Xử lý nước thải bằng bể hợp khối 6.1

MTĐT - Thứ hai, 08/10/2018 14:31 (GMT+7)

Bài viết nhằm chia sẻ kiến thức và kinh nghiện trong tính toán thiết kế, xây lắp và quản lý vận hành trạm xử lý nước thải quy mô nhỏ áp dụng mô hình bể hợp khối 6.1.

Tóm tắt nội dung

Trên cơ sở các công trình xử lý nước thải công suất nhỏ đã thực hiện tại các cụm dân cư, nhà máy sản xuất bánh kẹo, nước sau xử lý đạt chất lượng cột A theo QCVN 14:2008/Bộ TNMT ( BOD< 30 mg/l), công ty Nam An đã từng bước hoàn thiện mô hình bể xử lý nước thải hợp khối 6.1 nhằm đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải cục bộ tại các cụm dân cư, nhà cao tầng, các nhà máy chế biến thực phẩm…. Bài viết nhằm chia sẻ kiến thức và kinh nghiện trong tính toán thiết kế, xây lắp và quản lý vận hành trạm xử lý nước thải quy mô nhỏ áp dụng mô hình bể hợp khối 6.1.

Kiến trúc bể hợp khối 6.1 và công nghệ trạm xử lý nước thải

Bể hợp khối 6.1 là một bể có nhiều ngăn để thực hiện đồng thời 6 quá trình khác nhau trong dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt hoặc nước thải chế biến thực phẩm, sản xuất bánh keo… có BOD cao sử dụng vi sinh bao gồm quá trình xử lý sinh học thiếu khí (Anoxic), hiếu khí (aerotank) và lắng, lọc, khử trùng, ủ bùn. Tùy theo công suất nước thải mà ta lựa chọn kết cấu bể bằng bê tông cốt thép hay xây dựng bằng gạch đặc. Bể có thể đặt nửa nổi nửa chìm trong các khu nhà trung cư, nhà máy chế biến thực phẩm hoặc chìm hoàn toàn trong các khu biệt thự cao cấp, có thể xây dựng trong tầng ngầm của các nhà cao tầng...

Đã có rất nhiều bài viết về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi sinh cho nên bài viết đi thẳng vào quy mô xây lắp một trạm cụ thể với công suất nước thải Q= 200 m³/ngđ, loại nước thải sinh hoạt có độ ô nhiễm các chất hưu cơ ở mức trung bình BOD = 250 mg/l. Bể xây dựng bằng bê tông cốt thép, nửa chìm nửa nổi. Trạm xử lý nước thải 6.1 công suất nhỏ đáp ứng đủ nhu cầu xử lý nước thải sinh hoạt cho tòa nhà trung cư có khoảng 320 hộ dân, mỗi hộ trung bình 4 người tính theo tiểu chuẩn nước thải thành phố Q₀= 150lít/người.ngày. Bài viết trình bày tính toán công nghệ và cách phân chia hợp lý các ngăn bể trong bể hợp khối 6.1, các cấu trúc cần lưu ý để trạm hoạt động ổn định với chất lượng nước thải sau xử lý đạt cột A theo QC 14:2008/BTNMT , nước sau xử lý có áp dư để có thể cấp vào hệ thống tưới cây hoặc xả vào hệ thống rãnh thoát nước mưa. Nước thải sinh hoạt chứa các tác nhân ô nhiễm có nguồn gốc từ chất thải sinh hoạt của con người, chủ yếu chúng là các hợp chất hữu cơ (BOD, COD), các hợp chất N, P, dầu mỡ và vi khuẩn…. Đặc trưng cơ bản của nó thể hiện trong bảng Hình 1.

Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi sinh

Công nghệ vi sinh được sử dụng gần như 100% trong xử lý nước thải sinh hoạt. Đây là công nghệ tiêu tốn ít hóa chất, ít năng lượng nhất, ít phát thải thứ cấp nhất so với các công nghệ khác. Trạm xử lý nước thải sinh hoạt dùng bể hợp khối 6.1 ứng dụng công nghệ bùn hoạt tính với lớp vật liệu mang MBC, kỹ thuật MBBR trong bể có cấu trúc hợp khối các ngăn bể chức năng vào một khối. Bể hợp khối gồm 6 ngăn bể chức năng sau: Ngăn V1- ngăn bể điều hòa, V2- ngăn bể thiếu khí (Anoxic), V3- ngăn bể hiếu khí (Aerotank) V4- ngăn bể lắng lamen, V5- ngăn bể chứa trung gian, V6- ngăn bể ủ bùn. Tổng thể tích các ngăn bể chức năng được tính đúng tính đủ đảm bảo xử lý triệt để các thành phân ô nhiểm hữu cơ và vô cơ, hạ BOD, N, P và các ion nặng xuống dưới tiêu chuẩn cho phép theo cột A của QCVN 14:2008/BTNMT.

Máy thổi khí là thiết bị quan trọng nhất trong các thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt do nó làm việc liên tục 24/24 giờ trong ngày theo chế độ thổi khí kéo dài, do đó lựa chọn nhiều máy thổi khí chất lượng cao có công suất hợp lý để có thể cấp khí theo nhiều chế độ, giảm cấp khí trong thời gian nước thải không phát sinh (nửa đêm về sáng) hoặc phát sinh thấp (Giờ hành chính) nhằm giảm chi phí điện và tăng tuổi thọ của thiết bị. Ứng dụng kỹ thuật MBBR trong bể Aerotank để đạt hiệu quả xử lý cao, lựa chọn vật liệu mang MBC (Moving Bed Carrier) có độ rỗng cao để tạo ra mật độ vi khuận bám dính cao. Vật liệu mang vi sinh MBC được chế tạo từ polyuretan dưới dạng xốp chứa phụ gia canxi carbonat với hàm lượng tới 30% khối lượng. Tăng thêm thành phần phụ gia trong chất mang vi sinh nhằm mục đích tạo điều kiện phát triển cho chủng loại vi sinh tự dưỡng hiếu khí (Nitrifier), loại sử dụng nguồn carbon vô cơ làm cơ chất để xây dựng tế bào và tiêu hoa kiềm trong quá trình nitrat hóa. Hiện nay trong nước đã sản xuất được loại vật liệu này do đó sử dụng vật liệu MBC sản xuất trong nước để không đẩy giá chi phí đâu tư lên cao.

Nguyên lý hoạt động của trạm xử lý nước thải 6.1 Q= 200 m3/ngđ

Nước thải từ tòa nhà chung cư chảy vào hố thu gom G, qua lưới chắn rác chảy vào bể điều hòa, tại đây bố trí 02 bơm chìm công suất Q = 10 m³/h, H = 6m (01 bơm chạy, 01 bơm dự phòng) đẩy nước thải vào ngăn xử lý thiếu khí Anoxic V2. Tại đây nước thải vào được hòa trộn với nước hồi từ hệ lọc kín tự rửa. Một phần chất hữu cơ sẽ giảm để phân hủy thành phần Nitơ. Mô hình dây chuyền công nghệ thể hiện trên hình H2.

Từ ngăn bể V2 nước tự chảy vào ngăn bể Aerotank V3. Tại bể Aerotank, không khí sẽ được cấp vào đáy bể ở độ sâu 3,2 m so với mức nước hoạt động. Các vi khuẩn hiếu khí hoạt động trong bể Aerotank phân huỷ toàn bộ các chất hữu cơ trong nước, hạ BOD xuống tới mức độ cho phép với BOD < 30 mg/l. Đưa vật liệu mang vi sinh MBC vào bể Aerotank để tăng cường khả năng lưu giữ và duy trì mật độ sinh khối trong bể xử lý và quan trọng hơn tăng thời gian lưu tế bào của chủng loại vi sinh có tốc độ phát triển chậm. Thay đổi tỷ lệ vật liệu chất mang trong khối phản ứng cho phép áp dụng linh hoạt tải lượng bề mặt của hệ xử lý, đạt được tốc độ xử lý lớn tính theo đơn vị thể tích. Chất mang chuyển động cho phép tránh hiện tượng gây tắc và tăng cường khả năng trao đổi chất của phần vi sinh bám trên chất mang, đồng thời cho phép sử dụng oxy hiệu quả hơn do khi chuyển động, chúng ngăn và làm chậm lại các bọt khí thoát ra khỏi nước.

