Đồ án Tốt Nghiệp: Thiết kế Trạm Xử Lý Nước Thải Khu Đô Thị An Bình Tân, Nha Trang, Công suất 3000 m³/ng.đ

Giới thiệu chi tiết quy trình thiết kế trạm xử lý nước thải công suất 3000 m³/ngày tại An Bình Tân, Nha Trang. Giải pháp kỹ thuật hiện đại bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Phạm Thị Ngọc Trinh
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngọc Thiệp
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt khu đô thị An Bình Tân, Tp Nha Trang công suất 3000 m³/ng.đ
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế trạm xử lý nước thải khu đô thị An Bình Tân TP Nha Trang

Khu đô thị An Bình Tân nằm tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Đây là khu dân cư mới với quy hoạch hiện đại, mật độ dân số ngày càng tăng. Lượng nước thải sinh hoạt phát sinh lớn, cần được thu gom và xử lý đạt quy chuẩn trước khi thải ra môi trường. Đồ án tốt nghiệp này đề xuất thiết kế trạm xử lý nước thải công suất 3000 m3/ngày. Mục tiêu đảm bảo nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT, cột B. Quá trình thiết kế bao gồm tính toán các hạng mục công trình từ thu gom đến xử lý. Hệ thống áp dụng công nghệ sinh học kết hợp xử lý cơ học và hóa lý. Địa hình, khí hậu Nha Trang được xem xét kỹ trong phương án thiết kế. Đồ án do sinh viên Phạm Thị Ngọc Trinh thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Ngọc Thiệp tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh năm 2019.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm khu đô thị An Bình Tân

Khu đô thị An Bình Tân thuộc thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Thành phố nằm ven biển miền Trung Việt Nam, có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Mùa mưa kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12 với lượng mưa lớn. Khu đô thị được quy hoạch đồng bộ với hệ thống hạ tầng kỹ thuật hiện đại. Mật độ dân cư tăng nhanh kéo theo nhu cầu xử lý nước thải cấp bách. Địa hình khu vực tương đối bằng phẳng, thuận lợi cho việc bố trí hệ thống thoát nước và trạm xử lý. Nguồn nước thải chủ yếu từ sinh hoạt hộ gia đình, thương mại dịch vụ.

1.2. Nguồn gốc và tính chất nước thải sinh hoạt khu đô thị

Nước thải sinh hoạt khu đô thị An Bình Tân phát sinh từ nhiều nguồn. Bao gồm nước thải từ nhà ở, công trình công cộng, dịch vụ thương mại. Thành phần chính gồm chất hữu cơ, chất lơ lửng, nitơ, phosphor. Các thông số ô nhiễm đặc trưng: BOD5, COD, TSS, N-NH4+, P-PO43-. Nước thải còn chứa dầu mỡ từ quá trình nấu nướng, chế biến thực phẩm. Hàm lượng vi sinh vật gây bệnh cao. Nước thải có tính chất dễ phân hủy sinh học. Tỷ lệ BOD5/COD lớn hơn 0.4 cho thấy khả năng xử lý bằng phương pháp sinh học hiệu quả. Nhiệt độ nước thải dao động theo mùa, ảnh hưởng đến hoạt tính vi sinh vật.

II. Phân tích đặc điểm nước thải và vấn đề ô nhiễm tại khu đô thị

Nước thải sinh hoạt khu đô thị An Bình Tân chứa nhiều thành phần ô nhiễm. Hàm lượng chất hữu cơ cao thể hiện qua chỉ tiêu BOD5 và COD. Chất lơ lửng TSS vượt ngưỡng cho phép nếu không xử lý. Dầu mỡ động vật, thực vật gây tắc nghẽn hệ thống thoát nước. Các hợp chất nitơ, phosphor dẫn đến hiện tượng phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận. Vi sinh vật gây bệnh trong nước thải đe dọa sức khỏe cộng đồng. Nếu xả trực tiếp ra môi trường, nước thải sẽ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm. Sông Cái Nha Trang chịu áp lực lớn từ nguồn thải đô thị. Cá sinh vật thủy sinh bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Mùi hôi phát sinh từ quá trình phân hủy yếm khí. Cần giải pháp xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường.

