Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Môi trường, một vấn đề nóng bỏng, đang được cả thế giới quan tâm. Nằm trong khung cảnh của thế giới, đặc biệt là khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, môi trường Việt Nam cũng đang xuống cấp cục bộ, có nơi bị hủy hoại nghiêm trọng gây nên nguy cơ mất sinh thái cân bằng nghiêm trọng, sự cạn kiệt các nguồn tài nguyên, làm ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống và sự phát triển bền vững của đất nước. Do vậy, việc “Bảo vệ môi trường” không chỉ là nhiệm vụ của một quốc gia nào đó, mà đó là nghĩa vụ - nhiệm vụ của mỗi người nói riêng và toàn cầu nói chung. Ngày nay với tốc độ phát triển kinh tế nhanh thì cùng với đó là một lượng thải lớn nước thải mang nhiều chất độc hại thải ra từ các hoạt động sinh hoạt, ăn uống, tắm giặt, sản xuất…thải trực tiếp vào nguồn nước. Trong đó nước thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ cao vì được thải ra từ các khách sạn, nhà nghỉ, trụ sở cơ quan, văn phòng, trường học, cơ sở nghiên cứu, cửa hàng bách hóa, siêu thị, chợ, nhà hàng ăn uống, cửa hàng thực phẩm, cơ sở sản xuất, doanh trại lực lượng vũ trang, khu chung cư, khu dân cư,… Lượng nước thải sinh hoạt này chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, hàm lượng COD, BOD cao Đây là môi trường bền vững cho vi sinh vật gây bệnh phát triển. Đặc biệt nước thải sinh hoạt chứa một lượng lớn hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng như: nitơ, phốt pho - Đây là một trong các nguyên nhân gây nên hiện tượng “phú dưỡng” nguồn nước tại các sông, hồ. Trước tình hình trên cần phải có các biện pháp quản lý, sử dụng, xử lý kịp thời và đúng đắn nhất đối với nguồn tài nguyên nước để đảm bảo cùng sự phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường xanh - sạch - đẹp. Việc tìm hiểu, nghiên cứu những công nghệ mới xử lý nước thải tốt hơn, hiệu quả hơn đang là vấn đề đặt ra đối với nhu cầu hiện nay. Hiện nay, công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh vật theo từng mẻ liên tục (SBR - Sequential Batch Reactor) được nghiên cứu mạnh và triển khai nhiều trong thực tế 1 Đồ án tốt nghiệp thay thế công nghệ sử dụng bể Aerotank truyền thống. Đây là phương pháp được phát triển trên cơ sở xử lý bằng bùn hoạt tính, vận hành theo từng mẻ liên tục và dễ dàng kiểm soát được theo thời gian, có cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho, dễ vận hành. Để nâng cao hiệu xuất xử lý, người thực hiện đề tài thực hiện việc nghiên cứu tìm giải pháp để cải tiến công nghệ SBR. Do đó đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR cải tiến - Ứng dụng tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty Dụ Đức, tỉnh Tiền Giang” đã được lựa chọn để làm trong đồ án tốt nghiệp. 2. Mục tiêu đề tài - Xác định hiệu quả xử lý nước thải của công nghệ SBR cải tiến so với công nghệ SBR thông thường, tìm ra chu ky thích hợp để vận hành hệ thống. - Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) sinh hoạt công ty Dụ Đức, tỉnh Tiền Giang theo QCVN 14:2008/BTNMT loại A (tái sử dụng nước) trước khi xả thải vào nguồn tiếp nhận. 3. Đối tượng nghiên cứu - Nước thải sinh hoạt - Mô hình thí nghiệm SBR cải tiến 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp luận: Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phổ biến nhất hiện nay, việc tìm hiểu và áp dụng những công nghệ mới xử lý là một vấn đề cần thiết. Như vậy, với mục tiêu đã đề ra, trong đồ án này người thực hiện đề tài sẽ tập trung nghiên cứu, phân tích một số chỉ tiêu quan trọng để xem xét hiệu quả xử lý của công nghệ SBR cải tiến so với SBR thông thường và tìm ra chu kỳ thích