Từ ngăn bể Aerotank V3 nước thải tự chảy vào bể lắng Lamen V4 để loại bỏ các cặn bùn. Bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng Lamen theo ống đẩy bùn hoạt động bằng khí cấp từ dàn sục khí, tự chảy vào ngăn bể ủ bùn, một phần được hồi lưu về ngăn bể Aerotank nhờ hiệu chỉnh van bố trí trên đường dẫn bùn hồi lưu. Ngoài ra tại đáy bể Lamen đều có đường ống xả bùn để định kỳ xả bùn đặc về ngăn bể ủ bùn.

Nước sau lắng lamen tự chảy vào ngăn bể V5, nước từ ngăn bể V5 được bơm tăng áp đẩy vào hệ lọc kín tự rửa LK200 gồm 3 bình lọc áp lực D600. Đây là điểm khác biệt của trạm 6.1 so với các hệ xử lý nước thải thông thường không có thiết bị lọc nước sau lắng.

Nước thải sau lọc được đẩy qua bình trộn tĩnh để tiếp nhận Clo khử trùng. Trong bình trộn tĩnh kín chịu áp nước thải và dung dịch Clo đi từ dưới lên trên qua 3 tầng đĩa trộn, khi ra khỏi bình trộn tĩnh nước có chất lượng cao, độ đục nhỏ hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn, có thể cấp vào đường ống để tưới cây hoặc đưa về bể chứa nước dùng cho cứu hỏa. Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn A theo QCVN 14:2008/BTNMT được phép thải ra môi trường.

Tính toán công nghệ

Tính thể tích bể Aerotank V3:

Thể tích của bể Aerotank tính như sau:

V= [Y . Q . θc . (S0 – S)] : [ X.(1 + Kd.θc)]

Trong đó: θ c - tuổi bùn: θc = 10 ngày; Q - công suất nước thải tính theo m³/ngày: Q = 400 m³/ngđ; X - mật độ sinh khối: X = 2500 g/m³ ÷ 3500 g/m³; Y - hiệu suất tạo sinh khối: Y = 0,5 ÷ 0,6 g/g (g.sinh khối/g.BOD); S₀ - nồng độ BOD nước thải vào: S₀ = 150 ÷ 350 mg/l (trung bình ~ 250); S - nồng độ BOD nước thải sau xử lý: S = 30 mgO₂/lít = 30 mg/l; K_d - hằng số phân huỷ nội sinh: K_d = 0,03 ÷ 0,07 d^-1

Thể tích V của bể Aerotank phụ thuộc vào mức ô nhiểm hữu cơ của nước thải sinh hoạt. Nếu chọn mức trung bình để tính toán S₀ = 250, K_d = 0,06, X = 3000, Y = 0,55 thì:

V = [(0,55 × 200 × 10 × ( 250 – 30)] : [3000 × ( 1 + 0,05 × 10)] = 54 (m³)

Thể tích ngăn bể V3 không được nhỏ hơn 54 m³. Chọn V3=60 m3.

Tính toán máy thổi khí:

Lượng oxy cần thiết làm sạch BOD tính như sau:

OC₀ = Q x ( S0 – S ) : 1000.F – 1,42.Px

Trong đó: OC₀ là lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20^oC ; Q là lưu lượng nước thải cần xử lý (m³/ngày); S₀ là nồng độ BOD₅ đầu vào, S₀ = 250 (g/m³); S là nồng độ BOD₅ đầu ra, S = 30 (g/m³) theo tiêu chuẩn nước thải loại A; F là hệ số chuyển đổi từ BOD₅ sang COD hay BOD₂₀ thường chọn F = 0,6; P_x là phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn vi sinh.

Px = Y_b x Q x (S₀-S) x 10^-3 = 0,1 x 200 x (250-30) x 10^-3 = 4,4 (kg/ngày)

Với:

(kg O₂/ngày)

Trạm hoạt động theo chế độ thổi khí kéo dài 24h/ngđ thì lượng oxy cần trong 1giờ là: 2,8 kg. Khối lượng riêng của oxy ~ 1,4 Kg/m³, do đó cần 2,8 : 1,4 = 2 m³ khí oxy tương ứng 9 m3 không khí. Nếu sử dụng đĩa khí với hiệu suất hấp thụ 8% thì lượng khí cấp vào nước cần phải đáp ứng là: Mk = 9 : 8% = 112,5 m³/h.

