Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Công Suất 1000m3/Ngày Đêm - Khoá Luận Tốt Nghiệp

Khóa luận tốt nghiệp thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 1000m3/ngày đêm, áp dụng công nghệ tiên tiến, đảm bảo hiệu quả và bền vững.

• Tác giả: Phạm Văn Định
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Mai Linh
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Công Suất 1000m3/Ngày Đêm
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Hệ thống xử lý nước thải là một phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Nước thải sinh hoạt bao gồm các chất thải từ hoạt động hàng ngày của con người, chứa nhiều chất hữu cơ, vi khuẩn và các chất dinh dưỡng như Nitơ, Photpho. Việc xử lý nước thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tái sử dụng nguồn nước, góp phần phát triển bền vững. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng về công nghệ, quy trình và chi phí để đảm bảo hiệu quả và tính khả thi.

1.1. Khái niệm và thành phần nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt được định nghĩa là nước thải từ các hoạt động sinh hoạt của con người, bao gồm nước thải từ nhà vệ sinh, nhà bếp và các hoạt động vệ sinh khác. Thành phần của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân hủy như protein, carbohydrate và lipid. Các chất này khi phân hủy sẽ tiêu thụ oxy hòa tan trong nước, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Ngoài ra, nước thải sinh hoạt còn chứa các vi khuẩn gây bệnh, chất dinh dưỡng và các chất rắn lơ lửng, cần được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường.

1.2. Tác động của nước thải sinh hoạt đến môi trường

Nước thải sinh hoạt khi không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước. Các chất hữu cơ trong nước thải tiêu thụ oxy hòa tan, dẫn đến tình trạng thiếu oxy trong nước, ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật thủy sinh. Các chất dinh dưỡng như Nitơ và Photpho có thể gây hiện tượng phú dưỡng, kích thích sự phát triển quá mức của tảo và vi khuẩn lam. Ngoài ra, các vi khuẩn và vi-rút trong nước thải có thể gây bệnh cho con người và động vật. Do đó, việc xử lý nước thải sinh hoạt là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

II. Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Công nghệ xử lý nước thải bao gồm các phương pháp cơ học, hóa học và sinh học. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng và được lựa chọn dựa trên đặc tính của nước thải và yêu cầu xử lý. Quy trình xử lý nước thải thường bắt đầu bằng việc loại bỏ các chất rắn lớn thông qua song chắn rác, sau đó là quá trình lắng cát và lắng bùn. Tiếp theo, các phương pháp hóa lý như keo tụ tạo bông được sử dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ. Cuối cùng, quá trình xử lý sinh học được áp dụng để phân hủy các chất hữu cơ còn lại.

2.1. Phương pháp xử lý cơ học

Phương pháp xử lý cơ học là bước đầu tiên trong quy trình xử lý nước thải, bao gồm việc loại bỏ các chất rắn lớn thông qua song chắn rác và lưới chắn rác. Sau đó, nước thải được đưa vào bể lắng cát để loại bỏ các hạt cát và chất rắn nặng. Quá trình này giúp giảm tải cho các công đoạn xử lý tiếp theo và bảo vệ các thiết bị khỏi bị hư hỏng do các chất rắn lớn.

2.2. Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp xử lý sinh học là quá trình sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Có hai loại phương pháp sinh học chính là hiếu khí và kỵ khí. Trong phương pháp hiếu khí, vi sinh vật sử dụng oxy để phân hủy chất hữu cơ, tạo ra CO2 và nước. Phương pháp kỵ khí không cần oxy và tạo ra các sản phẩm như CH4 và CO2. Các công trình xử lý sinh học phổ biến bao gồm bể bùn hoạt tính, bể lọc sinh học và bể UASB.

III. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt 1000m3 ngày đêm

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải với công suất 1000m3/ngày đêm đòi hỏi sự tính toán chi tiết về các thông số kỹ thuật, công nghệ xử lý và chi phí đầu tư. Hệ thống này cần đảm bảo hiệu quả xử lý cao, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải và có tính khả thi về mặt kinh tế. Công trình xử lý nước thải bao gồm các bể thu gom, bể lắng, bể sinh học, bể khử trùng và bể nén bùn. Mỗi công trình đóng vai trò quan trọng trong quy trình xử lý, từ việc loại bỏ chất rắn đến phân hủy chất hữu cơ và khử trùng nước thải trước khi xả ra môi trường.

3.1. Tính toán và thiết kế các công trình đơn vị

Tính toán và thiết kế các công trình đơn vị là bước quan trọng trong việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải. Các công trình bao gồm bể thu gom, bể lắng, bể sinh học, bể khử trùng và bể nén bùn. Mỗi công trình được thiết kế dựa trên các thông số kỹ thuật như lưu lượng nước thải, nồng độ chất ô nhiễm và yêu cầu xử lý. Việc tính toán chính xác giúp đảm bảo hiệu quả xử lý và tiết kiệm chi phí đầu tư.

3.2. Dự toán chi phí đầu tư và vận hành

Dự toán chi phí đầu tư và vận hành là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tính khả thi của dự án. Chi phí đầu tư bao gồm chi phí xây dựng, mua sắm thiết bị và lắp đặt hệ thống. Chi phí vận hành bao gồm chi phí nhân công, điện năng và hóa chất sử dụng trong quá trình xử lý. Việc dự toán chính xác giúp nhà đầu tư đưa ra quyết định phù hợp và đảm bảo hiệu quả kinh tế của dự án.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1. Khái niệm nước thải sinh hoạt Theo Quy Chuẩn Việt Nam QCVN 14:2008/BTNMT: Nước thải sinh hoạt là nước thải của hoạt động sinh hoạt từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác. Lưu lượng nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt thường chiếm từ 65% đến 90% lượng nước cấp đi qua đồng hồ các hộ dân, cơ quan, trường học, khu thương mại… 65% áp dụng cho nơi khô nóng, nước cấp dùng cho cả việc tưới cây cỏ. Ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn cấp nước dao động từ 120 đến 180l/người.

Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt từ 50 đến 100 l/người.Nước thải sinh hoạt từ các trung tâm đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông, kênh rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn không có hệ thống nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm. Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân. Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan (thông qua chỉ tiêu BOD5/COD), các chất dinh dưỡng (Nitơ, Photpho), các vi trùng gây bệnh (E.Coli, coliform…); Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào:  Lưu lượng nước thải  Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người SVTH: PHẠM VĂN ĐỊNH 2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Thị Mai Linh Bảng 1. Tải trọng chất bẩn theo đầu người Hệ số phát thải Chỉ tiêu ô nhiễm Các quốc gia gần Tiêu chuẩn Việt Thông số gũi với Việt Nam Nam(TCXD-51-84) Chất rắn lơ lửng mg/l 70-145 50-55 (SS) BOD5lắng mgO2/l 45-54 25-30 BOD20lắng mgO2/l - 30-35 COD mg/l 72-102 - N-NH4+ mg/l 2.8 7 Photpho tổng số mg/l 0.7 Dầu mỡ mg/l 10-30 - Nguồn: GS.

Lâm Minh Triết, nnc – 2006 – Xử lý nước thải đô thị và côngnghiệp–Tính toán các công trình – Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ ChíMinh) 1. Thành phần nước thải sinh hoạt [8] Thành phần của nước thải sinh hoạt phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước thải, bao 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 đều 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 CO2, N2, H2O, CH4… SVTH: PHẠM VĂN ĐỊNH 3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Thị Mai Linh Bảng 1.

Thành phần của nước thải sinh hoạt Mức độ ô nhiễm Chỉ tiêu Đơn vị Nặng Trung bình Thấp Tổng chất rắn (TS) mg/l 1000 500 200 - Chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 700 350 120 - Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 300 150 80 BOD5 mg/l 300 200 100 COD mg/l 1500 500 250 Tổng Nitơ mg/l 85 50 25 - Nitơ hữu cơ mg/l 35 20 10 - Amoni mg/l 50 30 15 - Nitrit mg/l 0,1 0,05 0 - Nitrat mg/l 0,4 0,2 0,1 Clorua mg/l 175 100 15 Độ kiềm mgCaCO3/l 200 100 50 Tổng chất béo mg/l 40 20 0 Tổng Photpho mg/l 8 Nguồn: Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Trần Văn Nhân – Ngô Thị Nga, 2000 1. Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt [8,6] Các 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, hạtsét) - Các chất hữu cơ khôngtan. SVTH: PHẠM VĂN ĐỊNH 4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Thị Mai Linh - Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyênsinh…). - Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý.

Mùi Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S (có mùi trứng thối). Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cảH2S. Độ màu Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do các sản phẩm được tao 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. Các thông số hóa học Độ pH của nước pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+có trong dung dịch, thường đượcdùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước. Độ pH của nước có liên quan đến 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 chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môitrường. Nhu cầu Oxi 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 sinhvật.

SVTH: PHẠM VĂN ĐỊNH 5 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Thị Mai Linh 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 hữucơ 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 rấtngắn. 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 Oxi 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: 20oC, 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. Oxi 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 đối với con người cũng như các thủy sinh vậtkhác. 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 SVTH: PHẠM VĂN ĐỊNH 6 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Thị Mai Linh sinh vật hiếu khí trong nước. Nitơ và các hợp chất chứa nitơ Trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần chứa Nitơ: từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion Nitơ vô cơ là sản phẩm quá trình khoáng hóa các chất kể trên: - Các hợp chất hữu cơ thô đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước, có thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự nhiên giàu protein.

- Các hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ (NH4+, NO2-, NO3-). Thuật ngữ “Nitơ tổng” là tổng Nitơ tồn tại ở tất cả các dạng trên. Nitơ là một chấtdinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Photpho và các hợp chất chứa photpho Trong các loại nước thải, Photpho hiện diện chủ yếu dưới các dạng Photphat.Các hợp chất Photphat được chia thành Photphat vô cơ và Photphat hữu cơ.

Photpho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định P tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1). Photpho và các hợp chất chứa Photpho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam. Các thông số sinh vật học Vi khuẩn SVTH: PHẠM VĂN ĐỊNH 7 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Thị Mai Linh Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về đường ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa.

Vi-rút Vi-rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan. Thông thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi-rút.