hợp để vận hành hệ thống, từ đó đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải áp dụng cho công ty Dụ Đức. Phương pháp thực hiện: - Phương pháp thực tế: Với việc đi làm thực tế tại một số công trình có xây dựng bể SBR, người thực hiện đề tài nhận thấy có thể nâng cao hiệu xuất xử lý nước 2 Đồ án tốt nghiệp thải của SBR, kết hợp với tài liệu có được từ phía công ty Dụ Đức được sử dụng phục vụ cho đề tài. - Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện đã tham khảo các mô hình nghiên cứu về SBR và các công trình thực tế của công ty Chiline Việt Nam. - Phương pháp phân tích: Lấy mẫu và gửi phân tích các chỉ tiêu BOD5, amoni, nitrat, phosphate tại Trung tâm tư vấn công nghệ môi trường và an toàn vệ sinh lao động. - Phương pháp tính toán: Tính toán thiết kế HTXLNT sinh hoạt tại công ty Dụ Đức đạt quy chuẩn quy định. - Phương pháp so sánh: So sánh ưu, nhược điểm của công nghệ SBR cải tiến với SBR thông thường. - Phương pháp toán: Sử dụng các công thức toán học để tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý, dự tính chi phí xây dựng và vận hành trạm xử lý - Phương pháp phần mềm: Sử dụng phần mềm Excel để tính, biểu diễn biểu đồ, Autocad để mô tả các công trình xây dựng - Phương pháp tham khảo ý kiến: Hỏi ý kiến giáo viên hướng dẫn. 5. Ý nghĩa đề tài Về mặt khoa học: Là cơ sở cho các đề tài nghiên cứu sau, cung cấp thông tin, số liệu thống kê về nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt Về mặt kinh tế: - Góp phần xây dựng công trình xử lý nước thải đạt quy chuẩn cho phép với chi phí thấp nhất cho những công ty, khu dân cư, đô thị chưa có hệ thống xử lý. - Giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng nghĩa với việc bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên Về mặt xã hội: - Giảm thiểu tác động xấu đến môi trường - Việc xây dựng HTXLNT là chủ trương đúng đắn theo quy định hướng phát triển bền vững của Đảng và Nhà Nước. 3 Đồ án tốt nghiệp 6. Phạm vi nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu này được thực hiện đối với nước thải sinh hoạt - Mô hình thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện bình thường - Đánh giá khả năng xử lý BOD 5 , nitơ, phốt pho với 02 chu kỳ 10 h và 8 h - Thời gian thực hiện đề tài: Từ 02/05/2012 đến 21/07/2012 7. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan về nước thải sinh hoạt - Các phương pháp xử lý - Chương 2: Thí nghiệm mô hình SBR cải tiến xử lý nước thải sinh hoạt - Chương 3: Tổng quan công ty Dụ Đức - Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty Dụ Đức - Kết luận - Kiến nghị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT - CÁC 4 Đồ án tốt nghiệp PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 1.1.1. Nguồn gốc phát sinh nước thải Nước thải sinh hoạt đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà xưởng… của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ, công ty. Như vậy nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt. Lượng nước thải sinh hoạt của các khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp. Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là 100 - 250 l/người.ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 - 500 l/người.ngày (đối với các nước phát triển). Tiêu chuẩn cấp nước của các đô thị nước ta hiện nay dao động từ 120 - 180 l, đối với khu vực nông thôn tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt từ 50 - 12 l tiêu chuẩn nước thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước. Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 80 - 100 % tiêu chuẩn cấp nước cho mục đích nào đó. 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 nhân dân. Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng, công ty phụ thuộc vào loại công trình chức năng số người tham gia, phục vụ trong đó. Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn. Lượng nước thải của thành phố 20.000 dân khoảng 40.000 - 60.000 m 3 /ngày. Tổng lượng nước thành phố Hà Nội năm 2006 gần 500.000 m 3 /ngày. Trong quá trình sinh hoạt con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng lớn chất bẩn nhất định phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các các chất dinh dưỡng. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (50 - 55 %), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh. Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hoá 5 Đồ án tốt nghiệp chất bẩn trong nước. Trong nước thải đô thị còn có vi khuẩn gây bệnh phát triển tổng số coliform từ 10 6 - 10 9 MPN/100ml fecal coliform từ 10 4 - 10 7 MPN/100ml. Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ công trình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước. 1.1.2. Thành phần nước thải 1.1.2.1. Thành phần vật lý Theo trạng thái vật lý, các chất bẩn trong nước thải được chia thành: - Các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng, kích thước lớn hơn 10 -4 mm, có thể ở dạng huyền phù, nhũ tương hoặc dạng sợi, giấy, vải. - Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước hạt trong khoảng 10 -4 - 10 -6 mm. - Các chất bẩn dạng hào tan có kích thước nhỏ hơn 10 -6 mm, có thể ở dạng phân tử hoặc phân li thành ion. 1.1.2.2. Thành phần hoá học Các chất hữu cơ trong nước thải chiếm khoảng 50 - 60 % tổng các chất. Các chất hữu cơ này bao gồm chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau, hoa quả, giấy và các chất hữu cơ động vật: chất thải bài tiết của người. Các chất hữu cơ trong nước thải theo đặc tính hóa học gồm chủ yếu là protein (chiếm 40 - 60 %), hydratcacbon (25 - 50 %), các chất béo, dầu mỡ (10 %). Urê cũng là chất hữu cơ quan trọng trong nước thải. Nồng độ các chất hữu cơ thường được xác định thông qua chỉ tiêu BOD, COD. Bên cạnh các chất trên nước thải còn chứa các liên kết hữu cơ tổng hợp: các chất hoạt động bề mặt mà điển hình là chất tẩy tổng hợp (Alkyl bezen sunfonat - ABS) rất khó xử lí bằng phương pháp sinh học và gây nên hiện tượng sủi bọt trong các trạm xử lý nước thải và trên mặt nước nguồn - nơi tiếp nhận nước thải. Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40 - 42 % gồm chủ yếu: cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ,… Nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô cơ như sắt, magie, canxi, silic, nhiều chất hữu cơ sinh hoạt như phân, nước tiểu và các chất thải khác 6 Đồ án tốt nghiệp như: cát, sét, dầu mỡ. Nước thải vừa xả ra thường có tính kiềm, nhưng dần dần trở nên có tính axit vì thối rữa. 1.1.2.3. Thành phần sinh học Trong nước thải còn có mặt nhiều dạng vi sinh vật: vi khuẩn, vi rút, nấm, rong tảo, trứng giun sán. Trong số các dạng vi sinh vật đó, có thể có cả các vi trùng gây bệnh, ví dụ: lỵ, thương hàn, có khả năng gây thành dịch bệnh. Về thành phần hóa học thì các loại vi sinh vật thuộc nhóm các chất hữu cơ. Khi xét đến các quá trình xử lí nước thải, bên cạnh các thành phần vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật như đã nói trên thì quá trình xử lí còn phụ thuộc rất nhiều trạng thái hóa lí của các chất đó và trạng thái này được xác định bằng độ phân tán của các hạt. Theo đó, các chất chứa trong nước thải được chia thành 4 nhóm phụ thuộc vào kích thước hạt của chúng. Nhóm 1: Gồm các tạp chất phân tán thô, không tan ở dạng lơ lửng, nhũ tương, bọt. Kích thước hạt của nhóm 1 nằm trong khoảng 10 -1 - 10 -4 