Lắp đặt 2 máy thổi khí công suất Q = 120 m³/h, H = 4m (1 máy dự phòng).

3,3 Tính ngăn lắng lamen V4:

Diện tích ngăn lắng Lamen xác định theo công thức:

Trong đó: Q (m³/h) = 10 (m³/h)

W = 50 mm = 0.05 m ( khe tấm lamen)

h = 1,0 m ( chiều cao khối lamen sau khi xếp nghiêng 60⁰ )

a = 60⁰ (góc xếp tấm lamen) ® cosa = 0.5.

Tấm lamen PE có chiều cao lọc h = 1,0 m. Chiều sâu của rãnh lamen d = 25 mm, như vậy khe lamen W = 25 × 2 = 50 mm = 0,05m, vận tốc lắng của bông cặn: U₀ = 0.15 mm/s = 0,54 m/h. Thay giá trị các thông số vào ta có diện tích ngăn lắng lamen của trạm là:

F = ( 10/0,54) × (0,05/( 1 × 0,5 + 0,05 × 0,25) = 1,5 (m²)

Ngăn lắng lamen lắp đặt 3 m³ tấm lắng PE với diên tích lắng 3 m² là đáp ứng yêu cầu.

V = S( m²) × H( chiều sâu ngập nước - m) = 3 × 3,5 = 10,5 m³. Chọn V4 = 30 m³.

Tính toán bể ủ bùn thải V6:

Bùn chảy vào bể chứa bùn và lắng xuống đáy. Lớp nước ở trên tự chảy về bể điều hoà. Lượng bùn thải G thu về bể ủ và nén bùn gồm có 2 thành phần là vô cơ G1và thành phần hữu cơ G2.

Thành phần G1 tính theo tổng cặn không tan TSS:

G1 = (TSS-50) × Q = (220-50) × 200 = 34 000 g = 34 kg

Thành phần G2 chính là sinh khối dư phát sinh trong quá trình phản ứng sinh hóa theo chế độ thổi khí kéo dài, tính theo mức trung bình 0,3 kg/1kg COD đầu vào:

G2 = Px = 4,4 (kg)

Lượng bùn thải G thu được trong ngày tính như sau:

G = G1 + G2 = 4,4 + 34 = 38,4 kg.

G = 38,4 kg/ngày ứng với 3,84 m³ nước bùn đặc 1%.

Trong bể ủ bùn cặn được nén đạt tới nồng độ Ω = 10%.

Để chọn thời gian ủ T_b = 60 ngày thì cần có bể ủ bùn có thể tích:

V = 60 × 3,84 × Ω = 23 m³.

Thể tích V6 phải lớn hơn 23 m³. Chọn V6= 30 m3.

Sau thời gian ủ 60 ngày, bùn có thể hút lên phơi để dùng làm phân vi sinh hoặc hút bằng xe chuyên dụng đổ ra bãi thải.

Tính thể tích bể điều hòa lưu lượng V1:

Lượng nước thải phát sinh không đều trong ngày phụ thuộc và khoảng thời gian cao điểm và thấp điểm tiêu dùng nước sinh hoạt. Chọn khoảng thời gian bất lợi là phát sinh tăng liên tục suốt 8 giờ. Chọn giá trị cao nhất của hệ bất điều hòa K = 1,4.

Khi đó thể tích V1 xác định như sau:

V1 = 8 (giờ) × 0,4.Q(m³/h) = 8 × 0,4 × (200: 24) = 26,6 m³ .Chọn V1= 30 m³

Tính thể tích bể thiếu khí Anoxic V2:

Chọn thời gian lưu nước tại V2 là 6 giờ để bể đạt hiệu quả xử lý cao nhất khi đó:

V2 = T(h) x Q(m³/h)/h = 6 x 10 = 60 m³. Chọn V2= 60 m³.

Khối tích bể này có thể chọn giảm xuống nếu bố trí cơ cấu khuấy trộn trong bể.