2.1. Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt có các thông số ô nhiễm chính cần quan tâm. BOD5 phản ánh hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, thường ở mức 150-300 mg/L. COD cho biết tổng chất hữu cơ trong nước thải, cao hơn BOD5 từ 1.5-2.5 lần. TSS gồm chất lơ lửng vô cơ và hữu cơ, gây đục nước. Nito và Photpho là nguyên nhân gây phú dưỡng. Coliform thể hiện mức độ nhiễm khuẩn. Dầu mỡ gây cản trở quá trình xử lý sinh học. pH nước thải thường dao động 6.5-8.5. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh học.

2.2. Tác động của nước thải chưa xử lý đến môi trường

Nước thải sinh hoạt xả trực tiếp gây ô nhiễm nghiêm trọng. Chất hữu cơ phân hủy tiêu hao oxy hòa tan trong nước, gây chết cá. Chất lơ lửng lắng đọng làm bồi lấp lòng sông, suối. Dầu mỡ tạo màng trên bề mặt ngăn cản trao đổi oxy. Nitơ, Photpho gây phú dưỡng, tảo phát triển mạnh. Vi sinh vật gây bệnh lây lan qua nguồn nước. Mùi hôi ảnh hưởng đời sống người dân xung quanh. Nước ngầm bị ô nhiễm ảnh hưởng nguồn nước sạch. Hệ sinh thái thủy sinh bị suy thoái. Ô nhiễm kéo dài khó phục hồi.

III. Giải pháp công nghệ xử lý nước thải công suất 3000 m3 ngày

Trạm xử lý nước thải áp dụng quy trình công nghệ kết hợp nhiều phương pháp. Giai đoạn sơ bộ gồm song chắn rác thô, bể thu gom, lưới lọc rác tinh. Bể tách dầu mỡ loại bỏ mỡ động vật, thực vật trước khi vào hệ thống xử lý chính. Bể điều hòa ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải đầu vào. Công nghệ sinh học sử dụng bể Anoxic kết hợp Aerotank. Quá trình nitrat hóa và khử nitrat diễn ra đồng thời. Bùn hoạt tính tuần hoàn duy trì mật độ vi sinh vật phù hợp. Bể lắng sinh học tách bùn và nước trong. Bể khử trùng bằng Chlorine diệt vi sinh vật gây bệnh. Bùn dư được xử lý qua bể nén bùn. Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột B trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

3.1. Quy trình xử lý cơ học và hóa lý ban đầu

Giai đoạn cơ học loại bỏ các tạp chất thô và dầu mỡ. Song chắn rác thô giữ lại rác có kích thước lớn hơn 20mm. Bể thu gom tập trung nước thải từ các nguồn. Lưới lọc rác tinh loại bỏ rác nhỏ hơn 10mm. Bể tách dầu mỡ nhiều ngăn tách mỡ động vật, thực vật. Bể lắng cát loại bỏ hạt cát vô cơ, bảo vệ thiết bị phía sau. Phương pháp keo tụ tạo bông được sử dụng khi cần tăng hiệu quả loại bỏ chất lơ lửng. Công trình đầu mối đảm bảo vận hành ổn định cho toàn hệ thống.

3.2. Công nghệ sinh học xử lý nước thải Aerotank

Bể Aerotank là công trình chính trong quy trình xử lý sinh học. Vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Sục khí cung cấp oxy hòa tan duy trì hoạt tính vi sinh vật. Bùn hoạt tính chứa vi khuẩn hiếu khí chuyển hóa BOD5 và COD. Bể Anoxic phía trước tạo vùng thiếu khí cho quá trình khử nitrat. Bùn tuần hoàn từ bể lắng duy trì nồng độ vi sinh vật. Thời gian lưu nước từ 6-8 giờ đảm bảo hiệu quả xử lý. Hệ thống sục khí khuếch tán phân phối đều oxy trong bể.

