nhất:

ℎ × 𝐾0 𝑚𝑎𝑥 = 4,1667 × 2,5 = 10,4 (𝑚3/ℎ)

ℎ = 𝑄𝑡𝑏

𝑄𝑚𝑎𝑥

ℎ × 𝐾0 𝑚𝑖𝑛 = 4,1667 × 0,38 = 1,583 (𝑚3/ℎ)

Lưu lượng nhỏ nhất:

ℎ = 𝑄𝑡𝑏

𝑄𝑚𝑖𝑛

3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC ĐƠN VỊ CÔNG TRÌNH

3.3.1. Hố thu gom

= 5,2 𝑚3

𝑉𝑏 = 𝑄𝑚𝑎𝑥

ℎ × 𝑡 =

10.4 ∗ 30 60

 Thể tích bể thu gom:

ℎ =10,4 (m3/h) là lưu lượng nước thải lớn nhất giờ.

Trong đó:

+ 𝑄𝑚𝑎𝑥

+ t: Là thời gian lưu nước trong bể thường từ, t = 10 – 60 (phút).

Chọn t= 30 (phút)

 chiều cao xây dựng của bể thu gom:

H = Hh + Hbv = 1,2 + 0,3 = 1,5 (m)

 Diện tích của bể là:

𝐹 = = = 1.58 (𝑚2) 𝑉 𝐻 5.2 1,5

- Chọn chiều dài L = 2 m

- Chọn chiều rộng bể B = 0,79 m

 Công suất máy bơm:

𝑃 = 1.5 × = 0,4 (𝐾𝑊) 𝑄 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻 1000 × 𝜂

Trong đó: η – Hiệu suất chung của bờm, η = 0,72 – 0,93.

Chọn η = 0,8; ρ – Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3.[17]

Chọn 2 bơm chìm có công suất như nhau (2 máy hoạt động luân phiên).

Chọn bơm chìm Model 100BZ43.7 – 3,7KW/50Hz hãng Tsurumi – Nhật

Bản.

Bảng 3.2. Thông số thiết kế bể thu gom

STT Tên thông số Đơn vị Đơn vị Giá trị

1 Thời gian lưu nước T Phút 30

2 Chiều rộng B m 0,79

Kích thước bể gom

3 Chiều dài L m 2

4 Chiều cao H m 1,5

5 Đường kính ống dẫn nước thải D mm 60

6 Công suất bơm nước thải N KW 2

3.3.2. Bể tách dầu mỡ

 Diện tích bể:

𝐴 = = 0,083 𝑚2 𝑄 𝑉

Trong đó

Q: Lưu lượng nước thải Q = 4,17 (m³/h)

V: là vận tốc nước chảy trong bể v = 50 (m/h), theo Trịnh Xuân Lai. Xử

lý nước thải công nghiệp, NXB xây dựng, 2009. Trang 21.

 Chiều dài bể:

𝐿 = = 0,64 (𝑚) 𝐹 𝐵 Trong đó

Diện tích hữu ích của mặt nước F = 6.35 m²

B: Chọn chiều rộng B = 2m.

 Chiều cao xây dựng bể

Chiều cao hữu ích Hh = 1m

Chiều cao xây dựng của bể: H=Hh+Hbv=1 + 0,3=1,3 (m)

 Lượng dầu phải vớt

Cứ 1 m3 nước thải chứa 2‰ lượng dầu mỡ cần phải vớt. Vậy lượng dầu

trung bình cần phải vớt : 100 × 2‰ = 0,2 (m3/ng.đ).[18]

Bảng 3.3. Thông số thiết kế bể tách dầu mỡ

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

1 Chiều dài bể L m 2

2 Chiều rộng bể B m 0,64

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

3 Chiều cao xây dựng H m 1,3

4 Thời gian lưu nước phút t 30

5 Lượng dầu cần vớt m3/ng.đ - 0,2

3.3.3. Bể điều hòa

 Tính Toán thông số bể điều hòa

𝒕𝒃 × 𝒕 = 𝟏𝟔. 𝟔𝟕 𝒎³

Thế tích tính toán bể điều hòa

𝑽𝒕𝒕𝒐á𝒏 = 𝑸𝒉 Trong đó

t: thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4 - 8h. Chọn t= 4 (h)

Thể tích thực tế bể điều hòa

Vtt = 1.2 × Vtt = 20 m³

Chiều cao bể điều hòa

Hb = H + Hvt + Hbv = 2,8 (𝑚)

Trong đó

H là chiều sâu lớp nước. H= 1m

HVt là chiều cao vượt tải, HVT = 0,3 m

HBV là chiều cao bảo vệ HBV = 0,5 m

Chọn chiều rộng của bể: B = 2 (m)

Thì chiều dài của bể : L= 6 (m)

 Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa

Lượng khí nén cần thiết cho vào khuấy trộn:

Qkk = R × VXD = 0,004 (𝑚/𝑠)

Trong đó: R là tốc độ nén khí nằm trong khoảng 10-15 L/m³.phút. Đường kính ống dẫn khí

= 0,02 (m)

Dchính = √

4×Qkk π×vống

Số lỗ trên một ống nhánh

= 3 (𝑙ỗ) 𝑚𝑛 = 𝐹 𝑓

𝑙 = = 0,86 (𝑚) Khoảng cách giữa các lỗ 𝐿 𝑚𝑛

Bảng 3.4. Bảng thông số thiết kế bể điều hòa

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

1 Thời gian lưu nước t giờ 4

2 2 m Chiều rộng B

3 6 m Chiều dài L Kích thước bể điều hòa

4 1,8 m Chiều cao H

5 3 ống Số ống nhánh phân phối khí n

6 20 mm Đường kính ống dẫn khí chính Dc

9 3 Lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh mn

0,12 kW 10 Công suất máy thổi khí N

3.3.4. Bể Aerotank

 Thông số tính toán

1) Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra

SSph = 65% x SS ra = 32,5 (mg/l)

2) Lượng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lượng cặn có thể phân hủy sinh

học

BOD20 = SSph x 1.42 = 46,15 (mg/l)

𝐸 =

× 100 = 87,93 %

𝑆0 − 𝑆 𝑆0

3) Hiệu quả xử lý bể Aerotank theo BOD5 (theo SS) hòa tan

 Tính toán kích thước bể Aerotank

Thể tích bể Aerotank

= 28,58 (m³) Vr = θc × Q × Y × (S0 − S) X × (1 + Kd × θC)

Trong đó:

θc: thời gian lưu bùn trung bình trong bể Aerotank.

θc = 10 ngày (θc chọn từ 5 - 15 ngày).

Y = 0.6 mg bùn/ mg BOD5.

θc = 10 ngày.

Kd = 0.06 ngày.

S = 31.382 mg/l.

S0 = 260 mg/l.

X = 3000.

Q = 100.

Chiều cao xây dựng

𝐻 = ℎ + ℎ𝑏𝑣 + ℎ𝑣𝑡 = 2,8 (𝑚)

Trong đó:

h là chiều cao hữu ích, h= 2 (m)

hbv là chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 (m)

hvt là chiều cao vượt tải, hvt = 0,3 (m)

28,58

 Diện tích hữu ích của bể là:

2,8

 F = = = 10,2 (m2)

 Chọn chiều rộng bể B = 2.5 m

10,2

 Chiều dài bể:

2.5

L = = = 4,1 (M)

𝑉

28.58×24

 Thời gian lưu nước:

𝑄

100

 𝑡 = = = 6,9 (𝑔𝑖ờ)

 Tốc độ tăng trưởng của bùn:

= = 0,375 𝑌𝑏 = 0,6 1 + 0,06 + 10 𝑌 1 + 𝐾𝑑 + 𝜃𝐶

Trong đó: - θc: Thời gian lưu bùn, chọn Oc=10 (ngày).

- Y: Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5.

- Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1

 Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS:

Px = Yb × Q(S – S0) = 0,375 × 100(225 – 50)10-3 = 6,56 (kg/ngày)

 Lượng bùn xả ra trong 1 ngày:

𝑉×𝑋 𝑄𝑤×𝑋𝑤+𝑄𝑒×𝑋𝑒

𝑉×𝑋−𝑄𝑒×𝑋𝑒×𝜃𝑐 𝑋𝑤×𝜃𝑐

𝜃𝑐 = => 𝑄𝑤 =

Trong đó: -V: Thể tích bể Aerotank, V = 26,5 (m3 ).

