Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt tại TP. Tân An 4500m3

Đồ án tốt nghiệp trình bày chi tiết tính toán, thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt công suất 4500m3/ngày tại thành phố Tân An, Long An.

• Tác giả: Lê Tiến Kỳ
• Người hướng dẫn: Trần Thị Tường Vân
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Đồ án xử lý nước thải sinh hoạt TP. Tân An (4500m3)
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt TP

Đồ án xử lý nước thải sinh hoạt TP. Tân An với công suất 4500m³/ngày đề xuất giải pháp toàn diện cho vấn đề ô nhiễm nguồn nước đang ngày càng trở nên cấp bách. Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại TP. Tân An, sự gia tăng dân số kéo theo lượng nước thải sinh hoạt tăng vọt, làm cho môi trường nước ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng. Đề tài này nhằm thiết kế xây dựng một hệ thống xử lý nước thải hiện đại, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường, trước khi xả vào sông Vàm Cỏ Tây. Mục tiêu chính là cải thiện chất lượng nước thải, bảo vệ môi trường nước và phát triển bền vững cho thành phố.

1.1. Lý Do Chọn Đề Tài

Ô nhiễm nước thải đã trở thành mối lo chung của nhân loại hiện nay. TP. Tân An đạt chuẩn đô thị loại 3 nhưng chưa có hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh. Nước thải sinh hoạt từ sinh hoạt đời sống hàng ngày chưa được thu gom và xử lý hiệu quả, gây ô nhiễm nguồn nước trầm trọng. Giải pháp kỹ thuật xử lý nước thải là biện pháp tích cực để bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội bền vững.

1.2. Mục Tiêu Và Giới Hạn Của Đề Tài

Mục tiêu chính là tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải với công suất 4500m³/ngày, đáp ứng yêu cầu xử lý hiện nay. Đề tài được thực hiện dựa trên khảo sát nước thải sinh hoạt tại phường 1, 2, 3 với các chỉ tiêu: pH, BOD, COD, MLSS, tổng Nitơ, tổng Photpho. Giới hạn là thời gian thực hiện ngắn và phạm vi khảo sát chỉ bao gồm ba phường.

II. Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt

Xử lý nước thải được chia thành nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp cơ học (xử lý bậc I) nhằm loại bỏ các tạp chất không tan như rác, cát, dầu mỡ, cặn lơ lửng. Phương pháp sinh học được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ và nitrogen, phosphorus từ nước thải. Phương pháp hóa học sử dụng các hóa chất để kết tủa và loại bỏ các chất ô nhiễm. Đối với đồ án xử lý nước thải 4500m³, cần kết hợp nhiều phương pháp để đạt hiệu quả xử lý cao nhất, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường hiện hành.

2.1. Xử Lý Cơ Học Bậc I

Xử lý cơ học loại bỏ các tạp chất nổi, cậy rác và cặn lơ lửng từ nước thải sinh hoạt. Công trình xử lý gồm song chắn rác (khoảng cách 30-200mm cho thô, 5-25mm cho tinh), làm điều hòa lưu lượng và nồng độ ô nhiễm. Tốc độ chảy qua song chắn từ 0,65-1m/s. Đối với trạm 4500m³/ngày, cần song chắn rác cơ giới tự động để xử lý lượng rác lớn.

2.2. Xử Lý Sinh Học Bậc II

Phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ (BOD, COD) và loại bỏ nitrogen, phosphorus. Các công nghệ phổ biến gồm bể sục khí, bể sedimentation, lọc sinh học. Với công suất 4500m³, hệ thống bể sục khí kích thước lớn được khuyến cáo để đạt hiệu suất xử lý BOD trên 90%.

III. Đặc Điểm Nước Thải Sinh Hoạt TP

Nước thải sinh hoạt của TP. Tân An có các đặc điểm cụ thể được xác định thông qua khảo sát tại ba phường. Chỉ tiêu BOD thường dao động từ 100-200 mg/L, COD từ 250-400 mg/L, pH từ 6-7, MLSS từ 100-200 mg/L. Nước thải chứa lượng lớn nitrogen và phosphorus từ các hoạt động sinh hoạt như rửa chén, tắm, vệ sinh cá nhân. Việc phân tích đặc tính nước thải là cơ sở quan trọng để thiết kế hệ thống xử lý nước thải 4500m³ phù hợp, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải vào sông Vàm Cỏ Tây.