IV. Kết luận và ứng dụng thiết kế trạm xử lý nước thải An Bình Tân

Đồ án đã hoàn thành thiết kế trạm xử lý nước thải khu đô thị An Bình Tân. Công suất thiết kế đạt 3000 m3/ngày đêm. Quy trình công nghệ đáp ứng yêu cầu xử lý nước thải sinh hoạt đô thị. Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột B. Các hạng mục công trình được tính toán chi tiết, chính xác. Kết quả thiết kế có thể áp dụng cho các khu đô thị tương tự. Công nghệ Aerotank kết hợp Anoxic mang lại hiệu quả cao. Chi phí đầu tư và vận hành phù hợp điều kiện địa phương. Đồ án đóng góp vào giải pháp bảo vệ môi trường Nha Trang. Nghiên cứu mở rộng có thể tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí vận hành.

4.1. Kết quả đạt được của đề tài thiết kế

Đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung nghiên cứu. Xác định chính xác lưu lượng và thành phần nước thải đầu vào. Lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với điều kiện địa phương. Tính toán thiết kế các hạng mục công trình chi tiết. Song chắn rác, bể Aerotank, bể lắng, bể khử trùng được thiết kế đầy đủ. Hiệu suất xử lý BOD5 đạt trên 90%, TSS đạt trên 85%. Nito và Photpho được loại bỏ đáng kể. Chi phí đầu tư ước tính hợp lý. Bản vẽ thiết kế thể hiện rõ ràng bố trí công trình.

4.2. Ứng dụng và hướng phát triển đề tài

Kết quả đề tài có thể áp dụng cho các khu đô thị mới tại Nha Trang. Quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện khí hậu miền Trung. Mô hình có thể điều chỉnh cho các công suất khác nhau. Hướng phát triển bao gồm tối ưu hóa hệ thống sục khí tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu áp dụng công nghệ MBR thay thế bể lắng truyền thống. Tích hợp hệ thống giám sát tự động hóa. Thu hồi biogas từ bùn dư tăng hiệu quả kinh tế. Mở rộng quy mô cho khu vực lân cận. Đào tạo vận hành cho nhân viên kỹ thuật địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN KHU ĐÔ THỊ AN BÌNH TÂN, TP NHA TRANG 1.1 Vị trí địa lý Khu đô thị An Bình Tân Nha Trang tọa lạc tại vị trí đặc biệt thuộc Phường Phước Long, Tp Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa với ranh tiếp giáp: - Phía nam giới hạn bởi sông Tắc - Phía Tây giáp sông Quán Trường - Phía Bắc giáp dự án khác - Phía Đông giáp đường số 1 2 Tổng diện tích khu đất: 716911 m (71.1: Dự án khu đô thị An Bình Tân, Tp Nha Trang (Nguồn: http://anbinhtannhatrang.com/) Khu đô thị An Bình Tân chính là cửa ngỏ đi vào thành phố, có hệ thống giao thông tiện lợi kết nối từ đại lộ Nguyễn Tất Thành, khu hành chính mới của tỉnh Khánh Hòa, đường Lê Hồng Phong, trung tâm thành phố Nha Trang và sân bay Cam Ranh, địa hình tương đối bằng phẳng dốc thoải từ Bắc xuống Nam, vì nằm trong lòng Tp Nha Trang.1: Bảng cân đối chỉ tiêu quy hoạch sử dụng đất Diện tích STT Loại đất 2 Tỷ lệ % (m ) Đất xây dựng nhà ở 351443 49.02 Đất nhà vườn, biệt thự 132655 1 Đất nhà ở liền kề 146304 Đất chung cư cao tầng 72484 Đất xây dựng công trình công cộng, dịch vụ 52915 7.38 Trường trung học cơ sở 9453 Trường tiểu học 9381 2 Trường mầm non 12406 Đất xây dựng công trình hỗn hợp thương mại, văn 16332 phòng, căn hộ … Trụ sở ban quản lý dự án 5343 Đất cây xanh, hạ tầng kỹ thuật, giao thông, vỉa hè 312553 43.6 Đất hạ tầng kỹ thuật 3254 3 Đất cây xanh, TDTT, mặt nước 70379 Đất giao thông 234678 đất bãi để xe tập trung 4242 TỔNG CỘNG 716911 100 1.2 Đặc điểm khí hậu Nha Trang có khí hậu nhiệt đới xavan chịu ảnh hưởng của khí hậu đại dương. Khí hậu Nha Trang tương đối ôn hòa, nhiệt độ trung bình năm là 26,3⁰C. Có mùa đông ít lạnh và mùa mưa kéo dài. Mùa mưa lệch về mùa đông bắt đầu từ tháng 9 và kết thúc vào tháng 12 dương lịch, lượng mưa chiếm gần 80% lượng mưa cả năm (1.

Khoảng 10 đến 20% số năm mùa mưa bắt đầu từ tháng 7, 8 và kết thúc sớm vào tháng 11. So với các tỉnh Duyên hải Nam Trung Bộ, Nha Trang là vùng có điều kiện khí hậu thời tiết khá thuận lợi để khai thác du lịch hầu như quanh năm. Những đặc trưng chủ yếu của khí hậu Nha Trang là: nhiệt độ ôn hòa quanh năm (25⁰C - 26⁰C), tổng tích ôn lớn (> 9.5000C), sự phân mùa khá rõ rệt (mùa mưa và mùa khô) và ít bị ảnh hưởng của bão 5 Bảng 1.2: Dữ liệu khí hậu Nha Trang Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm 31.5 o Cao kỷ lục C 26.1 Trung bình cao 23.6 oC Trung bình o 21.9 ngày C Trung bình o 14.6 thấp C 6 Thấp kỉ lục C o 38 16 31 35 70 59 36 50 159 302 332 153 1280 Lượng mưa, 78.5 Số ngày mưa 185 208 261 258 255 230 242 233 202 183 142 142 2540 trung bình Số giờ nắng trung bình hàng tháng Nguồn: Vietnam Institute for Building Science and Technology 1.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1 Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt khi dự án khu đô thị đi vào hoạt động chủ yếu từ quá trình sinh hoạt của dân cư tại: - Khu căn hộ cao cấp. - Khu biệt thự.

- Khu dân cư, thương mại, vui chơi giải trí. - Hoạt động chế biến thực phẩm của các nhà hàng, khách sạn, nhà ăn. - Các cán bộ công nhân viên phục vụ. Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hoà tan (thông qua các chỉ tiêu BOD 5/COD), các chất dinh dưỡng (Nitơ, phospho), các vi trùng gây bệnh (E.Coli, coliíbrm…) Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào: - Lưu lượng nước thải - Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào - Mức sống, điều kiện sống và tập quán sống - Điều kiện khí hậu 1.2 Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước thải.

Ngoài ra lượng nước thải ít hay nhiều còn phụ thuộc vào tập quán sinh hoạt. Thành phần nước thải sinh hoạt gồm 2 loại : - Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết con người từ các phòng vệ sinh. - Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã, dầu mỡ từ các nhà bếp của các nhà hàng, khách sạn, các chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt từ các phòng tắm, nước rửa vệ sinh sàn nhà… Đặc tính và thành phần tính chất của nước thải sinh hoạt từ các khu phát sinh nước thải này tương đối giông nhau, chủ yếu là các chất hữu cơ, trong đó phần lớn các loại carbonhydrate, protein, lipid là các chất dễ bị vi sinh vật phân hủy. Khi phân hủy thì vi sinh vật cần lấy oxi hòa tan trong nước để chuyển hóa các chất hữu cơ trên thành 7 CO2, N2, H2O, CH4… Chỉ thị cho lượng chất hữu cơ có trong nước thải có khả năng bị phân hủy hiếu khí bởi vi sinh vật chính là chỉ số BOD5.