Xây dựng bể hợp khối bằng bê tông cốt thép

Xây dựng hợp khối toàn bộ các ngăn bể chức năng trong 1 bể lớn với chiều cao thông thủy 4,0 m. Chiều cao ngập nước 3,5 m, khoảng không gian thông thoáng 0,5m. Các ngăn bể chức năng được phân chia trong bể hợp khối bằng tường 220 bê tông cốt thép hoặc xây gạch đặc mác vữa xi măng #100, trát mác vữa ximăng #200. Các ngăn bể có thể tích ngập nước như như nhau V=30 m³, khi đó các ngăn chức năng được phân chia như sau:

Ngăn điều hòa V1 chiếm 1 ngăn 30 m³, lắp đặt bơm chìm nước thải Q = 10 m³/h, chiều cao áp đẩy H = 6 m, Số lượng 2 bơm (1 bơm làm việc, 1 bơm dự phòng)

Ngăn Anoxic V2 chiếm 2 ngăn V2 = 2 x 30 = 60 m³.

Ngăn Aerotank V3 chiếm 2 ngăn V3= 2 x 30 = 60 m³.

Ngăn lắng Lamen V4 chiếm 1 ngăn V4= 30 m³.

Ngăn chứa trung gian V5 = 30 m³. Ngăn ủ bùn V6 = 30 m³.

Bể hợp khối 6.1 cần diện tích mặt bằng khoảng 80 m2.

Diện tích mặt bằng nhà đặt thiết bị xử lý nước thải cần khoảng 60 m² dùng đặt hệ lọc kín tự rửa, máy thổi gió, bơm định lượng, tủ điều khiển và các thiết bị: Tủ điện tổng và các tủ điện điều khiển thiết bị xử lý nước thải; Cụm 2 máy thổi gió công suất Q = 110 m³/h; Cụm 2 bơm tăng áp Q = 12 m³/h, H = 20m; Cụm thiết bị lọc kín tự rửa LK400 công suất Q = 200 m³/ngđ gồm 3 bình lọc áp lực D600; Thiết bị cấp Clo khử trùng gồm bơm định lượng 0-11 l/h và bồn chứa dung dịch Javen V= 500 lit.

Tổng diện tích mặt bằng của trạm đòi hỏi không lớn, khoảng 300 m², xem Hình 3.

Những điểm cần lưu ý trong xây lắp và vận hành hệ thống xử lý nước thải

Đường ống dẫn khí trục chính không ngập nước nên dùng ống bằng inox SUS 304.

Các đường ống phân phối cấp và thu nước thải trong bể thiếu khí phải bố trí hợp lý và thuận tiện cho công tác xử lý kết bám gây tắc ống.

Bể lắng Lamen cần có khoang thao tác, phần đáy bể thu bùn phải tạo dốc 60 độ, đặt bổ sung

bơm chìm nước thải tại đây để bơm nước tuần hoàn về bể Aerotank công suất Q = 3m³/h, chiều cao áp đẩy H = 6m.

Khung lưới Inox sus304 chặn vật liệu mang trong các khoang của ngăn bể Aerotank, kích thước khung 1m ×1m, lưới inox sus 304 loại 5×5×1mm.

Bố trí đường hồi nước sau lọc kín tự rửa trước đầu châm Clo. Nước sau lọc quay trở lại bể thiếu khí Anoxic tạo ra quá trình khử Nitơ và một lượng chất hữu cơ bị tiêu hao cho quá trình này. Lưu lượng nước hồi sau lọc phụ thuộc vào việc chọn công suất của bơm tăng áp, việc tăng công suất bơm sẽ làm tăng đáng kể hiệu quả xử lý của hệ thống, điều này có ý nghĩa đặc biệt khi xử lý nguồn nước thải phát sinh từ các nhà máy chế biến thực phẩm.

Xây dựng ngăn bể ủ bùn liên kề với ngăn bể điều hòa và mở cửa sổ thoát tràn tạo dòng chảy tràn từ ngăn bể ủ bùn về ngăn bể điều hòa để thu nước dư sau lắng của ngăn bể ủ bùn.

Trên thực tế trạm xử lý nước thải 6.1 có khả năng xử lý nước thải có BOD rất cao phát sinh từ nhà máy sản xuất bánh kẹo. Hình ảnh trạm nước thải 6.1 xây dựng cho nhà máy sản xuất bánh kẹo thể hiện trong hình 4 và hình 5.