mm. Chúng cũng có thể là chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật và hợp cùng với nước thải thành hệ dị thể không bền và trong điều kiện xác định, chúng có thể lắng xuống dưới dạng cặn lắng hoặc nổi lên trên mặt nước hoặc tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong khoảng thời gian nào đó. Do đó, các chất chứa trong nhóm này có thể dễ dàng tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp trọng lực. Nhóm 2: Gồm các chất phân tán dạng keo với kích thước hạt của nhóm này nằm trong khoảng 10 -4 - 10 -6 mm. Chúng gồm 2 loại keo: keo ưa nước và keo kị nước. - Keo ưa nước được đặc trưng bằng khả năng liên kết giữa các hạt phân tán với nước. Chúng thường là những chất hữu cơ có trọng lượng phân tử lớn: hydratcacbon (xenlulo, tinh bột), protit (anbumin, hemoglobin). - Keo kị nước (đất sét, hydroxyt sắt, nhôm, silic) không có khả năng liên kết như keo ưa nước. Thành phần các chất keo có trong nước thải chiếm 35 - 40 % lượng các chất lơ 7 Đồ án tốt nghiệp lửng. Do kích thước nhỏ bé nên khả năng tự lắng của các hạt keo là khó khăn. Vì vậy, để các hạt keo có thể lắng được, cần phá vỡ độ bền của chúng bằng phương pháp keo tụ hóa học hoặc sinh học. Nhóm 3: Gồm các chất hòa tan có kích thước hạt phân tử nhỏ hơn 10 -7 mm. Chúng tạo thành hệ một pha còn gọi là dung dịch thật. Các chất trong nhóm 3 rất khác nhau về thành phần. Một số chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất nước thải: độ màu, mùi, BOD, COD,… được xác định thông qua sự có mặt các chất thuộc nhóm này và để xử lí chúng thường sử dụng biện pháp hóa lí và sinh học. Nhóm 4: Gồm các chất trong nước thải có kích thước hạt nhỏ hơn hoặc bằng 10 -8 mm (phân tán ion). Các chất này chủ yếu là axit, bazơ và các muối của chúng. Một trong số đó như các muối amonia, phosphat được hình thành trong quá trình xử lí sinh học. 1.1.3. Tính chất của nước thải sinh hoạt Tính chất nước thải giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ thống xử lý và quản lý chất lượng môi trường, sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải quyết định tải trọng thiết kế cho các công trình đơn vị. Thành phần và tính chất nhiễm bẩn của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tập quán sinh hoạt, mức sống của người trong công ty, mức độ hoàn thiện của thiết bị, trạng thái làm việc của thiết bị thu gom nước thải. Lưu lượng nước thải thay đổi tuỳ theo điều kiện tiện nghi cuộc sống, tập quán dùng nước của từng dân tộc, điều kiện tự nhiên và lượng nước cấp. Còn nồng độ bẩn của nước thải sinh hoạt được xác định theo tải lượng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm 1.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý 1.2.1. Phương pháp cơ học Xử lý cơ học gồm những quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó. Xử lý cơ học nhằm tách các chất lơ lửng, chất rắn dễ lắng ra khỏi nước thải, cặn có kích thước lớn loại bỏ bằng song 8 Đồ án tốt nghiệp chắn rác. Cặn vô cơ (cát, sạn, mảnh kim loại…) được tách ra khi qua bể lắng cát. Xử lý cơ học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo và là bước ban đầu cho xử lý sinh học. Đối với nhà máy sản xuất, trong xử lý này thường có các thiết bị như: song chắn rác (SCR), bể vớt dầu, bể tuyển nổi, bể lắng đợt một, bể lọc. Song chắn rác, lưới lọc: thường được đặt trước trạm bơm trên đường tập trung nước thải chảy vào hầm bơm, nhằm bảo vệ bơm không bị rác làm nghẹt. SCR và lưới chắn rác thường đặt vuông góc hoặc đặt nghiêng 45 - 90 o so với dòng chảy. Vận tốc nước qua SCR giới hạn từ 0,6 - 1 m/s. Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75 - 1 m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song. Vận tốc nhỏ nhất là 0,4 m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải. SCR và lưới chắn rác dùng để chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như giấy, rau cỏ, rác và các loại khác được gọi chung là rác. Rác được lấy bằng thủ công, hay bằng các thiết bị tự động hoặc bán tự động. Rác sau khi thu gom thường được vận chuyển đến bãi chôn lấp. Bể tách dầu mỡ: được sử dụng để vớt bọt giúp loại bỏ dầu, mỡ và các chất hoạt động bề mặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu… Bể lắng cát: tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn như xỉ than, đất, cát,… chủ yếu là cát. Trong trạm xử lý nước thải, nếu cát không được tách khỏi nước thải, có thể ảnh hưởng lớn đến các công trình phía sau như cát lắng lại trong các bể gây khó khăn cho công tác lấy cặn (lắng cặn trong ống, mương,…), làm mài mòn thiết bị, rút ngắn thời gian làm việc của bể methane do phải tháo rửa cặn ra khỏi bể. Với các trạm xử lý khi lưu lượng nước thải > 100 m 3 /ngày cần thiết phải có bể lắng cát. Theo hướng dòng chảy của nước thải ở trong bể lắng cát, người ta phân loại: bể lắng cát ngang (đơn giản, dễ thi công), bể lắng cát đứng (diện tích nhỏ, quá trình vận hành phức tạp), bể lắng cát sục khí. Trong thực tế xây dựng thì bể lắng ngang được sử dụng rộng rãi nhất. Bể lắng đợt 1: có chức năng: - Loại bỏ các chất rắn lắng được mà các chất này có thể gây nên hiện tượng bùn 9 Đồ án tốt nghiệp lắng trong nguồn tiếp nhận. - Tách dầu, mỡ hoặc các chất nổi khác. - Giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học phía sau. Bể lắng đợt 1 khi vận hành tốt có thể loại bỏ 50 - 70 % SS, và 25 - 40 % BOD 5 . Hai thông số thiết kế quan trọng cho bể lắng là tải trọng bề mặt (32 - 45 m 3 /m 2 .ngày) và thời gian lưu nước (1,5 - 2,5 h). Bể lắng thường có dạng hình chữ nhật (lắng ngang) hoặc hình tròn (lắng ly tâm). Hệ thống thu gom bùn lắng và gạn chất nổi là bộ phận quan trọng của bể lắng Bể lắng đợt 1 được đặt trước bể xử lý sinh học. Trước khi vào bể Aerotank hoặc bể lọc sinh học, hàm lượng chất lơ lửng trong nước không được quá 150 mg/l. Thời gian lắng không dưới 1,5 h. Bể lắng đợt 2: có nhiệm vụ lắng các bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn trên 1.000 mg/l. Tốc độ lắng của bể phụ thuộc vào nồng độ cặn. Thời gian lắng và tải trọng bùn trên một đơn vị diện tích bề mặt là những thông số quyết định. Đó là những thông số và đặc tính của bùn hoạt tính ở bể Aerotank dùng để thiết kế bể lắng đợt 2. Bể lọc: Bể lọc có tác dụng tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho 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 hòa tan và 20 % BOD. Hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75 % theo hàm lượng chất lơ lửng và 30 - 35 % theo BOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ sinh học. Các loại bể lọc giúp loại bỏ cặn lơ lửng làm cho nước trong trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Nếu điều kiện vệ sinh cho phép, thì sau khi qua bể lọc nước thải được khử trùng và xả vào nguồn. 10 . xuất xử lý, người thực hiện đề tài thực hiện việc nghiên cứu tìm giải pháp để cải tiến công nghệ SBR. Do đó đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR cải tiến - Ứng dụng tính. nghệ SBR cải tiến so với công nghệ SBR thông thường, tìm ra chu ky thích hợp để vận hành hệ thống. - Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) sinh hoạt công ty Dụ Đức, tỉnh Tiền Giang. thải sinh hoạt - Các phương pháp xử lý - Chương 2: Thí nghiệm mô hình SBR cải tiến xử lý nước thải sinh hoạt - Chương 3: Tổng quan công ty Dụ Đức - Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước