BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TR ỜNG ĐẠI HỌC CẦN TH KHOA CÔNG NGHỆ --- oOo --- BÀI GI NG MÔN HỌC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I (Wastewater Treatment Works) GIÁO TRÌNH DÙNG CHO CÁC SINH VIÊN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TR ỜNG Biên so n LÊ ANH TUẤN - 2005 - Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------ LỜI MỞ ĐẦU --- oOo --- Con ngư i là một trong các sinh vật sống trong tự nhiên và là một phần của hệ sinh thái môi trư ng. Các hoạt động của con ngư i ngày càng tác động đến môi trư ng sống càng rõ rệt. Nước thải từ các hoạt động sản xuất, sinh hoạt đang là một trong các nguy cơ làm ô nhiễm và hủy hoạt môi trư ng sống. Việc hạn chế và ngăn chận ô nhiễm do nước thải là một trong các yêu cầu quan trọng của kỹ thuật môi trư ng. Bài giảng môn học CÔNG TRÌNH X LÝ N C TH I này dành cho các sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trư ng. Bài giảng đặt trọng tâm cho sinh viên các nguyên lý tính toán và thiết kế cơ bản cho một số hạng mục công trình xử lý nước thải. Sinh viên học môn học này còn bắt buộc thực hiện thêm 1 đồ án môn học, được xem như một chuyên đề nghiên cứu thực tế (case study). Môn học có 2 phần: Phần lý thuyết có 2 tín chỉ (30 tiết) và phần Đồ án 1 tín chỉ. Phần Đồ án sẽ thực hiện sau khi học phần lý thuyết. Trong điều kiện cho phép, Khoa Công nghệ sẽ phối hợp với giảng viên tổ chức cho sinh viên đi thăm một số chuyến viếng thăm các công trình xử lý nước thải trong khu vực. Các thuật ngữ sử dụng trong bài giảng là các từ tương đối quen thuộc trong nước. Để tránh nhầm lẫn, một số thuật ngữ có phần chú thích tiếng Anh đi kèm. Ngoài các bài giảng chính, sinh viên có thể tham khảo thêm một số tài liệu tham khảo trình bày cuối giáo trình. Sinh viên có thể sử dụng các tài liệu tham khảo như một tài liệu thứ hai cho việc bổ sung kiến thức của mình. Tài liệu này biên soạn dựa vào nhiều tài liệu tham khảo và nghiên cứu khác nhau mà ngư i viết tích lũy được. Một số ví dụ, hình vẽ, câu giải thích ... trong bài giảng được trích dịch từ các tài liệu của các tác giả trong tài liệu tham khảo. Do không có điều kiện tiếp xúc, trao đổi để xin phép để trích dẫn các nguồn khác nhau, mong quí vị vui lòng miễn chấp. Bài giảng này chỉ sử dụng trong nội bộ, không mang tính kinh doanh vụ lợi. Mặc dầu có nhiều cố gắng nhưng bài giảng không thể tránh khỏi các khuyết điểm, sai sót, tác giả mong được nhận các phê bình đóng góp của các bạn để hoàn chính dần cho các biên soạn kế tiếp. Trân trọng. Lê Anh Tuấn MỞ ĐẦU - MỤC LỤC ---------------------------------------------------------------------------------------------------------ii Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------ MỤC LỤC ========== trang ... TRANG BÌA.................................................................................................... L I M Đ U ................................................................................................. ii M C L C....................................................................................................... iii Ch ơng 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I................ 1 1.1 Đ NH NGHƾA VÀ CÁC KHÁI NI M......................................................... 1 1.1.1 Định nghĩa Nước thải ........................................................................... 1 1.1.2 Giới thiệu môn học ............................................................................... 1 1.1.3 Khái niệm về Công trình Xử lý Nước thải ............................................ 2 1.1.4 Các phương pháp cơ bản để Xử lý Nước thải .................................... 3 1.1.5 Các yêu cầu chính của một Công trình XLNT...................................... 7 1.2 CÁC B C HÌNH THÀNH M T D ÁN X LÝ N C TH I .............. 7 1.2.1 Tiến trình tổng quát............................................................................... 7 1.2.2 Điều tra, khảo sát.................................................................................. 8 1.2.3 Định khối lượng nước thải.................................................................... 8 1.2.4 Đề xuất Phương án ............................................................................. 9 1.2.5 Phân tích các Phương án..................................................................... 9 1.3 H S CÔNG TRÌNH XLNT................................................................... 9 1.3.1 Yêu cầu................................................................................................. 9 1.3.2 Tóm tắt công trình................................................................................. 10 1.3.3 Tập thuyết minh Công trình .................................................................. 10 1.3.3 Các số liệu - Phụ lục............................................................................. 11 Ch ơng 2 XÁC ĐỊNH KHỐI L ỢNG VÀ THÀNH PHẦN N ỚC TH I LIÊN QUAN ĐẾN CÁC CHỈ SỐ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ................. 12 2.1 N C TH I SINH HO T........................................................................ 12 2.1.1 Khối lượng ............................................................................................ 12 2.1.2 Thành phần và tính chất ....................................................................... 13 2.2 N C TH I S N XU T ......................................................................... 17 2.2.1 Khối lượng ............................................................................................ 17 2.2.2 Thành phần và tính chất ....................................................................... 18 2.3 CÁC VÍ D C B N XÁC Đ NH CH S THI T K TH Y L C........... 19 2.3.1 Phương trình Manning và phương trình Hazen-Williams .................... 19 2.3.2 Xác định đư ng kính tối ưu cho máy bơm........................................... 20 2.3.3 Đập tràn thành mỏng ............................................................................ 21 2.3.4 Đo lưu lượng nước thải ........................................................................ 21 2.3.5 Cân bằng dòng chảy............................................................................. 22 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------MỞ ĐẦU - MỤC LỤC iii Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -----------------------------------------------------------------------------Ch ơng 3 CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I BẰNG C HỌC ................ 25 3.1 CÔNG TRÌNH LÀM S CH C H C....................................................... 25 3.1.1 Song chắn rác ...................................................................................... 25 3.1.2 Một số kiểu song chắn rác ................................................................... 27 3.2 B L NG CÁT ......................................................................................... 31 3.3 B L NG S C P .................................................................................. 37 3.4 B THU D U, B THU M .................................................................... 42 3.5 B L C.................................................................................................... 43 Ch ơng 4 CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH N ỚC TH I D ỚI ĐẤT ................ 48 4.1 CÔNG TRÌNH NHÀ V SINH .................................................................. 48 4.1.1 Khái quát............................................................................................... 48 4.1.2 Bố trí Nhà vệ sinh ................................................................................. 49 4.1.3 Phân loại Nhà vệ sinh........................................................................... 51 4.1.4 Bể tự hoại ............................................................................................. 53 4.3 H TH NG GÒ L C .............................................................................. 61 4.2 CÔNG TRÌNH GI NG TH M .................................................................. 62 4.2.1 Nguyên lý và Sơ đồ giếng thấm ........................................................... 62 4.2.2 Kết cấu giếng thấm............................................................................... 64 4.3 CÁNH Đ NG L C, T I ....................................................................... 65 4.3.1 Nguyên lý ............................................................................................. 65 4.3.2 Thiết kế ................................................................................................ 65 4.3.3 Tính toán mức tải thủy lực và xác định diện tích.................................. 70 Ch ơng 5 TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I ........................... 81 5.1 NGUYÊN LÝ ........................................................................................... 81 5.2 CÁC CH TIÊU THI T K ....................................................................... 83 5.2.1 Số liệu thiết kế ..................................................................................... 83 5.2.2 Sơ đồ hệ thống công trình ................................................................... 83 5.2.3 Chọn phương án xử lý ......................................................................... 85 5.3 VÍ D THI T K M NG L IN C TH I ĐÔ TH VÀ K NGH ..... 86 5.4 QU N LÝ CÔNG TRÌNH X LÝ N C TH I ...................................... 90 5.4.1 Nguyên tắc chung ................................................................................ 90 5.4.2 Công tác đo lư ng ............................................................................... 90 5.4.3 Công tác quản lý .................................................................................. 91 B NG QUI ĐỔI Đ N VỊ................................................................................ 92 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 93 TÀI LIỆU THAM KH O................................................................................. 99 =========================================================== ---------------------------------------------------------------------------------------------------------MỞ ĐẦU - MỤC LỤC iv Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------Ch ơng Ø KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I --- oOo --- 1.1 ĐỊNH NGHƾA VÀ CÁC KHÁI NIỆM 1.1.1 Đ nh nghƿa N c th i Tất cả các hoạt động sinh hoạt và sản xuất trong mỗi cộng đồng đều tạo ra các chất thải, các thể khí, lỏng và rắn. Thành phần chất thải lỏng, hay nước thải (wastewater) được định nghĩa như một dạng hòa tan hay trộn lẫn giữa nước (nước dùng, nước mưa, nước mặt, nước ngầm, ...) và chất thải từ sinh hoạt trong cộng đồng cư dân, các khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông vận tải, nông nghiệp, ... đây cần hiểu là sự ô nhiễm nước (water pollution) xảy ra khi các chất nguy hại xâm nhập vào nước lớn hơn khả năng tự làm sạch của chính bản thân nguồn nước. Nước thải chưa xử lý (untreated wastewater) là nguồn tích lũy các chất độc hại lâu dài cho con ngư i và các sinh vật khác. Sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có thể tạo ra các chất khí nặng mùi. Thông thư ng, nước thải chưa xử lý là nguyên nhân gây bịnh do nó chứa các loại độc chất phức tạp hoặc mang các chất dinh dưỡng thuận lợi cho việc phát triển cho các loại vi khuẩn, các thực vật thủy sinh nguy hại. Tại nhiều quốc gia trên thế giới, việc đòi hỏi phải kiểm soát và xử lý nguồn nước thải đã tr thành luật lệ bắt buộc. Hầu hết các ngành sản xuất đều có các tài liệu chỉ dẫn về tiêu chuẩn làm sạch nước thải. 1.1.2 Gi i thi u môn học Môn học Công trình Xử lý Nước thải (Wastewater Treatment Works) là một trong những môn học bắt buộc đối với chuyên ngành học Kỹ thuật Môi trư ng. Môn này là phần tiếp nối tiếp môn học Phương pháp Xử lý Nước thải. Môn học đặt trọng tâm phần giới thiệu các thiết bị, công trình trong chuỗi xử lý nước. Các kiến thức khoa học cơ bản như Toán học,Vật lý, Hóa học, ... tạo nền móng ban đầu cho môn học. Các môn cơ s như Thủy lực, Thủy văn, Kết cấu công trình, Ô nhiễm môi trư ng ... là các môn tiên quyết cho môn học này. Phương pháp và Công trình Xử lý Nước thải là môn học chuyên ngành cho việc đào tạo Kỹ sư ngành Kỹ thuật Môi trư ng. Tuy nhiên do giới hạn th i gian và qui mô đào tạo, môn học này chỉ giới hạn mức hướng dẫn việc khảo sát, thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành các công trình làm sạch nước thải sinh hoạt dân dụng và một phần công nghiệp với qui mô nhỏ (liên quan đến một cộng đồng khoảng 5.000 cư dân tr lại, mức nước thải tối đa trung bình cho 1 cư dân là 250 lít/ngày đêm) và vừa (mức độ từ 5.000 đến 50.000 - 100.000 cư dân). Phần công trình xử lý nước thải cho một cộng đồng trên 100.000 cư dân nằm trong một chuyên đề khác (như Luận văn Tốt nghiệp). Mục tiêu chính của môn học là: --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------• • • • • Hiểu được tiêu chuẩn chất lượng đòi hỏi cho một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và một số ngành công nghiệp. Có khả năng định lượng việc chuyển tải thủy lực nước thải đến trạm/nhà máy xử lý nước thải. Có khả năng xác định việc bố trí và tập trung các ảnh hư ng của nước thải đến trạm /nhà máy xử lý nước thải. Có khả năng thiết kế các hạng mục công trình xử lý nước thải. Biết cách quản lý, vận hành một hệ thống xử lý nước thải. 1.1.3 Khái ni m v Công trình X lý N c th i Công trình Xử lý Nước thải là một khái niệm chung để chỉ một hệ thống tổ hợp bao gồm các hạng mục công trình và thiết bị đi kèm để biến nước thải thành nước sạch mức độ chấp nhận được. Có 4 loại nước thải có thể chảy vào hệ thống xử lý nước: • N c th i sinh ho t c dân (domestic watsewater): do các hộ dân thải ra qua sinh hoạt gia đình, mua bán, văn phòng, ... • N c th i công nghi p (industrial watsewater): do các nhà máy sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nói chung. • N c thẩm lậu/n c ch y tràn (infiltration/inflow): nước thẩm lậu là tất cả các loại nước chảy vào hệ thống cống rãnh do sự rò rỉ, bể vỡ đư ng ống hoặc thấm qua tư ng chắn. Nước chảy tràn là lượng nước mưa chảy vào hệ thống cống rãnh từ hệ thống tiêu nước mưa, mái nhà, hè phố, ... • N c m a (stormwater): nước tràn mặt do mưa tại chỗ hoặc tuyết tan. Tùy theo nhiệm vụ công trình và khả năng tài chính, ngư i ta có thể tách ra từng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước mưa riêng rẽ hoặc tổng hợp. Theo th i gian, nước thải có thể tự làm sạch một phần nh quá trình chuyển hóa nước toàn cầu. Tuy nhiên, hiện nay con ngư i chưa thể có những tác động lớn vào sự cân bằng nước trong thiên nhiên nhằm làm sạch nguồn nưóc mà chỉ có thể can thiệp, tạo ra các hệ thống xử lý nước thải đã bị ô nhiểm trưóc khi đổ vào nguồn tiếp nhận theo một số tiêu chuẩn đã được nhà nước ban hành. Qui trình tổng quát của nguồn cấp nước và việc xử lý nước thải: --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------- 3 NGU N TI P NHẬN Á NƯỚC THÔ HỆ THỐNG C P NƯỚC ) CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC C MẠNG LƯỚI SỬ DỤNG NƯỚC XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRIỆT ĐỂ (LẦN III) @ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỨ CẤP (LẦN II) A + NƯỚC THẢI CHƯA XỬ LÝ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CẤP (LẦN I) @ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Hình 1.1: Liên quan giữa nguồn cấp nước và xử lý nước thải 1.1.4 Các ph ơng pháp cơ b n để X lý N c th i Có nhiều phương pháp khác nhau trong xử lý nước thải, bảng dưới đây cho một tổng quan về từng công nghệ và phương pháp. Trong thực tế tùy điều kiện địa phương, tài chính và chính sách mà ta có các chọn lựa có thể khác nhau (ví dụ như hình 1.2). Sinh viên tham khảo giáo trình Phương pháp xử lý nước thải và tài liệu liên quan để hiểu thêm về việc lựa chọn công trình. --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------Bảng 1.1 : Tổng quan về công nghệ và phương pháp xử lý nước thải Công ngh Ph ơng pháp Công trình Mục tiêu x lý x lý x lý x lý - Tách các chất lơ - Tuyển nổi + Hóa Lý lửng và khử màu - Hấp phụ - Keo tụ... Xử lý sơ bộ - Trung hòa và khử - Oxy hóa + Hóa học độc nước thải - Trung hòa + Cơ học - Song chắn rác - Bể chắn rác - Bể lắng đợt I + Sinh học - Hồ sinh vật - Cánh đồng lọc, tưới - Kênh oxy hóa - Aeroten - Bể lọc sinh học - Bể lắng đợt II + Khử trùng - Trạm trộn Clor - Máng trộn - Bể tiếp xúc + Xử lý bùn cặn - Bể metan - Sân phơi bùn - Trạm xử lý cơ học bùn cặn + Cơ học - Bể lọc cát + Sinh học - Bể aeroten bậc II - Bể lọc sinh học bậc II - Hồ sinh vật - Bể khử nitơrat + Hóa học - Bể oxy hóa Xử lý tập trung Xử lý triệt để - Tách các tạp chất rắn và cặn lơ lửng - Tách các chất hữu cơ dạng lơ lửng và hòa tan - Khử trùng trước khi xả ra nguồn - n định và làm khô nguồn cặn - Tách các chất lơ lửng - Khử nitơ và phốtpho - Khử nitơ, phốtpho và các chất khác --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------Nước thải chưa xử lý +) Hệ thống thu gom nước thải Lưới chắn rác, sỏi đá lớn Lưới chắn rác nhỏ hơn Máy bơm nước thải Bể lắng cát Thu gom rác, bùn cát về bãi đổ X X Xử lý bùn sơ cấp Bể lắng bùn cát và váng nổi LÝ S LÝ S B X CÂP LÝ TH CÂP Xử lý bùn thứ cấp Bể sục khí Chlorire sắt (Loại Phophorus) Máy nén khí Hoàn lưu bùn hoạt tính Thu gom bùn hoạt tính để cô đặc Sân phơi bùn Khử trùng X LÝ TRI T Đ San lấp/ Betón hóa Bể tiếp xúc Chlorine 3 RA NGU N N C Hình 1.2: Một ví dụ về sơ đồ xử lý nước thải --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 5 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 1.1: Sơ đồ hướng dẫn chọn lựa một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt dựa vào độ đục của nước (hình 1.3). Nước có đ đ c nhỏ Không bị nhiễm các loại bào xác (cysts) và trứng (ova) Nước có đ Khử bằng Chlor (Cl) và Lắng trữ đ c trung bình Lọc Thẩm thấu Lọc chậm qua cát Nước có đ đ c cao và có phòng thí nghiệm tốt Kinh phí? Ít tiền Có đủ cát? Ít Lọc nhiều lớp: Màng lọc bằng tro trấu/ xơ dừa / cát Có đủ tiền Có đủ Xây dựng nhà máy xử lý nước thải theo tiêu chuẩn Lọc chậm qua cát, với biện pháp tiền xử lý như: + Bể lắng + Bể lắng cát nước chảy ngang + Bộ lọc cát sạn Hình 1.3: Sơ đồ hướng dẫn chọn phương án xử lý độ đục của nước thải --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 6 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------1.1.5 Các yêu cầu chính của m t Công trình XLNT Một công trình Xử lý nước thải phải được xem xét trên cả 3 chỉ tiêu (3E): kỹ thuật (Engineering), kinh t (Economics) và môi tr ờng (Environment). • • • • • • Tổng quát, một dự án xử lý nước thải tốt cần có một số đặc điểm sau: Sau khi xử lý, nước thải phải giảm được độ đục, màu, mùi, độ cứng và các chất hữu cơ gây bệnh thỏa các yêu cầu của Nhà nước. Công trình càng đơn giản, càng bền vững và hiện thực thì càng tốt Công trình cần xem xét các liên quan đến mức độ lao động với chi phí thấp, giới hạn việc phải nhập khẩu nguyên vật liệu và chuyên gia nước ngoài. Công trình phải thỏa nhu cầu phát triển dân số. Công trình cần thiết phải nằm trong khả năng quản lý, vận hành và bảo dưỡng của cộng đồng địa phương. Công trình cần được thừa nhận và đồng tình cao của cộng đồng và có sự tham gia càng nhiều càng tốt của cư dân, nguyên vật liệu tại chỗ, ... 1.2 CÁC B ỚC HÌNH THÀNH MỘT DỰ ÁN XỬ LÝ N ỚC TH I 1.2.1 Ti n trình tổng quát Việc hình thành một dự án hay một công trình cụ thể phải bắt nguồn từ một hay nhiều chính sách chung (general policies), các chủ trương cấp chính quyền sẽ được thể hiện bằng các văn bản, nghị quyết. Sau đó, các qui hoạch tổng thể (master plans) cụ thể sẽ được vạch định. Từ qui hoạch này, các chương trình (programs) ra đ i và tiếp theo là các dự án (project) cụ thể. Trong chi tiết dự án có thể có nhiều hạng mục công trình. Tuy nhiên, cũng có nhiều dự án hay công trình (đặc biệt là loại nhỏ hoặc vừa) có thể trực tiếp từ các chủ trương chính sách mà không qua các bước trung gian như qui hoạch tổng thể, chương trình mục tiêu, ... Một tiến trình tổng quát từ chính sách đến một công trình như sau: Chính sách Qui hoạch Chương trình mục tiêu Dự án Công trình --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 7 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------Hình 1.2: Tiến trình tổng quát của việc xây dựng và thực hiện dự án Việc thực hiện một công trình sẽ có những bước đi cơ bản sau: ª Điều tra, Khảo sát ª ª Phương án công trình ª Thiết kế các hạng mục ª Dự toán công trình ª Duyệt, điều chỉnh ª Thi công, Xây dựng ª Bàn giao, Quản lý Chọn lựa phương án Hình 1.3. Các bước cơ bản trong thực hiện một công trình 1.2.2 Đi u tra, kh o sát Trước khi tiến hành việc xây dựng một đề án xứ lý nước thải, cần thiết phải có bước điều tra, khảo sát và đánh giá hiện trạng của khu vực công trình cần thực hiện. Một nhóm điều tra khảo sát sẽ được thành lập nhằm mục đích thu thập các dữ liệu sau: • Bản đồ tự nhiên khu vực với các điểm hoặc đư ng đồng cao độ với tỉ lệ xích 1/500 - 1/5 000. • Số liệu và biểu đồ các diễn biến tình hình khí tượng thủy văn khu vực. • Số dân và số hộ trong khu vực công trình: số cư dân hiện tại và số cư dân phỏng đoán cho 5, 10 và 15 năm sau. • Số lượng và qui mô các hoạt động sản xuất trong vùng: tiểu thủ công nghiệp, công nghiệp, chế biến nông thủy hải sản, ... • Mức độ nước thải do sinh hoạt và sản xuất: lưu lượng thải, th i đoạn thải và thành phần lượng nước thải. • Phỏng vấn và đánh giá nguồn thu nhập và sức khoẻ của cộng đồng cư dân. Đánh giá sơ bộ theo cảm tính ảnh hư ng của lượng nước thải lên các hoạt động và sức khoẻ cộng đồng cũng như cảnh quan môi trư ng. • Các chủ trương của chính quyền (định hướng phát triển, các qui hoạch trước đó, qui định chung về môi trư ng, ...) và nguyện vọng nhân dân khu vực. • Diện tích xây dựng cho phép và các nguồn nguyên vật liệu xây dựng cũng như nguồn năng lượng cho công trình về sau. • ớc lượng khả năng cung cấp tài chính cho dự án. Các dữ liệu được tập hợp và hình thành một báo cáo sơ bộ đánh giá ban đầu. 1.2.3 Đ nh khối l ợng n c th i Lưu lượng nước thải trong một ngày đêm (m3/day) và lưu lượng nước thải cần làm sạch qua công trình (l/s hoặc m3/h) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như số ngư i, th i điểm, mùa vụ, giai đoạn sản xuất... Tổ hợp các điều kiện bất lợi nhất để có số liệu thiết kế. --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 8 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------1.2.4 Đ xuất Ph ơng án Các chuyên gia cần xây dựng càng nhiều phương án xem xét càng tốt. Trước khi xây dựng cac phương án cần đánh giá mức độ vấn đề cần giải quyết. Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải, vậy cần chọn phương án nào? Kết cấu công trình nào là phù hợp? Chi phí xây dựng và vận hành có vượt qua khả năng tài chính cho phép không? Các giới hạn về diện tích đất? Quản lý công trình ra sao? Mỗi phương án phải nêu lên mặt mạnh và mặt yếu của nó. Chọn phương án tối ưu (lợi ích cao, thỏa yêu cầu, chi phí ít, vận hành dễ, ...). Khi xem xét một hệ thống xử lý nước thải, cần thiết lưu ý ba yếu tố sau: + Nguồn xả nước thải + Khối lượng và thành phần nước thải + Xây dựng và quản lý công trình làm sạch nước thải Công trình xử lý nước thải, với mục tiêu chính là ngăn ngừa ảnh hư ng xấu của nước thải đến nguồn nước chung, sức khoẻ cộng đồng và sinh thái khu vực. Cơ quan quản lý tài nguyên nước phải cung cấp yêu cầu làm sạch và đánh giá tình trạng nơi nưóc thải xả ra. Việc thiết kế xây dựng công trình cần chú ý đến khả năng hợp nhất các trạm xử lý nước thải khác nhau nhằm làm giảm chi phí xây dựng, ngay cả trong trư ng hợp xây dựng công trình biệt lập như xử lý nước thải sinh hoạt riêng, xử lý nước tràn mặt (mưa) và xử lý nước thải sản xuất. 1.2.5 Phân tích các Ph ơng án Việc xem xét phân tích các phương án bao gồm các mặt sau: • Phân tích tính hợp lý trong việc xây dựng công trình. • Phân tích qui mô công trình • Phân tích tuyến công trình • Phân tích việc chọn lựa các phương pháp xử lý • Phân tích chi phí • Phân tích khả năng quản lý và bảo dưỡng công trình Phần này, sinh viên có thể tham khảo thêm các giáo trình kinh tế xây dựng, kinh tế môi trư ng và các tài liệu tham khảo về phân tích dự án. 1.3 H S CÔNG TRÌNH XLNT 1.3.1 Yêu cầu Bất kỳ công trình hay dự án nào cũng phải có một hồ sơ thuyết minh công trình đó. Mục đích chính của việc lập hồ sơ là tóm tắt các nghiên cứu khảo sát, phân tích, tính toán và kết luận kiến nghị. Mỗi công trình và nguồn ngân sách thư ng được qui định theo một hình thức trình bày riêng (format). Một hồ sơ thư ng gồm có 3 phần trong mục lục chính: Tóm tắt công trình Ph n thuy t minh Ph n ph l c --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 9 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------Hồ sơ công trình thư ng được in ra rõ ràng theo khổ giấy A4 (210 x 297 mm), kiểu chữ chân phương, có đánh số trang và sắp xếp theo một trình tự nhất định. Hồ sơ phải được đóng thành tập với bìa cứng. Phần phụ lục có thể đóng chung với tập hồ sơ nếu không quá dày. Trư ng hợp công trình lớn, biểu bảng tính toán, bản đồ, sơ đồ nhiều thì có thể tách ra thành một tập phụ lục riêng. Số lượng hồ sơ cần in ra tùy thuộc vào số lượng các cấp thẩm quyền xem xét. 1.3.2 Tóm tắt công trình Phần này dùng để tóm lượt các tiêu chí quan trọng liên quan đến công trình. Phần tóm tắt không dài quá 1 trang A4. Thứ tự trình bày có thể như sau: Tên công trình Vị trí, địa danh Cơ quan chủ trì + Khảo sát + Thiết kế + Xây dựng... Thời gian Kinh phí + Địa phương + Quốc gia + Quốc tế : : : : : : : : : : : Mã số : 1.3.3 Tập thuy t minh Công trình Tập thuyết minh công trình nhằm lý giải, mô tả phương pháp và minh họa các tính toán cho công trình. L i lẽ trong tập thuyết minh phải rõ ràng, ngắn gọn nhưng đầy đủ, các ngôn từ chuyên môn đôi khi cũng có thêm phần giải thích: 1. B i c nh (Background) 2. Lý gi i (Justification) 3. M c tiêu (Objectives) 4. Đ u ra và các ho t đ ng (Outputs and Activities) 5. Đ u vào (Inputs) 6. Sắp x p vi c thực hi n (Implementation Arrangements) 7. Qu n lý dự án (Project Management) --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 10 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn ------------------------------------------------------------------------------1.3.3 Các số li u - Phụ lục - Các chỉ tiêu thiết kế do nhà nước ban hành, tiêu chuẩn môi trường, ... Các số liệu khảo sát ban đầu Bản đồ khu vực Bình đồ bố trí công trình Bản vẽ kết cấu Bản dự toán công trình Các số liệu, phụ lục phải được đánh số và ghi rõ nguồn cung cấp số liệu. ============================================================== --------------------------------------------------------------------------------------Chương 1: KHÁI QUÁT V CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 11 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ch ơng Ù XÁC ĐỊNH KHỐI L ỢNG VÀ THÀNH PHẦN N ỚC TH I LIÊN QUAN ĐẾN CÁC CHỈ SỐ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH --- oOo --2.1 N ỚC TH I SINH HOẠT 2.1.1 Khối l ợng Nước thải sinh hoạt thư ng không cố định lượng xả ra theo th i gian trong ngày và theo tháng hoặc mùa. Lượng nước thải sinh hoạt thư ng được tính gần đúng dựa vào kinh nghiệm đánh giá qua qui mô khu vực sinh sống (thành thị, ngoại ô, nông thôn), chất lượng cuộc sống (cao, trung bình, thấp), ... Việc đo lưu lượng lượng nước thải cũng rất cần thiết nếu có điều kiện. Trong ngày, việc đo lưu lượng có thể thực hiện vào các th i điểm từ 6:00 - 8:00, 11:00 - 13:00 và 17:00 19:00. Trong năm, nên chọn việc đo nước thải vào mùa hè (tháng 3, 4, 5). Sơ bộ trong 1 ngày đêm, có thể lấy lượng nước thải khoảng 200 - 250 l/ngư i cho khu vực có dân số P < 10.000 ngư i. Khu vực có P > 10.000 ngư i có thể lấy vào khoảng 300 - 380 l/ngư i. Trong hoàn cảnh hiện tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có thể lấy lượng nước thải khoảng 150 - 200 l/ngư i. Lượng nước thải sinh hoạt và tính chất tập trung ô nhiễm thư ng biến động cao. Nếu lượng nước cấp giảm, thì độ tập trung ô nhiễm gia tăng. Lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất cho hệ thống xử lý nước thải có thể lấy vào khoảng 25% lưu lượng dòng chảy trung bình. Đối với nước thải sinh hoạt, có thể lấy theo các bảng sau: Bảng 2.1 Khối lượng chất bẩn có trong 1 m3 nước thải sinh hoạt Chất bẩn (g/m3) Chất Khoáng Hữu cơ Tổng cộng BOD5 100 200 150 50 Lắng 50 75 50 25 Không lắng 150 625 250 375 Hòa tan Cộng toàn bộ 450 450 900 300 Nguồn: Imhoffk, 1972 Bảng 2.2 Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt cho 1 ngư i Chất bẩn (g/ngư i/ngày-đêm) Khoáng Hữu cơ Tổng cộng BOD5 20 40 30 10 Lắng 10 15 10 5 Không lắng 30 125 50 75 Hòa tan Cộng toàn bộ 90 90 180 60 Nguồn: Imhoffk, 1972 Chất -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 12 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 2.3 Lượng nước thải hằng ngày Loại công trình các công trình sinh hoạt và thương mại BOD5 Đơn vị Lượng (kg/ Đv. ngày) (Đv) nước thải (l/ Đv. ngày) 0.01 20 khách Phi trư ng 0.01 20 chỗ ngồi Nhà th 0.03 100 hội viên Câu lạc bộ đồng quê 0.04 135 Xư ng (không chất thải công nghiệp) công nhân 0.24 950 gư ng Bệnh viện biến đổi 2200 máy giặt Tiệm giặt ủi 0.06 190 gư ng Nhà trọ (không kèm nhà hàng) 0.02 60 nhân viên Văn phòng (không kèm căn tin) 0.01 20 ngư i Công viên 0.01 20 món Nhà hàng 0.08 380 học sinh Trư ng nội trú 0.02 60 học sinh Trư ng tiểu học 0.02 75 học sinh Trư ng trung học 0.02 60 ngư i Siêu thị 0.01 40 ngư i Hồ bơi 0.01 20 ngư i Sân vận động 0.01 20 chỗ ngồi Nhà hát Nguồn: S.N. Goldstein, W.J. Woberg, Wastewater Treatment Systems for Rural Communities, 1973 Bảng 2.3 Lượng nước thải và BOD5 gần đúng Hoa Kỳ và Châu Âu Nơi thải Đơn vị Mức thải Trung bình (l/ngày) (l/ngày) Nhà 630 250 - 1100 ngư i - Hoa Kỳ 225 ngư i - Châu Âu Trư ng học 280 180 - 370 học sinh - Nội trú 60 40 - 80 học sinh - Trư ng có căn tin 40 20 - 60 - Trư ng không có căn tin học sinh 30 20 - 40 khách Nhà hàng 200 160 - 240 khách Khách sạn 600 300 - 1000 bệnh nhân Bệnh viện 60 30 - 80 nhân viên Văn phòng 40 30 - 50 nhân viên Cửa hàng tạp phẩm BOD5 (kg/ngày) 0.1 0.1 0.1 0.03 0.02 0.03 0.1 0.14 0.02 002 Nguồn: định mức của Benefield và Randall, 1980 (trích đoạn) 2.1.2 Thành phần và tính chất Nước thải sinh hoạt thư ng không được xem một cách phức tạp như là nguồn nước thải công nghiệp vì nó không có nhiều thành phần độc hại như phenol, và các chất hữu cơ độc hại. Trong thiết kế các trạm xử lý nước thải, các thông số về lượng chất rắn lơ lửng (suspended solids, SS) và BOD5, ... thư ng được sử dụng giới hạn. Tổng chất rắn (total solids, TS) có thể lấy theo hình 2.1 hoặc chừng 225 l/ngư i/ngày đêm hoặc xấp xỉ 800 mg/l. Lượng chất rắn lơ lửng có thể lấy chừng 40% tổng lượng rắn, hoặc chừng 350 mg/l. Trong số này, khoảng 200 mg/l là -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 13 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------lượng rắn lơ lửng có thể lắng đọng chừng 60% sau khoảng 1 gi để yên nước, được lấy ra khỏi nước và xử lý vật lý như một biện pháp lắng sơ cấp (primary settling). Phần còn lại, chừng 100 mg/l là những chất không thể lắng đọng và có thể dùng các biện pháp xử lý hóa học hoặc sinh học để loại thải. Hầu hết biện pháp xử lý thứ cấp (secondary treatment process) là sinh học. Phần còn lại cuối cùng phần lớn là vi chất vô cơ của chất rắn không lắng đọng được, muốn loại bỏ hoàn toàn phải dùng những biện pháp xử lý triệt để. Tổng chất rắn 720 mg/L Chất khoáng 290 mg/L Chất hữu cơ 160 mg/L Chất khoáng 10 mg/L Chất hữu cơ 40 mg/L Chất khoáng 15 mg/L Chất keo 50 mg/L Chất rắn lơ lửng không thể lắng được 60 mg/L Chất hữu cơ 40 mg/L Chất khoáng 40 mg/L Chất rắn lơ lửng Có thể lắng được 160 mg/L Chất hữu cơ 120 mg/L Chất không hòa tan 450 mg/L Chất rắn lọc được 500 mg/L Chất rắn lơ lửng 220 mg/L Hình 2.1. Phân loại chất rắn trong nước thải loại vừa Nguồn: Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, 1991 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 14 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 2.4: Thành phần đặc trưng của các loại nước thải sinh hoạt Chất ô nhiễm trong nước thải Nồng độ (mg/lít) Loại mạnh* Loại yếu* Trung bình* 700 Tổng chất rắn (TS) ≤ 350 ≥1 200 250 Chất rắn lơ lửng (SS) ≤ 100 ≥ 350 40 Nitơ tổng số ≤ 20 ≥ 85 200 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) ≤ 100 ≥ 300 500 Nhu cầu oxy hóa học (COD) ≤ 250 ≥ 1 500 10 Phốt phát tổng số ≤6 ≥ 20 100 Dầu, mỡ ≤ 50 ≥ 150 0 Nitơrít NO20 0 0 Nitơrát NO30 0 Nguồn: Ng.Thị Kim Thái, Lê Hiền Thảo, 1999 *: có thể phân theo ô nhiễm cao (mạnh), vừa (trung bình) và nhẹ (yếu) Ví dụ 2.1: Xác định lưu lượng nước thải trung bình ngày và lượng BOD5 cho một khu cư dân đô thị với các số liệu sau: (a) Dân số : 150 000 ngư i (b) Bệnh viện : 1 000 giư ng (c) Nhà hàng : 40 tiệm ăn, số thực khách trung bình 40 ngư i/tiệm (d) Đại học và cao đẳng : 1 trư ng với 15 000 sinh viên, có căn tin. (e) Trung tiểu học : 30 000 học sinh, không có căn tin. Giải: Sử dụng bảng 2.3, ta có: Nguồn thải Dân cư Bệnh viện Nhà hàng Đại học Trung học Mức thải (m3/ngày) 150 000 x 0.225 1 000 x 0.6 1 600 x 0.03 15 000 x 0.06 30 000 x 0.04 Lưu lượng (m3/ngày) 33 750 600 48 900 1 200 Σ = 36 498 BOD5 (kg/ngày) BOD5 (kg/ngày) 150 000 x 0.10 1 000 x 0.14 1 600 x 0.03 15 000 x 0.03 30 000 x 0.02 15 000 40 48 450 600 Σ = 16 238 Ví dụ 2.2: Xác định lượng tập trung BOD5 trung bình của lượng nước thải đô thị đo được trong liên tiếp 12 ngày đêm như sau: Ngày thứ 1 2 3 4 5 6 BOD5 (mg/l) 525 350 475 200 250 300 Xác định thêm độ lệch chuẩn, độ tập trung Ngày thứ 7 8 9 10 11 12 BOD5 (mg/l) 300 375 425 525 475 400 mức 90% và 50%. Giải: Sắp xếp chuỗi số liệu đo BOD5 từ nhỏ đến lớn. Tính xác suất xuất hiện nhỏ -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 15 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------hơn hoặc bằng giá trị quan trắc được (vị trí điểm) theo công thức, trong đó m khoảng thứ tự giá trị và n là tổng số quan trắc. Bảng tính như sau: Thứ tự 1 2 3 4 5 6 BOD5 200 250 300 300 350 375 Vị trí điểm 4.17 12.50 20.80 29.20 37.50 45.80 Thứ tự 7 8 9 10 11 12 BOD5 400 425 475 475 525 525 Vị trí điểm 54.20 62.50 70.80 79.20 87.50 95.80 Hình 2.2 Quan hệ BOD5 ~ P (x ≤ xi) % Lấy kết quả đã tính chấm điểm lên giấy bán logarit (giấy tần suất, trục hoành vẽ theo logarit). Trục tung chỉ lượng BOD5, trục hoành là P (x ≤ xi) %. Vẽ đư ng thẳng đi qua trung tâm các điểm, sao cho khoảng lệch là nhỏ nhất. Trung bình = 383 mg/l Trị 90% = 510 mg/l Trị 50% = 380 mg/l Trị 10% = 255 mg/l Độ lệch chuẩn=(2/3).