3.1. Thành Phần Chính Của Nước Thải

Nước thải sinh hoạt TP. Tân An chứa các chất ô nhiễm chính như BOD, COD, nitrogen tổng, phosphorus tổng. Chất rắn lơ lửng (MLSS) từ các vật liệu sinh hoạt, các vi khuẩn gây bệnh. Phân tích mẫu từ phường 1, 2, 3 cho thấy nước thải có nồng độ ô nhiễm trung bình, cần xử lý khoa học để giảm ô nhiễm trước xả ra môi trường.

3.2. Yêu Cầu Xử Lý Theo Chuẩn Môi Trường

Tiêu chuẩn xả thải nước thải sinh hoạt yêu cầu BOD < 25 mg/L, COD < 50 mg/L, tổng N < 10 mg/L, tổng P < 1 mg/L theo Quyết định 3119/2007 QĐ-BTC. Hệ thống xử lý 4500m³ phải đạt hiệu suất loại bỏ BOD ≥ 90%, COD ≥ 85%. Nước sau xử lý phải an toàn về vi sinh vật trước khi xả vào sông Vàm Cỏ Tây.

IV. Phương Án Thiết Kế Và Khai Toán Kinh Tế

Đồ án thiết kế đề xuất phương án xử lý nước thải kết hợp ba bậc: cơ học, sinh học, hóa học. Phương án công nghệ được lựa chọn dựa trên so sánh hiệu suất xử lý, chi phí xây dựng, chi phí vận hành hàng năm. Với công suất 4500m³/ngày, trạm xử lý được thiết kế với các công trình chính gồm: song chắn rác, bể sedimentation, bể sục khí, bể sedimentation thứ hai. Khai toán kinh tế so sánh chi phí của từng phương án, chọn giải pháp tối ưu chi phí và hiệu quả xử lý, phù hợp với điều kiện kinh tế-xã hội của TP. Tân An.

4.1. Quy Trình Công Nghệ Được Chọn Lựa

Quy trình xử lý được lựa chọn cho trạm xử lý 4500m³ gồm: song chắn rác cơ giới → bể sedimentation sơ bộ → bể sục khí kỵ khí-hiếu khí → bể sedimentation thứ hai → bể lọc cát. Phương pháp sinh học kỵ khí-hiếu khí được chọn vì hiệu suất loại bỏ BOD, COD, N, P cao (> 90%), chi phí vận hành hợp lý. Thiết kế các bể chứa với thời gian lưu thích hợp để đạt hiệu quả xử lý tối đa.

4.2. Chi Phí Xây Dựng Và Vận Hành

Khai toán chi phí cho hệ thống xử lý nước thải 4500m³ bao gồm: chi phí xây dựng công trình khoảng 5-8 tỷ đồng, chi phí vận hành hàng năm khoảng 2-3 tỷ đồng (bao gồm nhân công, điện, hóa chất). Chi phí xử lý khoảng 4.500-6.000 đồng/m³ nước thải. So sánh với các phương án khác, công nghệ kỵ khí-hiếu khí có chi phí hợp lý nhất cho TP. Tân An.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Phương pháp xử lý cơ học Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi.) ra khỏi nước thải, điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học thông dụng gồm có: 1. Song chắn rác và lưới chắn rác a. Song chắn rác Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc có thể đặt tại các miệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lơn như: nhánh cây, gỗ, lá cây, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, đồng thời bảo vệ các công trình và thiết bị phía sau như tránh hỏng bơm, tránh tắc nghẽn đường ống, mương dẫn.

Dựa vào khoảng cách các thanh, song chắn rác được chia thành 2 loại: * Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ: 30 ÷ 200 mm. * Song chắn rác tinh có khoảng cách giữa các thanh từ: 5 ÷ 25 mm. Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo. Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác.

Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực của dòng chảy người ta phải thường xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách cào rác thủ công hoặc cơ giới. Tốc độ nước chảy (v) qua các khe hở nằm trong khoảng (0,65m/s ≤ v ≤ 1m/s). Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộng khe hở của các song thay đổi. Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm xử lý nhỏ có lượng rác < 0,1m3/ng.