Chỉ số này biểu diễn lượng oxi cần thiết mà vi sinh vật phải tiêu thụ để phân hủy lượng chất hữu cơ có trong nước thải. Như vậy chỉ số BOD5 càng cao cho thấy chất hữu cơ có trong nước thải càng lớn, oxi hòa tan trong nước thải ban đầu bị tiêu thụ nhiều hơn, mức độ ô nhiễm của nước thải cao hơn.3 Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải Thông số vật lý  Hàm lượng chất rắn lơ lửng Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids – (T)SS – SS) có thể có bản chất là: - Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù ( phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét) - Các chất hữu cơ không tan - Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…). Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng làm cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý.  Mùi Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H 2S (mùi trứng thối).

Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S.  Độ màu Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do các sản phẩm được tạo ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Đơn vị đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt-Co) Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải. Thông số hóa học  Độ pH của nước + pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.

8 Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hoà tan trong nước. pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Độ pH có ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường  Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD) Theo định nghĩa, nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh), về bản chất, đây là thông số được sử dụng để xác định tổng hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước, bao gồm cả nguồn gốc sinh vật và phi sinh vật.

Trong môi trường nước tự nhiên, ở điều kiện thuận lợi nhất cũng cần đến 20 ngày để quá trình oxy hóa chất hữu cơ được hoàn tất. Tuy nhiên, nếu tiến hành oxy hóa chất hữu cơ bằng chất oxy hóa mạnh (mạnh hơn hẳn oxy) đồng thời lại thực hiện phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao thì quá trình oxy hóa có thể hoàn tất trong thời gian rút ngắn hơn nhiều. Đây là ưu điểm nổi bật của thông số này nhằm có được số liệu tương đối về mức độ ô nhiễm hữu cơ trong thời gian rất ngắn. COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.

 Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand – BOD) Về định nghĩa, thông số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện chuẩn: 20°C, ủ mẫu 5 ngày đêm, trong bóng tối, giàu oxy và vi khuẩn hiếu khí. Nói cách khác, BOD biểu thị lượng giảm oxy hòa tan sau 5 ngày. Thông số BOD5 sẽ càng lớn nếu mẫu nước càng chứa nhiều chất hữu cơ có thể dùng làm thức ăn cho vi khuẩn, hay là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (Carbonhydrat, protein, lipid.) BOD là một thông số quan trọng: - Là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước và nước thải. - Là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thuỷ vực thiên nhiên.

- Là thông số bắt buộc để tính toán mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường. 9  Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen – DO) Tất cả các sinh vật sống đều phụ thuộc vào oxy dưới dạng này hay dạng khác để duy trì các tiến trình trao đổi chất nhằm sinh ra năng lượng phục vụ cho quá trình phát triển và sinh sản của mình. Oxy là yếu tố quan trọng đồi với con người cũng như các thủy sinh vật khác. Oxy là chất khí hoạt động hóa học mạnh, tham gia mạnh mẽ vào các quá trình hóa sinh học trong nước: 2+ 2+ 2- - Oxy hóa các chất khử vô cơ: Fe , Mn , S , NH3… - Oxy hóa các chất hữu cơ trong nước, và kết quả của quá trình này là nước nhiễm bẩn trở nên sạch hơn.

Quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, được thực hiện nhờ vai trò quan trọng của một số vi sinh vật hiếu khí trong nước. Oxy là chất oxy hóa quan trọng giúp các sinh vật nước tồn tại và phát triển. Các quá trình trên đều tiêu thụ oxy hòa tan.