- θc: Thời gian lưu bùn, chọn θc 10 (ngày).

- X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể

Aerotank,

- X = 2500 (mg/l)

- Xw: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bùn thải

Xw = (1 - 0,3) × 10000 = 7000 (mg/l)

- Xe : Nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng.

Xe = 0,7 × 50 = 35 mg/l. (0,7 là tỉ lệ cặn bay hơi trong tổng số cặn hữu

cơ)

- Qe : Lưu lượng nước thải vào hệ thống. Qe = 100 (m3 /ng.đ)

Từ đó tính được lưu lượng bùn thải:

= Qw = 26,5 × 2500 − 100 × 35 × 10 7000 × 10 V × X − Qe × Xe × θc Xw × θc

= 0,446 (m3/ngày)

 Xác định lượng bùn tuần hoàn:

Cân bằng vật chất cho bể Aerotank: Q x X0+ Qth x Xth= (Q + Qth ) x X

Trong đó:

Q: Lưu lượng nước thải.

Qth: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn.

X0: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aeroten (mg/l).

X: Nồng độ VSS ở bể Aerotank, X = 3000 (mg/l).

Xth: Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn Xth = 7000 (mg/l)

Chia 2 vế của phương trình này cho Q và đặt tỉ số α = Qth/Q (α được gọi

3000

là tỉ số tuần hoàn), ta được: 𝛼 × 𝑋𝑡ℎ = 𝑋 + 𝛼𝑋

7000−3000

𝑋 𝑋𝑡ℎ−𝑋

Hay 𝛼 = = = 0,75

=> Lưu lượng bùn tuần hoàn:

Qtb =  x Q = 0,75 x 100 = 75 (m3/ngày)

 Lưu oxy cần thiết cung cấp cho bể Aerotank:

− 1,42 × 6,56 0𝐶0 = − 1,42𝑃𝑥 = 𝑄 × (𝑆0 − 𝑆) 1000𝑓 100 × (225 − 50) 1000 × 0,6

= 19,85 ( ) 𝑘𝑔02 𝑛𝑔à𝑦

Trong đó: - f : Hệ số chuyển đổi BOD5 sang BOD20

 1,42: hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD

 Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:

) × 𝑂𝐶𝑡 = 𝑂𝐶0( 1 1,024(𝑇−20) × 1 𝛼 𝐶𝑠20 𝛽𝐶𝑠20 − 𝐶𝑑

Trong đó: - Cs20: Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 20oC

Cs20 = 9,08 mg/l

- Cd: Nồng độ oxy duy trì trong công trình xử lý nước

Cd = 1,5 ÷ 2 (mg/l), chọn Cd = 2 mg/l

- β: Hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước

thải thường lấy β = 1

- α: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào trong nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, các chất bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng kích thước bể, α = 0,6 ÷ 2,4. Chọn α = 0,7

- T: Nhiệt độ nước thải, T = 25oC

) × = 32,3 (kg/ngày) => 𝑂Ct = 19,85 × ( 9,08 9,08 − 2 1 1,02425−20 × 1 0,7

 Lượng không khí cần thiết:

- Chọn thiết bị phân phối dạng đĩa đường kính 170 mm

- Diện tích bề mặt 0,02 m3

- Lưu lượng riêng phân phối của đĩa Ω = 150 - 200 l/phút.

- Chọn Ω =200 l/phút

× 𝑓 𝑄𝑘 = 𝑂𝐶𝑡 𝑂𝑈

Trong đó: - OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối

khí

OU = Ou x h = 7 x 1,7 = 11,9 (gO2/m3)

Với Ou: Phụ thuộc vào hệ thống phân phối khí, Ou = 7 gO2/m3 .m

h: Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h = 1.7 m

32,3

- f : Hệ số an toàn, thường lấy f = 1,5 ÷ 2, chọn f = 1.8

10,5×10−3 × 1.8 = 5537,1 (𝑚3/𝑛𝑔à𝑦)

 𝑄𝑘 =

 Lượng đĩa thổi khí trong bể Aerotank

𝑛 = = = 19,2(đĩ𝑎) 𝑄𝑘 Ω 6152,4 × 103 200 × 24 × 60

Chọn n = 19 đĩa

0,283

Công suất của máy thổi khí:

× [( ) − 1] 𝑃𝑚 = 𝐺 × 𝑅 × 𝑇1 29,7 × 𝑛 × 𝑒 𝑃2 𝑃1

6152,4

Trong đó: - G: trọng lượng dòng không khí (kg/s)

24×3600

× 1,3 = 0,093 (𝑘𝑔/𝑠) 𝐺 = 𝑄𝑘 × 𝜌𝑘ℎí =

- R: hằng số khí, R = 8,314 kj/Kmol 0K

- T1: Nhiệt độ không khí đầu vào, T1 = 2980K

𝐾−1

1,395−1

- 29,7 là hệ số chuyển đổi

𝐾

1,395

- 𝑛 = = = 0,283 (K = 1,395 đối với không khí)

- e: Hiệu suất máy nén khí, chọn e = 0,8 (e = 0,7 – 0,9)

0,283

- P1 = 1 at; P2 = Hk +1 = 0,33 + 1 = 1,33(at)

× [( ) − 1] = 2,9(𝑘𝑊)  𝑃𝑚 = 0,093 × 8,314 × 298 29,7 × 0,283 × 0,8 1,33 1

 Ống dẫn khí

- Vận tốc khí trong ống dẫn chính là v= 15m/s

- Lưu lượng khí cần cung cấp, Qk = 7521,9 m 3 / ngày

- Đường kính ống dẫn khí chính:

𝐷 = √ = √ = 0,078(𝑚) 4 × 𝑄𝑘 𝜋 × 𝑣 4 × 6152,4 3,14 × 15 × 24 × 3600

Chọn D = 80mm

- Từ ống dẫn chính ta phân làm 5 ống nhánh cung chấp cho bề mặt, lưu

6152,4

′ =

lượng khí qua mỗi ống nhánh là:

𝑄𝑘 5

= = 1230,48 (m3/ngày) 𝑄𝐾

- Vận tốc trong ống dẫn nhánh là V’ = 15 m/s

 Đường kính ống dẫn khí nhánh:

𝑑 = √ = √ = 0,035(𝑚) 4 × 𝑄′𝑘 𝜋 × 𝑣′ 4 × 1230,48 3,14 × 15 × 24 × 3600

Chọn d=40mm

 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

- Chọn vận tốc bùn trong ông dẫn là: v = 1m/s

4×97,2

- lưu lượng tuần hoàn, Qth = 97,2 m3/ngày

𝐷𝑏 = √

4×𝑄𝑡ℎ 𝜋×𝑣′

3,14×1×24×3600

= 0,038(𝑚) = √

Chọn d = 40 mm. [20]

Bảng 3.5. Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aerotank

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

1 Thời gian lưu nước t giờ 6,9

2 Chiều rộng B m 2,5

3 Chiều dài L m 4,1 Kích thước bể Aerotank

4 Chiều cao H m 2,8

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

5 Đường kính ống dẫn khí chính D mm 80

6 Dường kính ống dẫn khí nhánh d mm 40

7 Lượng bùn tuần hoàn ngày m2/ngày 75 Qtb

8 kW 2,9 Công suất máy thổi khí Pm

9 dĩa 19 Lượng máy thổi khí trong bể n

3.3.5. Bể lắng

Bùn sinh ra từ bể Aeroten và các chất lơ lửng sẽ bị lắng ở bể lắng. Bùn

hoạt tính sẽ được tuần hoàn trở lại bể Aerotank.

ℎ × (1 + 𝛼) × 𝑋 𝑋𝑡ℎ × 𝑉𝐿

𝑄𝑡𝑏 𝐹 = = = 5,2 (𝑚2) 4,1667 × (1 + 0,7) × 2500 10000 × 0,34

Trong đó:

Q h tb: Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ, Q h tb = 5,4 (m3 /h)

X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten, X = 2500 (mg/l)

Xth: Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn, Xth = 10000 (mg/l)

α: Hệ số tuần hoàn, α = 0,7

VL: Tốc độ của bề mặt phân chia với nồng độ CL

𝑉𝐿 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 × 𝑒−𝐾×𝐶𝐿×10−6

Với Vmax = 7 m/s

10000

CL: Nồng độ cặn tại mặt cắt L (bề mặt phân chia)