Khi rác tích lũy ở song chắn, mỗi ngày vài lần người ta dùng cào kim loại để lấy rác ra và cho vào máng có lỗ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý tiếp tục. Song chắn rác với cào rác cơ giới SVTH: Lê Tiến Kỳ Trang 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Trần Thị Tường Vân hoạt động liên tục, răng cào lọt vào khe hở giữa các thanh kim loại, cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ phận truyền động. Khi lượng rác được giữ lại lớn hơn 0,1 m 3/ng.đêm và khi dùng song chắn rác cơ giới thì phải đặt máy nghiền rác. Rác nghiền đưọc cho vào hầm ủ Biogas hoặc cho về kênh trước song chắn.

Khi lượng rác trên 1 Tấn/ngày.đêm cần phải thêm máy nghiền rác dự phòng. Việc vận chuyển rác từ song đến máy nghiền phải được cơ giới hóa. Tuy nhiên nếu lắp đặt máy nghiền rác trước bể lắng cát nên chú ý là cát sẽ làm mòn các lưỡi dao và sỏi có thể gây kẹt máy.1: Song chắn rác Lưới chắn rác dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi các thành phần quý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thước nhỏ. Kích thước mắt lưới từ 0,5 ÷ 1,0 mm Lưới chắn rác thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay tròn (hay còn gọi là trống quay) hoặc đật trên các khung hình đĩa.

Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân huỷ cặn. Bể lắng cát SVTH: Lê Tiến Kỳ Trang 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Trần Thị Tường Vân Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặmg như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau. Trong nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này. Vì vậy trong các trạm xử lý nhất thiết phải có bể lắng cát.

Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp. Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sau song chắn có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn. Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng. Ở đây phải tính toán thế nào để cho các hạt cát và các hạt vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống còn các chất lơ lửng hữu cơ khác trôi đi.

Chú ý thời gian lưu tồn nước nếu quá nhỏ sẽ không bảo đảm hiệu suất lắng, nếu lớn quá sẽ có các chất hữu cơ lắng. Các bể lắng thường được trang bị thêm thanh gạt chất lắng ở dưới đáy, gàu múc các chất lắng chạy trên đường ray để cơ giới hóa việc xả cặn. Bể lắng cát gồm những loại sau: − Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể. Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể.

− Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Chế độ dòng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy. − Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu và máng tập trung rồi dẫn ra ngoài.

− Bể lắng cát làm thoáng (Bể lắng cát thổi khí): Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị phun khí. Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét đáy bể với một vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng có thể lắng. SVTH: Lê Tiến Kỳ Trang 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Trần Thị Tường Vân Sân phơi cát Cặn xả ra từ bể lắng cát còn chứa nhiều nước nên phải phơi khô ở sân phơi cát hoặc hố chứa cát đặt ở gần bể lắng cát. Chung quanh sân phơi cát phải có bờ đắp cao 1 – 2 m.

Kích thước sân phơi cát được xác định với điều kiện tổng chiều cao lớp cát h chọn bằng 3 – 5 m/năm. Cát khô thường xuyên được chuyển đi nơi khác. Khi đất thấm tốt (cát, á cát) thì xây dựng sân phơi cát với nền tự nhiên. Nếu là đất thấm nước kém hoặc không thấm nước (á sét, sét) thì phải xây dựng nền nhân tạo.

Khi đó phải đặt hệ thống ống ngầm có lỗ để thu nước thấm xuống. Nước này có thể dẫn về trước bể lắng cát. Bể tách dầu mỡ Nước thải của một số xí nghiệp ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp ép dầu. thường có lẫn dầu mỡ.

Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt nước. Nước thải sau xử lí không có lẫn dầu mỡ mới được phép cho chảy vào các thủy vực. Hơn nữa, nước thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lí sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong aerotank. Ngoài cách làm các gạt đơn giản bằng các tấm sợi quét trên mặt nước, người ta chế tạo ra các thiết bị tách dầu, mỡ đặt trước dây chuyền công nghệ xử lí nước thải.

Bể điều hòa Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này. Có 2 loại bể điều hòa: − Bể điều hòa lưu lượng − Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý. Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó. Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, SVTH: Lê Tiến Kỳ Trang 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Trần Thị Tường Vân và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải.

Bể lắng Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: − Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lững không hòa tan. − Bể lắng đợt 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến (bể lắng radian). Bể lọc Nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một số loại nước thải công nghiệp.

Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các tạp chất không hoà tan và 20% BOD, hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 30-35 % theo BOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ cơ học. Nếu điều kiện vệ sinh cho phép thì sau khi xử lý cơ học nước thải được khử và xả lại vào nguồn, nhưng thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi qua giai đoạn xử lý sinh học. Bể lọc thường làm việc với hai chế độ lọc và rửa lọc.