(90% - 10%) = 2/3 (510 - 255) = 170 mg/l *Ghi chú: Phương pháp này tương tự cách xác định tần suất lũ xuất hiện trong thủy văn. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 16 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------2.2 N ỚC TH I S N XUẤT 2.2.1 Khối l ợng Chúng ta cần phân biệt 2 loại: • n c th i công nghi p (industrial wastewater) là nước thải của quá trình sản xuất công nghiệp. • n c th i khu công nghi p (industrial zone wastewater) là nước thải sản xuất cộng thêm lượng nước thải sinh hoạt từ các nhà vệ sinh, nhà ăn, ... và lượng nước mưa rơi trong khu vực. Để so sánh giữa nước thải sản xuất công nghiệp (nếu nước thải có khả năng bị phân hủy do vi sinh vật) và nước thải sinh hoạt, ngư i ta đưa ra khái niệm "số dân t ơng đ ơng" (the population equivalent, PE) qua đặc trưng chỉ tiêu nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 để chỉ nhu cầu oxy của vi sinh vật trong mẫu nước thải trong 5 ngày, 20°C. Giá trị BOD5 tính trên toàn bộ lượng nước thải cho 1 ngư i trong 1 ngày đêm là 60 - 100 gram (nếu lấy giá trị BOD20 thì thư ng tính 140 gr/ngư i/ngày đêm). Đem chia toàn bộ khối lượng nước thải của cơ s sản xuất công nghiệp cho giá trị trên để tính ra số dân tương đương. C cn × Q cn Tp Tổng quát, PE (một số sách dùng ký hiệu Np) tính theo: PE = với (2-1) Ccn và Qcn là nồng độ và lưu lượng nước thải công nghiệp. Tp lượng nước thải trên mỗi đầu ngư i. Ví dụ 2.3: Một xí nghiệp công nghiệp thải ra 2 500 m3 nước thải/ngày với lượng BOD5 là 200 mg/l. Xác định số dân tương đương PE ứng với chỉ tiêu BOD5 đơn vị là 95 g/ngư i/ngày. Giải: PE = 200 . mg 1g 2500 . m × × l 1000 . mg ngay 3 × 1000 . l 1 . nguoi . ngay × = 5263 ngư i 95 .g 1m 3 Ta có thể dựa vào bảng qui số dân tương đương ứng với qui mô sản xuất sau: Bảng 2.5: Số dân tương đương (PE) ứng với qui mô sản xuất của các nhà máy Nhà máy Qui mô sản xuất PE Nhà máy sữa không sản xuất pho-mát Nhà máy sữa có sản xuất pho-mát Lò sát sinh Lò sát sinh Nhà máy bia Nhà máy sản xuất tinh bột Nhà máy thuộc da Nhà máy chế biến len Phân xư ng tẩy Nhà máy nhuộm (có chứa lưu huỳnh) Nhà máy giặt Sự rò rỉ dầu khoáng x 1 000 lít sữa x 1 000 lít sữa x 1 con bò (=2,5 con heo) x 1 tấn thịt x 1 000 lít bia x 1 tấn bắp hoặc lúa mì x 1 tấn da x 1 tấn len x 1 tấn sản phẩm x 1 tấn vật liệu x 1 tấn vải giặt x 1 tấn dầu 30 - 80 50 - 250 70 - 200 150 - 450 150 - 400 500 - 1 000 1 000 - 4 000 2 000 - 5 000 1 000 - 4 000 2 000 - 3 500 370 - 1 000 12 000 Nguồn: I. Grulo, Công trình làm sạch nước thải loại nhỏ, 1980. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 17 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------2.2.2 Thành phần và tính chất Thành phần và tính chất của nước thải công nghiệp rất đa dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố của sản xuất công nghiệp gồm như lãnh vực, nguyên liệu tiêu thụ, loại công nghệ áp dụng, qui mô hoạt động, ... Một số tài liệu nước ngoài cho biết khối lượng nước thải công nghiệp thư ng chiếm 30 - 35% tổng lượng nước thải đô thị. Khi tính toán công trình xử lý chung nước thải sinh hoạt và công nghiệp, ta căn cứ vào chất nhiễm bẩn sinh hoạt. Chất bẩn công nghiệp phải giữ lại để xử lý cục bộ nhằm bảo đảm tính an toàn cho hệ thống dẫn và xử lý nước thải đô thị. Tính chất của nước thải thư ng được xác định bằng phân tích hóa học thành phần nhiễm bẩn. tuy nhiên để có đầy đủ các số liệu thư ng gặp nhiều khó khăn về th i gian, thiết bị và kinh phí. Để đơn giản, ngư i ta thư ng dựa vào một số chỉ tiêu như nhiệt độ, màu sắc, mùi vị, độ trong, pH, chất tro và không tro, hàm lượng chất lơ lửng, chất lắng đọng, BOD, COD và một số chỉ tiêu khác do yêu cầu. Việc xác định hàm lượng BOD hoặc SS chẳng hạn, thư ng dẫn đến việc xác định biểu đồ hàm lượng theo dòng chảy và tần suất như hình 2.3. Hình 2.3 Quan hệ Q ~ BOD ~ SS ~ P (x ≤ xi) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 18 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------2.3 CÁC VÍ DỤ C B N XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ THIẾT KẾ THỦY LỰC 2.3.1 Ph ơng trình Manning và ph ơng trình Hazen-Williams Ph ơng trình Manning TRONG NG CÓ ÁP Hệ SI Ph ơng trình Hazen-Williams TRONG NG CÓ ÁP Hệ SI V = 0,849.CR 0, 63 S 0,54 Q = 0,278.CD 2,63 S 0,54 (2-3) --------------------------------Hệ US V = 1,318.CR 0, 63 S 0,54 Q = 0,432.CD 2, 63 S 0,54 (2-4) TRONG KÊNH H Hệ SI 1 V = R 2 / 3 .S 1 / 2 n (2-7) Hệ US 1,468 2 / 3 1 / 2 R .S n 0,397 2 / 3 1 / 2 D S n 0,312 8 / 3 1 / 2 Q= D S n (2 -5) ----------------------------------Hệ US V = 0,590 2 / 3 1 / 2 D S n 0,463 8 / 3 1 / 2 Q= D S n (2-6) trong các công thức trên: ------------------------------------------------- V = V = (2-8) V - vận tốc, Q/A, m/s (ft/s) C - hệ số Chezy R - bán kính thủy lực, D/4, m (ft) S - độ dốc đư ng thế năng = hf/L Q - lưu lượng, m3/s (ft3/s) D - đư ng kính ống dẫn n - hệ số nhám (tra bảng các sách Thủy lực) Phương trình Manning và Hazen - Williams đều được sử dụng trong tính toán vận tốc và lưu lượng dòng chảy trong lòng dẫn. Từ phương trình này ta có thể xác định tổn thất cột nước trong một đoạn dòng chảy nào đó. Ví dụ 2.4: Tính tổn thất cột nước trên đư ng ống dài 1.000 m, đư ng kính trong 50 mm. Biết lượng nước thải chảy qua ống với lưu lượng 0,25 m3/s, hệ số C = 130. Giải: Từ công thức (2-3): V = 0 . 849 × C × ( D / 4 ) 0 . 63 × ( h f / L ) 0 .54 = Q (π . D 2 / 4 ) suy ra tổn thất cột nước 10 , 7 × Q 1 , 85 × L 10 , 7 × ( 0 , 25 ) 1 , 85 × 1000 hf = = ≈ 2 , 96 m C 1 , 85 × D 4 , 87 130 1 , 85 × ( 0 , 5 ) 4 , 87 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 19 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 2.5: Thiết kế một kênh dẫn hình chữ nhật bằng bêtông với: Lưu lượng nước thải Q = 2 m3/s Độ dốc đáy kênh S = 0,001 Hệ số nhám kênh dẫn n = 0,012 Giải: Theo lý thuyết, kênh hình chữ nhật có mặt cắt thủy lực tốt nhất khi: Qmax khi d = b/2 với d là độ sâu dòng chảy, b là bề rộng kênh Q = A.V = 1 AR n 2/3 .S 1 / 2 A = b.d = (2d).d = 2.d2 với ( ) 1 d  Q max = 2.d 2 .  0,012 2 2/3 d (m) (0,001) 1/ 2 =2 b (m) ⇒ d = 0,8 m ⇒ b = 1,6 m 2.3.2 Xác đ nh đ ờng kính tối u cho máy bơm Đu ng kính tối ưu là đư ng kính thỏa mãn đồng th i 2 yêu cầu: • • Chi phí tổng năng lượng bơm nhỏ nhất S1. Chi phí đầu tư trang bị máy bơm vừa đủ S2. Nếu gọi T là tổng chi phí /năm thì T = S1 + S2 thì đư ng kính tối ưu là đư ng kính dT có = 0 , Kriengsak Udomsinrot, 1989, đưa ra công thức sau: d (d ) Đư ng kính tối ưu: trong đó : d opt (511,4 × a1 × T × Q 2,8519 ) 0,17 = (u × r × a 2 × C 1,8519 ) 0,17 (2-9) a1 - chi phí năng lượng bơm (đồng/KWh) T - th i gian bơm vận hành trong 1 năm, gi Q - lưu lượng trung bình nước thải, m3/s u - hiệu suất máy bơm (gồm động cơ và máy bơm), % a2 - chi phí đư ng ống (đồng/mét dài x mét đư ng kính ống) C - hệ số Hazen-Williams r - hệ số hồi phục Ví dụ 2.6: Xác định đư ng kính máy bơm tối ưu cho việc hút xả một lưu lượng nước thải Q là 0,20 m3/s. Th i gian chạy máy là 20 gi /ngày. Giả sử hiệu suất của cả động cơ và máy bơm là 60%, ống dẫn có C = 100. Cho hệ số hồi phục r = 0,0991. Giá thành ống dẫn là 500 000 đ/(1m dài x 1m đư ng kính), chi phí bơm là 150 đ/kWh. Giải: Th i gian chạy máy trong 1 năm: T = 20 gi /ngày x 365 ngày/năm = 7 300 gi -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 20 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Đư ng kính tối ưu: d opt = ⇒ ⇒ (511,4 × a1 × T × Q 2,8519 ) 0,17 (511,4 × 150 × 7300 × 0,2 2,8519 ) 0,17 = (u × r × a 2 × C 1,8519 ) 0,17 (0,60 × 0,0991× 500000 × 1001,8519 ) 0,17 dopt = 0.57391 m Chọn bơm trên thị trư ng có đư ng kính ống xả là 600 mm. Nhiều trư ng hợp ta phải dùng nhiều máy bơm để thoát nước, việc tính toán một hệ thống nhiều máy bơm tr nên phức tạp hơn, (đề nghị xem lại các Giáo trình và sách về Bơm và Trạm bơm). 