𝑋𝑡ℎ 2

= = 5000 (mg/l) 𝐶𝐿 =

K=600, cặn chỉ số thể tích 50

= 0,35 (𝑚/ℎ) 𝑉𝐿 = 7 × 𝑒−600×5000×10−6

 Xây dựng bể lắng hình tròn, đường kính bể:

𝐷 = √ = √ = 2,574 (𝑚) 4 × 𝐹 𝜋 4 × 5,2 3,14

 Đường kính buồng phân phối trung tâm:

d = 20%D=0,2 x 2,574 = 0,515 (m)

 Diện tích buồng phân phối trung tâm:

𝑓 = 𝜋 × 𝑑2 = = 0,21 (𝑚2) 3,14 × 0,5152 4

 Diện tích bể lắng kể cả buồng phân phối trung tâm:

𝐹𝑏 = 𝐹 + 𝑓 = 5,2 + 0,21 = 5,41 (𝑚2)

 Tải trọng thủy lực:

𝛼 = = 19,23 (𝑚3/𝑚2. 𝑛𝑔à𝑦) 𝑄 𝐹 100 5,2

 Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể:

𝑉 = = = 0,8 (𝑚/ℎ) 𝑎 24 19,23 24

 Chọn chiều cao hữu ích của bể lắng hL = 1 m

 Chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,5 m

 Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m

 Chiều cao xây dựng bể lắng:

H = hL + hb + hbv = 1 + 0,5 + 0,5 = 2 (m)

 Thể tích vùng lắng:

(2,5742 − 0,5152) × 1 𝑉𝐿 = 𝜋 4 3,14 4

(𝐷2 − 𝑑2)ℎ𝐿 = = 5 (𝑚3)

Chọn VL = 5 (m3)

 Máng thu nước có đường kính bằng 0,8 đường kính bể

Dmáng = 0,8 x 2,936 = 2,349 (m), chọn Dmáng = 2,4 m

 Chiều dài máng thu nước

Lmáng =  x Dmáng = 3,14 x 2,4 = 7,536 (m), chọn Lmáng = 7,5 m

 Chọn chiều cao máng thu nước: hmáng = 0,5 (m)

 Máng bê tông cốt thép, dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ có dạng chữ V, góc 900

 Ống dẫn bùn

= √ = 0,038 (𝑚) 𝐷𝑏 = √ 4 × 𝑄𝑏 24 × 3600 × 𝑣 × 𝜋 4 × 97,7 24 × 3600 × 1 × 3,14

Chọn ống nhựa PVC có đường kính Db = 40 mm

Trong đó:

- Qb: Lưu lượng bùn

Qb = Qw + Qth = 0,5 + 97,2 = 97,7 (m3/ngày)

- Chọn vận tốc bùn chảy trong ống, v = 1m/s

 Công suất bơm tuần hoàn:

𝑁 = = = 0,07 (𝐾𝑊) 𝑄𝑡ℎ × 𝐻 × 𝜌 × 𝑔 1000 × 𝜂 1,125 × 10−3 × 5 × 1008 × 9,81 1000 × 0,8

Trong đó: - Qth: Lưu lượng bùn tuần hoàn

Qtb = 97,2 (m3/ngày) =1,125 x 10-3 (m3/s).

- H: Chiều cao cột áp (mH2O). chọn H = 5m

- ρ: Khối lượng riêng của bùn, = 1008 kg/m3

- η: Hiệu suất bơm (%), = 0,7 ÷ 0,9 (chọn = 0,8)

- g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.[19]

Bảng 3.6. Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

1 Đường kính bể D m 2,6

2 Chiều cao bể H m 2

3 m 7,5 Chiều dài máng thu nước Lmáng

4 m 2,4 Dmáng

Đường kính máng thu nước

5 Công suất bơm N kW 0,07

6 mm 40 Đường kính ống dẫn bùn Db

3.3.6. Bể khử trùng

Có chức năng loại bỏ vi khuẩn trong nước thải. Ở đây ta sử dụng hóa chất

Clo để khử trùng nước thải.

ℎ × 𝑡 = 4,1667 × 0,5 = 2,1 (𝑚3)

 Thể tích bể khử trùng

𝑉 = 𝑄𝑡𝑏

Trong đó:

ℎ : lưu lượng nước thải trung bình theo giờ.

- t: thời gian tiếp xúc Clo với nước thải, chọn t = 30 phút = 0,5 giờ

- 𝑄𝑡𝑏

 Chọn bể hình chữ nhật

𝑉

2,1

 Chọn chiều cao bể: H = 1,5 m

𝐻

1,5

 Diện tích bề mặt bể: 𝐹 = = = 1,4 (𝑚2)

 Chọn kích thước bể: L x B = 1,6m x 0,8m

 Lượng Clo cần thiết để khử trùng nước thải:

ℎ = 3 × 10−3 × 4,1667 = 12,5 × 10−3(𝑘𝑔/ℎ)

𝑚 = 𝑎 × 𝑄𝑡𝑏

ℎ : lưu lượng nước thải trung bình theo giờ.

Trong đó:

- 𝑄𝑡𝑏

- a: liều lượng Clo hoạt tính trong nước thải sau khi đã qua xử lý sinh học

hoàn toàn, a = 3 mg/l = 3x10-3 kg/m3

 Lượng Clo dùng trong 1 ngày:

m = 12,5 x 10-3 x 24 = 0,3 (kg/ngày)

Lượng Clo dùng trong 1 tháng:

M = 0,3 x 30 = 9 (kg/tháng)

 Thể tích bình chứa Clo:

𝑉 = = = (6,12 𝑚3) 𝑀 𝜌 9 1,47

Với ρ= 1,47 kg/m3: trọng lượng riêng của Clo. [17]

Bảng 3.7. Tóm tắt các thông số thiết kế bể khử trùng

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

1 Kích thước bể Chiều rộng B m 0,8

2 Chiều dài L m 1,6

3 Chiều cao H m 1,5

4 Lượng Clo tiêu thụ kg/ngày 0,3 m

5 Thể tích bình Clo m3 6,12 V

3.3.7. Bể nén bùn

Có chức năng làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư bằng cách nén cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (95 ÷ 97%) phục vụ cho quá trình xử lý bùn phía sau.

Chọn thời gian lưu bùn: t = 2 ngày

 Thể tích bể nén bùn:

V = t x Qw = 2 x 0,5 = 1 (m3)

Với Qw: lượng bùn xả ra trong 1 ngày, Qw = 0,5 (m3/ngày)

 Chọn bể hình chữ nhật, đáy có độ dốc 45% để tháo bùn

Chọn kích thước bể: L x B x H = 1,1 x 1 x 1

Kích thước đáy bể: 1m x 0,75m

Chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m

0,5

Chiều cao tính theo độ dốc đáy bể:

× 0,45 = 0,1 (𝑚) ℎ𝑑 =

Chiều cao xây dựng bể nén bùn: Hxd = 1 + 0,3 + 0,1 = 1,4 (m)

 Khối lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày:

M = S x Qw x 2% = 1,005 x 0,5 x 2% = 11 x 10-3 (tấn/ngày) = 11 (kg/ngày)

Trong đó:

- Qw: Lượng bùn xả ra trong 1 ngày, Qw = 0,5 (m3/ngày)

- S: Tỷ trọng cặn, S = 1,005 (tấn/ngày)

- 2%: Nồng độ bùn sau khi ép

 Đường kính ống dẫn bùn

Chọn vận tốc chảy trong ống dẫn bùn v = 0,01 (m/s)

𝐷 = √ = √ = 0,027 (𝑚) 4 × 𝑄𝑤 𝜋 × 𝑣 4 × 0,5 3,14 × 0,01 × 24 × 3600

Chọn D = 30 mm. [19]

Bảng 3.8. Tóm tắt các thông số thiết kế bể nén bùn

STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

1 Kích thước bể B m 1

Chiều rộng

Chiều dài L m 1,1 2

m 1,4 3 Chiều cao Hxh

30 Đường kính ống dẫn bùn D mm 4

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

4.1. KẾT LUẬN

Theo khoảng 1 điều 23 Nghị định số 80/2014/NĐ – CP về thoát nước và xử lý nước thải. Giải pháp xử lý nước thải phi tập trung được áp dụng đối với các khu hoặc cụm dân cư, khu đô thị mới, hộ gia đình, cơ sở sản xuất kinh doanh, dịch vụ, sản xuất tiểu thủ công nghiệp, làng nghề, chợ, trường học, khu nghỉ dưỡng hoặc các khu vực bị hạn chế bởi đất đai, địa hình... không có khả năng hoặc chưa thể kết nối với hệ thống thoát nước tập trung.

Nhìn chung từ quá trình hoạt động của các trạm sửa chữa toa tàu lửa ta có thể nhận thấy hàm lượng chất thải khá cao mà trong đó thành phần thải được xem là quan trọng nhất chính là nước thải. Nước thải của các trường đại học có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân trong khu vực và các loại sinh vật sống gần nguồn thải do các chỉ số pH, COD, BOD5, SS, Tổng N đều vượt quá tiêu chuẩn chất lượng nước thải ra môi trường.

Nhìn chung, từ hoạt động của trạm xử lí toa tàu lửa, ta có thể phân tích ra thành phần, tính chất nước thải của trạm toa tàu lửa là hàm lượng BOD5 ,COD, TSS, Tổng N và P cao và các tác hại khi thải nguồn nước thải này trực tiếp ra môi trường, nước thải gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường sống.

Hệ thống xử lí nước thải của trạm sửa chữa toa tàu lửa với công nghệ sinh

học hiếu khí. Các thông số thiết kế gồm có:

1. Hố thu gom với kích thước 2 x 0,79 x 1,5 và có thời gian lưu nước là

2h, là nơi tập trung nước thải.

2. Bể tách dầu mỡ có kích thước là 2 x 0,64 x 1,3 và có thời gian lưu nước

là 30 phút, xử lí được 40% dầu mỡ.

3. Bể điều hòa với kích thước 4 x 2 x 6, giảm 5% BOD5, có tác dụng ổn

định tính chất nước, hàm lượng và pH của nước thải..

4. Bể Aerotank điều hòa có kích thước là 6 x 2 x 1,8, có thời gian lưu nước là 4 giờ và xử lí được 90% BOD5, 80% COD, 91% Tổng P, 90% NH4 và 76% SS.

5. Bể lắng giảm được 80% SS, giảm hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong

nước thải.

6. Bể khử trùng với thông số thiết kế 1,6 x 0,8 x 1,5 và xử lí được 96%

coliform.

7. Bể nén bùn với thông số thiết kế 1,1 x 1 x 1,4.

4.2. KIẾN NGHỊ

- Trạm sửa chữa toa tàu lửa cần thường xuyên kiểm qua, quan trắc chất

- Khi xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho trạm sửa chữa toa tàu lửa cần thực hiện tốt các vấn đề về qui hoạch, thiết kế hệ thống xử lý nước thải sao cho phù hợp với qui hoạch chung của các trạm sửa chữa toa tàu và công suất đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai.

- Ban quản lí cần đảm bảo công tác vận hành đúng kĩ thuật.

lượng nước đầu vào để theo dõi, kiểm tra nguồn phát thải.

- Ban quản lí trạm sửa chữa toa tàu cần thường xuyên quan trắc chất lượng nước đầu ra để theo dõi, đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lí nước thải trạm sửa chữa toa tàu.

- Cần tiền hành bảo trì, kiểm tra hệ thống xử lí nước thải trạm xử lí tàu

thường xuyên.

4.3. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HẠN CHẾ

- Do lượng nước thải ra không đều nên lượng bùn trong các bể thu gom

4.3.1. Những khó khăn còn tồn tại trong hai hệ thống xử lí nước thải

- Các loại bơm chìm có tuổi thọ lâu năm nên thường hay bị sự cố tắt bơm,

thường xảy ra hiện tượng đóng cục, gây khó khăn cho bơm chìm.

- Song chắn rác có khe hở quá lớn nên thường không giữ hết lại rác thải

cháy bơm,…

- Lượng vi sinh sản sinh ra ít nên thường phải bổ sung thêm vi sinh và chất

được, gây tắc bơm.

dinh dưỡng.

- Phải thường xuyên vệ sinh các hố thu gom, các sọt chắn rác để các con

4.3.2. Biện pháp khắc phục

- Mỗi lần bảo trì cần phải thử phao cho thật kĩ để đảm bảo bơm hoạt động

bơm hoạt động ổn định và tốt nhất.

- Thường xuyên lau chùi các máy móc thiết bị trong hệ thống, tránh hiện

bình thường.

- Bảo trì – khuấy trộn bồn chứa hóa chất thường xuyên để tránh hiện tượng

tượng bụi bám quá nhiều vào các tủ điện, máy thổi khí,…

- Kiểm tra cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở của các máy móc

đóng cục trong bồn chứa.

- Thường xuyên rửa bồn lọc để chất lượng nước đạt tốt nhất và không bị

thiết bị để kiểm soát khả năng hoạt động ổn định của hệ thống.

- Lập kế hoạch bảo trì – bảo dưỡng hệ thống định kỳ, sửa chữa – thay mới các thiết bị hư hỏng, đảm bảo hệ thống hoạt động một cách ổn định và hiệu quả.

nghẹt lọc.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lâm Minh Triết, Trần Hiếu Nhuệ và cộng sự, 2015. Xử lí nước thải

tập 1, Nhà xuất bản Xây dựng.

[2] Phạm Thị Tố Oanh, 2018. Kỹ thuật Xử lí nước thải, Nhà xuất bản

Xây dựng.

[3] Trịnh Xuân Lai, Nguyễn Trọng Dương, 2009. Xử lí nước thải công

nghiệp, Nhà xuất bản Xây dựng.

[4] Trần Văn Ngân, Ngô Thị Nga, 2009. Giáo trình Công nghệ xử lí nước

thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

[5] Trần Đức Hạ, Trần Thị Việt Nga, Đặng Thị Thanh Huyền, Trần Thị Hiền hoa, 2017. Kỹ thuật màng lọc trong xử lý nước cấp và nước thải, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.

[6] Nguyễn Văn Phước, 2014. Giáo trình xử lý nước thải bằng phương

pháp sinh học. NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.

[7] Lương Đức Phẩm, 2009. Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp

sinh học. NXB giáo dục Việt Nam.

[8] Lâm Minh Triết, 2015. Giáo trình Kỹ thuật môi trường. Nhà xuất

bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Thành phố Hồ Chí Minh. Trang 290.

[9] Nguyễn Văn Phước, 2014. Giáo trình xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Thành phố Hồ Chí Minh.

[10] United States Environmental Protection Agency, Wastewater

Technology Fact Sheet Screening and Grit Removal.

[11] Nguyễn Văn Phước, 2010. Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và

công nghiệp bằng phương pháp sinh học. Nhà xuất bản Xây dựng.

[12] Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering-Treatment and Reuse,

2003. Fourth Edition, McGraw Hill. Inc.

[13] Nguyễn Xuân Hoàng, Lê Anh Thư, Nguyễn Minh Thư, Lê Hoàng

Việt, Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng công nghệ A2/O - MBR, 2019.Tạp chí khoa học trường Đại học Cần Thơ, tập 55 (I), 149 -156.

[14] Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2017. Khảo sát thời gian lưu nước của bể MBBR để xử lý nước thải sản xuất mía đường. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. Số chuyên đề: Môi trường và Biến đổi khí hậu.

[15] Trần Thị Huyền Nga, Đặng Thị Thanh Huyền, Nguyễn Mạnh Khải, 2018. Nghiên cứu chế tạo vật liệu mang vi sinh vật dạng chuyển động từ đá thủy tinh ứng dụng trong hệ bùn hoạt tính để xử lí nước thải sinh hoạt. Tạp chí Khoa học và công nghệ số 60, trang 50-53.

[16] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 51:2008.

[17] Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân. Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán thiết kế công trình, 2014. Nhà xuất bản Đại Học TP. Hồ Chí Minh.

[18] Lê Văn Cát, Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P, 2007. Nhà xuất

bản Khoa học tự nhiên và công nghệ.

[19] Lâm Minh Triết, Tính toán thiết kế công trình Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, 2014. Nhà xuất bản Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.

[20] Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình Xử lý nước thải,

2014. Nhà xuất bản Xây dựng.

PHỤ LỤC BẢN VẼ CHI TIẾT