2.3.3 Đập tràn thành m ng Ngư i ta có thể sử dụng đập tràn thành mỏng có mặt cắt hình chữ nhật hoặc đập tràn thành mỏng hình tam giác để khống chế mực nước trong kênh dẫn hoặc dùng nó để đo lưu lượng dòng chảy. Công thức cơ bản để tính cho tất cả các loại đập tràn là: Q = mb . 2 g . H 2/3 o với v2 Ho = H + 2g (2-10) với b là bề rộng đập tràn, m là hệ số đối với đập tràn chảy không ngập, sơ bộ: đập tràn thành mỏng, m = 0,42 đập tràn có mặt cắt thực dụng không có chân không, m = 0,45 đập tràn có mặt cắt thực dụng có chân không, m = 0,50 đập tràn đỉnh rộng, m = 0,35 v2/2g Ho H P Q Hình 2.4: Các thông số cơ bản để xác định lưu lượng qua đập tràn thành mỏng 2.3.4 Đo l u l ợng n c th i Lưu lượng nước thải là lượng nước thải qua một mặt cắt trong một đơn vị th i gian, thư ng ta có 2 cách: đo bằng lưu tốc kế (hình 2.6), đo mặt cắt ướt và đo bằng đập tràn thành mỏng. Phương pháp đo, đề nghị xem trong các sách thủy lực và thủy văn. Hình 2.5: Một kiểu lưu tốc kế trục đứng -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 21 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------2.3.5 Cân bằng dòng ch y Việc loại thải chất rắn, đặc biệt là bùn cát, sẽ làm thay đổi nhanh chóng lượng dòng chảy chất thải. Trong một hệ thống xử lý xử lý nước thải thư ng có một khu trữ tạm th i hoặc một bể điều lưu nhằm loại bỏ một phần lớn chất rắn lơ lửng trong nước. Kích thước hoặc thể tích của bể điều lưu thư ng được xác định theo thủy đồ nước thải hằng ngày (the daily wastewater hydrograph). Có 2 phương pháp đơn giản: 1. Mô hình sóng vuông (square-wave model): Dòng chảy nước thải thư ng có biểu đồ hình dợn sóng theo th i gian, tuy nhiên nếu ta xấp xỉ các giá trị th i đoạn so với trị trung bình theo hình vuông như một thì ta có thể cân bằng dòng chảy theo hình học. Ta cần có 3 giá trị lưu lượng nước thải theo th i đoạn: Qmax : Lượng nước thải lớn nhất Qmin : Lượng nước thải nhỏ nhất Qave : Lượng nước thải trung bình, Q ave = b= Q Qma 1 n ∑Q n i =1 (2-11) i Qavg − Qmin Qmax − Qmin Vs x(1 ngaìy) a = Qmax - Qavg Qavg b Qmin 6:00 18:00 6:00 Gi Hình 2.5: Mô hình sóng vuông cho dòng nước thải trong 1 ngày Ví dụ 2.7: Hình 2.5 cho dòng nước thải trong 1 ngày (từ 6:00 sáng hôm nay đến 6:00 sáng ngày hôm sau) theo mô hình này. Vùng diện tích có gạch sọc thể hiện sự thay đổi của lượng chảy thải trong 24 gi so với trị trung bình Qavg. Theo sự cân bằng khối lượng, ta có: -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 22 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Q avg − Q min Qavg(1 ngày) = Qmin (1 ngày) + (Qmax - Qmin)(b ngày) ⇒ b= Q max − Q min (2-12) Theo Hình 2.5 , ta có a = Qmax - Qavg (2-13) Như vậy dung tích bể trữ /lắng sẽ là : Vs = a.b (2-14) 2. Đ ờng cong lũy tích (cumulative curve) để xác định thể tích bể chứa tối thiểu. Ví dụ 2.8: Một khu công nghiệp xả nước thải (tính bằng m3/h) như sau: Gi đo 2:00 4:00 3 Qthải (m /h) 518.4 445.6 Gi đo 14:00 16:00 Qthải (m3/h) 907.2 820.8 Yêu cầu xác định thể tích bể chứa tối ngày. Giải: Lập bảng tính toán sau: Lưu lượng thải Gi đo (gi ) (m3/h) (1) (2) 0:00 518.4 2:00 445.6 4:00 359.2 6:00 475.2 8:00 604.8 10:00 864.0 12:00 907.2 14:00 820.8 16:00 777.6 18:00 691.2 20:00 429.0 22:00 418.0 24:00 6:00 8:00 10:00 12:00 359.2 475.2 604.8 864.0 18:00 20:00 22:0 24:00 777.6 691.2 429.0 418.0 thiểu để cân bằng lượng nước thải hằng Thể tích thải (m3) (3) = (2) x 2 1036.8 891.2 718.4 950.4 1209.6 1728.0 1814.4 1641.6 1555.2 1382.4 958.0 836.0 Lũy tích thể tích (m3) (5) 0.0 1036.8 1728.0 2246.4 3196.8 4406.4 6134.4 7948.8 9590.4 11145.6 12528.0 13489.0 14325.0 Lấy trục hoành là th i gian trong ngày (cột 1), trục tung là lưu lượng nước thải lũy tích (cột 5). Chấm các điểm tương ứng từ bảng tính. Vẽ đư ng cong nối liền các điểm lũy tích vói nhau. Nối điểm 0 với điểm tích lũy trong 24 gi , ta được đư ng trung bình, vẽ 2 đư ng thẳng x-x' và y-y' song song với với đư ng trung bình và tiếp xúc với điểm lõm và điểm lồi của đư ng lũy tích lần lượt tại A và B (hình 2.7). Khoảng cách thẳng đứng giữa x-x' và y-y' là thể tích bể chứa cần có. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 23 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------16000 y' 14000 12000 Læåüng næåïc thaíi luîy têch (m3) B 10000 Thãø têch bể y 8000 6000 x' 4000 A 2000 x Giåì Hình 2.7: 0:00 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 8:00 6:00 4:00 2:00 0:00 0 Đư ng cong lũy tích thể tích lượng nước thải trong ngày Theo hình 2.7, thể tích bể tối thiểu cần xây dựng V = 2 000 m3. Trong thực tế, ngư i ta thư ng gia tăng thể tích bể khi xây dựng khoảng 10% đến 20% so với tính toán để dự phòng các trư ng hợp gia tăng lượng nước thải bất thư ng, đôi khi còn phải cộng thêm một lượng thể tích nước chết nào đó tùy theo ảnh hư ng của cao trình cống thoát. ============================================================== -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 24 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ch ơng Ú CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I BẰNG C HỌC --- oOo --- 3.1 CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH C HỌC 3.1.1 Song chắn rác Trong hầu hết các công trình xử lý nước thải bằng biện pháp xử lý cơ học đều có song chắn rác (bar-rack/screen). Song chắn rác là hạng mục công trình xử lý sơ bộ đầu tiên nhằm ngăn giữ rác bần thô gồm giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ, ... Các loại rác này có thể làm tắt nghẽn đư ng dẫn nước hoặc làm hư hỏng máy bơm. Song chắn rác là một hay nhiều lớp thanh đan xen kẽ với nhau (còn gọi là mắc song) đặt ngang đư ng dẫn nước thải. Rác sau khi lấy ra khỏi nước thải thư ng được đem qua bộ phận nghiền (grinder), đốt hoặc chôn tùy theo mức độ, kinh phí và công nghệ (xem hình 3.1). Hình 3.1: Sơ đồ trạm xử lý cơ học -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 25 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Đối với song chắn rác, ta có thể phân biệt: • Theo khe h của song chắn có 3 kích cỡ: loại thô lớn (30 - 200 mm), loại trung bình (16 - 30 mm), loại nhỏ (dưới 16 mm ). • Theo cấu tạo của song chắn: loại cố định và loại di động. • Theo phương cách lấy rác: loại thủ công và loại cơ giới. Thanh đan trong song chắn có thể có hình tròn ( φ = 8 - 10 mm) hoặc hình chữ nhật (tiết diện ngang (s x b) = 10 x 40 mm, 8 x 60 mm, ...). Hình tròn thì thuận lợi cho dòng chảy nhưng khó cào rác, còn hình chữ nhật thì gây tổn thất dòng chảy. Có nhiều hình dạng khác, tốt nhất là hình bầu dục, nhưng chi phí loại này cao. Hình 3.2: Các kích thước và hình dạng của thanh chắn rác Loại song chắn rác di động thư ng ít được sử dụng do thiết bị phức tạp và quản lý khó. Phổ biến là loại chắn rác dạng thanh chữ nhật cố định, rác được lấy bằng cào sắt gắn với một trục quay. Lượng rác được giữ lại phụ thuộc vào khe h giữa các thanh chắn. Tuỳ theo mức độ rác trong nước thải, ngư i ta định các khe h của song chắn, nếu rộng quá thì sẽ không ngăn rác hiệu quả, còn nếu hẹp quá thì cản tr dòng chảy. Bảng 3.1: Chỉ số thiết kế thanh chắn Dữ liệu thiết kế Cào rác bằng tay Kích thước thanh chắn + Bề dày, inches (mm) + Bề bản, inches (mm) Khoảng h , inch (mm) Độ dốc (độ °) Vận tốc dòng chảy, ft/s (m/s) Tổn thất dòng chảy, inch (mm) 0.2 - 0.6 (5.08 - 15.24) 1.0 - 1.5 (25.4 - 38.1) 1.0 - 2.0 (25.4 - 38.1) 15 - 45 1.0 - 2.0 (0.3048 - 0.6096) 6 (152.4) Cào rác bằng cơ học 0.2 - 0.6 (5.08 - 15.24) 1.0 - 1.5 (25.4 - 38.1) 0.6 - 30 (15.24 - 72.6) 0 - 30 2.0 - 3.25 (0.6096 - 0.9906) 6 (152.4) Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995 Một số lưu ý khi thiết kế song chắn rác: Khống chế tốc độ dòng chảy nước thải qua song chắn từ 0,5 - 1,0 m/s. Nếu lượng rác W > 0,1 m3/ngày thì có thể lấy rác bằng tay. Nếu lượng rác W ≤ 0,1 m3/ngày thì có thể lấy rác bằng cơ giới. hL = B( s / b) 4 / 3 .hv . sin θ Tổn thất cột nước khi đi qua song chắn rác có thể xác định theo: (3-1) trong đó : s là bề dày thanh chắn b là khoảng h giữa 2 thanh hV là cột nước dòng chảy đoạn gần đến song chắn rác, hV = V2/2g θ là góc nghiêng của thanh chắn so với chiều dòng chảy B là hệ số hình dạng của thanh chắn, lấy theo bảng sau: -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 26 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 3.2: Hệ số hình dạng thanh chắn rác Hình dạng thanh Hệ số B 2,42 Thanh chữ nhật sắc cạnh vuông 1,83 Thanh chữ nhật có đầu tròn mặt thượng lưu dòng chảy 1,79 Hình tròn 1,67 Thanh chữ nhật có đầu tròn mặt thượng lưu và hạ lưu 0,76 Thanh hình giọt nước Nguồn: Kriengsak Udomsinrot, Watsewater Engineering Design, AIT, 1989 3.1.2 M t số kiểu song chắn rác Hình 3.3 là một kiểu song chắn rác cào bằng tay, đây là loại được dùng phổ biến các công trình đầu mối của trạm bơm nước thải. Khi thiết kế cần lưu ý là chiều dài rãnh làm sạch bằng tay không nên vượt quá khoảng cách thuận lợi cho việc cào rác bằng tay, khoảng 3 m. Thanh chắn rác thư ng không nhỏ hơn 10 mm theo chiều dày và 50 mm theo chiều sâu. Các thanh này được hàn chặt trong một khung cứng với các khoảng cách phù hợp với dụng cụ cào rác. Phía trên kênh dẫn thư ng có các tấm đậy để ngăn cản mùi hôi của nước thải. Kênh dẫn nước thải cần được thiết kế để ngăn cản các tích tụ sạn sỏi và các vật liệu nặng khác lắng tụ trong kênh, nên xác định bề rộng kênh dẫn trước khu vực chắn rác sao cho vận tốc dòng chảy chỉ giới hạn trong khoảng 0,40 m/s - 0,80 m/s là tốt nhất. Hình 3.3: Một kiểu kết cấu song chắn rác cào bằng tay -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 27 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Song chắn rác có bộ phận lấy rác bằng cơ giới rất đa dạng về hình kiểu, mỗi loại đều có ưu điểm và khuyết điểm riêng (hình 3.4). Hình 3.4: Một số kết cấu chắn rác với thiết bị làm sạch bằng cơ giới (a) kiểu vận hành bằng xích quay; (b) kiểu bàn cào trượt (theo Franklin Miller); (c) kiểu t i quay (theo Dresser Industries); (d) kiểu đầu cáp • Trong hình 3.4(a), bộ phận cào rác vận hành bằng xích quay theo một đầu dẫn, rác được cuốn theo chiều đi xuống của dây xích và đưa lên một máng lọc đổ. u điểm của kiểu này là việc lấy rác tương đối triệt để nhất là các loại rác "mềm" như giấy, vải, nylon,... các thanh chắn được bảo vệ khỏi bị hư hại do các mãnh vỡ gây ra. Khuyết điểm là nó thỉnh thoảng bị kẹt do các loại rác "cứng" gây ra, đồng th i gặp khó khăn khi chỉnh sửa bánh xích và cần thiết phải tháo nước khỏi lòng kênh. • Hình 3.4(b) là một kiểu lấy rác theo cách trượt, bộ phận cào rác di chuyển theo một giá đỡ, lên đến đâu giá đỡ, rác sẽ tự rơi xuống và đưa đi nơi khác. Độ nghiêng của giá đỡ có thể điều chỉnh tùy theo tình trạng rác thải. u điểm của kiểu này là hầu hết các bộ phận lấy rác đều nằm trên mực nước, có thể dễ dàng làm sạch và quản lý mà không cần phải tháo sạch nước trong lòng kênh. Khuyết điểm của nó là bộ phần cào rác chỉ hoạtđộng trên một chiều giá đỡ thay vì liên tục như loại xích quay. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 28 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- • Hình 3.4(c) là một hình thức lấy rác theo kiểu t i quay, bộ phận cào rác được giữ trên giá đỡ nh vào trọng lượng của dây xích. u điểm của kiểu nàu là bộ phận đầu bánh răng cơ khí không bị ngập chìm trong nước thải. Khuyết điểm của nó là chiếm nhiều không gian lắp đặt. • Hình 3.4(d) cho một kiểu lấy rác bằng đầu cáp, bộ phận cào rác đi lên xuống trên một giá trục qua sự chuyển động của hệ thống dây cáo và đầu trống quay. Bộ phận cào đi xuống bằng trọng lượng bản thân và nâng lên bằng cáp quay. u điểm của kiểu này là bộ phận cào rác tự trọng lượng bản thân nó đảm nhận một phần việc vận hành cơ học khi rơi vào vùng nước thải. Khuyết điểm của nó là khả năng cào rác bị giới hạn, quản lý hơi phức tạp, cuộn cáp hay bị vướng do chất thải rắn và bộ phận thắng hãm cơ học thư ng bị trục trặt. Ví dụ 3.1: Định hình kích thước liên quan đến việc thiết kế một kênh dẫn trước khi đi đến một bộ phận song chắn rác cào tay với các thông số tính toán sau: + Lưu lượng thiết kế lớn nhất Q = 1 m3/s + Vận tốc dòng chảy đi qua song chắn rác V = 0,5 m/s + Khoảng cách các thanh chắn rác b = 50 mm + Chiều sâu dòng chảy trong kênh lấy rác H = 1 m. Tính hệ số hữu dụng của song lọc và số lượng rác qua song mỗi ngày, giả thiết song có khả năng giữ 20 m3 rác /106 m3 nước thải. Giải: 1. Tính chiều rộng các thanh chắn và bề rộng kênh dẫn nước thải Diện tích mặt làm sạch qua song chắn A: Q 1 A= = = 2 m2 V 0 ,5 Chiều rộng mặt làm sạch qua song chắn W: A 2 W = = =2 m H 1 Số khoảng h trên song chắn rác n: n= 2 .m 100 .cm W = = = 40 khoảng h 1.m b 5.cm Mỗi khoảng h có bề rộng b = 5 cm, tổng số thanh chắn sẽ là 40 - 1 = 39 thanh, mỗi thanh chắn có rộng 5 mm, vậy chiều rộng của kênh dẫn nước thải sẽ là: B = Bề rộng các khoảng h + Bề rộng các thanh chắn 5   B = 2,00 +  39 ×  = 2,195 ≅ 2,2 m (làm tròn) 1000   2. Tính hệ số hữu dụng - efficiency coefficient ce - của song chắn rác (được định nghĩa là tỉ số giữa không gian làm sạch so với bề rộng kênh dẫn, hệ số này cũng được dùng khi tính toán bề rộng kênh) ce = n.b 40 × 50 = 0,91 = B 2,2 × 1000 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 29 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------3. Tính toán số rác giữ lại song lọc trong 1 ngày. Khối lượng rác giữ lại = (20 m3/1.000.000 m3)(1 m3/s)(3600 s/h)(24 h/ngày) = 1,73 m3 rác/ngày. Ví dụ 3.2: Một song cào rác dạng thanh đứng với khoảng h là b =25 mm để lọc rác từ nước thải đến một nhà máy xử lý qua một ống dẫn hình tròn. Cho biết : + Đư ng kính ống dẫn D = 1,25 m + Hệ số nhám đư ng ống n = 0,013 + Độ dốc đư ng ống S = 0,00064 + Vận tốc trung bình dòng nước Vavg = 0,8 Vmax (vận tốc lớn nhất) + Kích thước thanh chắn s = 10 mm (dày), bề rộng song chắn 1,5 m Yêu cầu xác định (1) vận tốc trung bình dòng chảy trong ống. (2) số thanh chắn cho bộ phận song cào rác theo các số liệu trên. (3) tổn thất cột nước qua song chắn ứng với Vavg. Giải : Trư ng hợp nước chảy đầy ống, lưu lượng lớn nhất sẽ là (áp dụng phương trình Hazen-Williams): 8/3 1/ 2 0,312.D 8 / 3 .S 1 / 2 0,312.(1,25) .(0,00064 ) = = 1,10 m3/s Qmax = 0,013 n Vận tốc lớn nhất của dòng chảy trong ống: Q 1,10 = 0,9 m/s Vmax = max = A π .(1,25)2 / 4 (1): Vận tốc trung bình dòng chảy nước thải trong ống Vavg = 0,8 Vmax = 0,8 x 0,9 = 0,72 m/s (2): Số thanh chắn yêu cầu tương ứng với kính thước khoảng h 25 mm n = (bề rộng song chắn - 1 khoảng h )/(1 khoảng h +bề dày 1 thanh chắn) (1,5 × 1000 − 25) = 42,1 ==> Chọn 42 thanh chắn n= (25 + 10) (3): Tổn thất cột nước ứng với Vavg hL = B( s / b) 4 / 3 .hv . sin θ trong đó : thanh chữ nhật B = 1,83, s = 10 mm = 0,01 m, b = 25 mm = 0,025 m hV là cột nước dòng chảy đoạn gần đến song chắn rác, hV = Vavg2/2g θ là góc nghiêng của thanh chắn so với chiều dòng chảy, lấy θ = 90°  0,72 2  . sin 90° = 0,014 m hL = 1,83.(0,01 / 0,025) 4 / 3   2 × 9,81  -------------------------------------------------------------------------------------------------------------30 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------3.2 B L NG CÁT Bể lắng cát (grit chamber) dùng để chắn giữ những hạt cát, sạn nhỏ có trong nước thải, đặc biệt là những hệ thống thoát nước mưa và nước thải chảy chung. Các hạt cát này có thể gây hư hỏng máy bơm và làm nghẽn các ống dẫn bùn của các bể lắng. Khi lượng nước thải lớn hơn 100 m3/ngày thì việc xây dựng bể lắng cát là cần thiết. Dòng chảy trong các bể nên khống chế vào khoảng Vmax ≈ 0,3 m/s nhằm đảm bảo các hạt cát có thể lắng chìm xuống đáy, đồng th i cũng không nên để nước chảy với vận tốc nhỏ hơn 0,15 m/s làm các liên kết hữu cơ trong nước thải lắng đọng. Th i gian nước lưu lại trong bể lắng từ 30 - 60 giây. Các bể lắng cát có hố thu cát đầu bể, cát được thu hồi bằng biện pháp thủ công khi lượng cát Wcát ( 0,5 m3/ngày đêm, trên lượng này có thể dùng cơ giới như bơm phun tia, gàu xúc, bơm ruột xoắn kiểu Archimède, ... Dưới đây là một số kiểu bể lắng cát: Hình 3.5 là một sơ đồ bể lắng cát nước chảy thẳng với hố thu cát đầu kênh, đáy kênh có độ dốc ngược i = - 0,01, độ dốc của hố thu cát không nhỏ hơn 45°, cuối kênh là một đập tràn thành mỏng thu hẹp bên hình loe. Dòng chảy qua đập tràn này giống như chảy qua lỗ, vận tốc trên mặt cao hơn dưới. Một số trư ng hợp, để chủ động khống chế vận tốc trong kênh theo ý muốn, ngư i ta làm một băng khuấy quay tròn như hình vẽ (băng khuấy còn làm nhiệm vụ gạt đẩy các chất thải nổi). Hố thu cát có thể bố trí một bộ phận lấy cát như hình 3.6. Hình 3.6: Bộ phận thu hồi cát bằng bơm xoắn Archimède -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 31 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 3.3: (1) Thiết kế một bể lắng cát với lưu lượng nước thải lớn nhất Qmax = 0,45 m3/s. Cho th i gian nước lưu lại trong bể là T = 1 phút và vận tốc chảy là V = 0,3 m/s. Bề rộng kênh dẫn là B = 1,50 m. (2) Xác định kích thước của đập tràn hình loe cần thiết. Cho chiều cao từ đáy kênh đến đỉnh tràn là P = 0,2 m (xem hình 3.5). Giải: (1) Tính toán kích thước bể lắng cát Chiều dài bể lắng cát: L = V.T = 0,3 m/s x 60 = 18 m Diện tích mặt cắt ướt: Chiều sâu lớp nước: A= Q 0,450 = = 1,5 m2 0,3 V A 1,5 = 1,0 m H= = B 1,5 (2) Thiết kế đập tràn hình loe Đập tràn hình loe đối xứng được bố trí cuối kênh dẫn. Đây là dạng phối hợp giữa bài toán dòng chảy qua một đập tràn thành mỏng và một lỗ. Loại này có đặc điểm là khi Q tăng gấp đôi, thì chiều sâu dòng chảy cũng tăng gấp đôi và nhưng vận tốc dòng chảy không đôi: Q 2Q V= = ( B)( H ) ( B )(2 H ) với B là bề rộng kênh và H = (h + P) là độ sâu dòng chảy. Tại điểm lưu lượng max, cột nước trên đỉnh tràn là: h = H - P = 1,00 - 0,20 = 0,80 m Lưu lượng qua đập tràn hình loe được tính theo công thức: Q = 1,57. 2 g .C.(l.h 3 / 2 ) = 7,5.(l.h 3 / 2 ) với l là bề ngang mặt nước qua hình loe trên mực nước tràn h. C là hệ số lưu lượng, C = 0,6 g là gia tốc trọng trư ng, g = 9,81 m/s2. Từ công thức trên Q = 0,45 = 4,173 x l x (0,8)3/2 Î l = 0,15 m Để xác định hình dạng của mặt hình loe, ta tính toán theo tiến trình sau: Q = 4,17 l.h1/2.h Xem l.h1/2 = 0,15.(0,8)1/2 = 0,13 là một hằng số; ta có Q = 4,17(0,13) h ≈ 0,56 h Q Î h= 0,56 Lập bảng tính: -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 32 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Lưu lượng Q (m3/s) (1) 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 Độ sâu tràn h = Q/0,56 (m) (2) 0,803 0,714 0,625 0,535 0,446 0,357 0,267 0,178 Độ sâu H = h + 0,20 (m) (3) 1,003 0,914 0,825 0,735 0,646 0,557 0,467 0,378 Bề rộng l = 0,13/h1/2 (m) (4) 0,145 0,153 0,146 0,177 0,194 0,217 0,254 0,307 Vận tốc V = Q/BH (m/s) (5) 0,298 0,291 0,282 0,271 0,257 0,239 0,213 0,176 Từ bảng tính, ta lập quan hệ h ~ l (cột 2 và 4) cũng như Q ~ V (cột 1 và 5). + Bể lắng cát ngang n c ch y vòng Loại này có thể áp dụng trong trư ng hợp lưu lượng nước thải lớn hơn 2.000 m3/ngày đêm. Loại này có ưu điểm là ít tốn diện tích xây dựng. Bể gồm phần lắng, máng vòng theo chu vi hình tròn của bể. đáy máng làm khe h rộng chừng 0,10 - 0,15 m để cát chui xuống phần chứa. Phần chứa này hình chóp cụt. Cát được lấy ra bằng máy bơm phun tia. Nguyên tắc làm việc của bể loại này giống như bể lắng cát ngang nước chảy thẳng. Hình 3.7: Bể lắng cát nước chảy vòng 1. Tấm phay 2. Nước kỹ thuật (cho bơm phun) 3. ng dẫn cát ( 1 H 1 < < ) R 8 6 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 33 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------+ Bể lắng cát có sục khí Bể lắng cát loại này thiết kế theo quan sát chuyển động của chất lỏng xoáy tròn làm các hạt rắn trong chất lỏng tích lũy lại, nhất là các hạt cát có đư ng kính lớn hơn 0,2 mm, th i gian lưu lại trong bể khoảng 2 đến 5 phút tại th i điểm có lưu lượng cực đại. Hố thu cát được bố trí dưới đáy đư ng dẫn chừng 0,9 m dưới các ống thổi khí. Các ống thổi khí được đặt vị trí cách đáy bể chừng 0,45 - 0,60 m. Hình 3.8: Chuyển động của hạt cát trong bể lắng có khí nén Bảng 3.3: Thông số thiết kế bể lắng cát với bơm khí nén Thông số Khoảng áp dụng Khoảng chuẩn Th i gian lưu lại trong bể tại Q max, phút + Sâu Kích thước bể, ft ( 1 ft # 0,3048 m) + Rộng + Dài Tỉ số Rộng : Sâu Tỉ số Dài : Rộng Máy nén khí, ft3/min.ft (# 0.0929 m3/min.m) Lượng cát thu, ft3/Mgal (# 0,00748 m3/103 m3 nước) 2-5 7 - 16 (2,133 - 4,867) 25 - 65 (7,620 - 19,812) 8 - 23 (2,438 - 19,507) 1:1 - 5:1 3:1 - 5:1 2 - 5 (0,1855 - 0,4645) 0,5 - 27 (0,0037 - 0,2019) 3 1,5 : 1 4:1 2 (0,0149) Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995 Ví dụ 3.4: Xác định kích thước bể lắng cát hoạt động với bơm khí nén cho một kênh dẫn nước thải có lưu lượng thải lớn nhất là Qmax = 30 000 m3/ngày, th i gian chất thải trong kênh ứng với Qmax là 3 phút, chiều sâu dòng chảy trong bể là H = 3 m. Dùng máy nén khí với công suất nén = 0,6 m3/phút.m, hiệu suất ηa = 60% để thổi khí vào bể. Máy nén khí này được kéo b i 1 mô-tơ điện hoạt động hiệu suất ηm = 90%. Cho biết: - Độ ngập máy khuấy 2,5 m - Tổn thất cột nước tại ống khuấy 300 mm, ống khuấy dài L = 2,8 m - Tổn thất đư ng ống khuấy và van khoảng 30% - Giá điện tiêu thụ Ce = 0.03 USD/KWh -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 34 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Tính lượng khí cần thiết, công suất khí tại đầu ra của máy nén khí và chi phí tiền điện hàng tháng. Giải : Với số liệu đã cho, xác định kích thước bể Lưu lượng kênh max Q = 30.000 m3/ngày Th i gian lưu lại T = 3 phút = V/Q (V là thể tích khối nước thải) Thể tích khối nước thải trong kênh: 3.phuït × 30000.m 3 / ngaìy V = T.Q = = 62 ,5 m3 nước thải 24.giåì × 60.phuït A (m2) Diện tích mặt thoáng: V 62,5 A= = = 20,8 m2 H 3 Chọn mặt thoáng có bề dài L = 8,5 m và bề rộng W = 2,5 m: (8,5 x 2,5) = 21,25 m2 > 20,8 m2 L (m) H (m) Q (m3/s) W (m) Xác định lưu lượng khí cần thiết Qair = 0,6 m3/phút. m x 8,5 m = 5,1 m3/phút Xác định công suất: Tính cột áp nước h = (máy khuấy khí) + (độ ngập máy khuấy khí) + (tổn thất ống khuấy và van) h = 300 mm + 2500 mm + 30% (2800 mm) = 3,64 m h = 3,64 x 9790 N/m2/m = 35.700 N/m2 (1 m áp nước 20°C = 9 790 N/m2) Công suất máy bơm khí P: Q × h 5,1 × 35.700 P = air = = 303.450 N.m/60 giây = 5058 Watt (1 W = 1 N.m/s) 0,60 ηb P ≈ 5,06 kW Chi phí bơm khí mỗi tháng Cm từ động cơ T × C e × P 24.h / d × 30.d / mo × 0,03$ / kW .h × 5,06kW Cm = m = = 121.$ / mo ηm 0,90 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 35 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------+ Bể lắng cát đứng Hình 3.9: Bể lắng cát đứng Bể lắng cát đứng được xây dựng theo nguyên tắc nước thải dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Dòng chảy xoáy vòng theo trục, tịnh tiến đi lên. Các hạt cát bị rơi dồn về đáy phểu và được lấy ra khỏi bể. Tải trọng của nước thải lên mặt bể có thể lấy vào khoảng 110 - 130 m3/m2. Tốc độ nước chảy trong máng thu là 0,4 m/s. Lấy th i gian nước lưu tồn T = 2 - 3,5 phút. Tốc độ nước dâng lên 3 - 3,7 m/s. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------36 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------3.3 B L NG S CẤP Bể lắng sơ cấp (primary sedimentation tanks) là một trong những tiến trình xử lý nước thải cổ điển nhất, nó có nhiệm vụ giữ lại các chất không hòa tan, trôi lơ lửng trong nước thải. Các chất có thể bị giữ lại trong bể gồm: • • • Các chất rắn có khả năng lắng; Các chất dầu, mỡ và các vật liệu nổi khác; Một phần các chất tải hữu cơ. Theo tác giả Gerard Kiely (Environmental engineering, 1997), nếu bể lắng sơ cấp được thiết kế và vận hành tốt thì có khoảng 50 - 70 % chất rắn lơ lửng bị giữ lại và làm giảm 25 - 40 % hàm lượng BOD5 trưóc khi đi vào việc xử lý bằng phương pháp sinh học (hình 3.10). Hình 3.10: Quan hệ giữa tốc độ chảy mặt và tỉ lệ chất thải rắn lắng đọng (McGhee, 1991) (các đư ng đứt nét - - - - - - dùng cho ví dụ 3.5) Ngư i ta phân biệt: + Bể lắng sơ cấp hoạt động gián đoạn: loại này áp dụng khi lượng nước thải ít và chế độ thải không đồng đều (ví dụ xư ng giặt áo quần). Bể loại này có nguyên tác hoạt động tương đối đơn giản là ta cứ việc xả nước thải vào một bể chứa (xem cách xác định cách cân bằng dòng chảy phần 2.3.5, chương 2) và để nước đứng yên trong một khoảng th i gian nhất định (khoảng 1,5 - 2,5 gi ), sau khi để các chất rắn lắng xuống, ta tháo nước ra và cho lượng xả mới vào. + Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải được xả liên tục vào bể và trong quá trình di chuyển các chất rắn lơ lửng bị giữ lại. Có nhiều kiểu bể loại này: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng hình tròn. Hình 3.11 và 3.12 là sơ đồ các kiểu bể lắng chữ nhật và hình tròn, các bể này ngoài chức năng lắng bùn cát còn thêm nhiệm vụ thu hớt các chất cặn ván như xăng dầu, mỡ, dầu nh n, chất dẽo nhẹ và các chất thải nổi khác. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------38 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Các hạt chất rắn có tốc độ lắng khác nhau, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như số lượng hạt rắn, hình dạng, trọng lượng riêng, động lực dòng chảy và cả nhiệt độ nước nữa. Một số nhà nghiên cứu về thủy lực đã cố gắng xác định quá trình lắng bằng một phương trình toán học nhưng đến nay vẫn chưa có thể khái quát hóa được. Đến nay quá trình lắng động học thư ng xác định bằng cách thực nghiệm. Vận tốc lắng của thành phần hạt Vs có thể lấy theo công thức: g Vs = ( ρ s − ρ w ).d 2 (3-7) 18.µ trong đó g - gia tốc trọng trư ng, g = 9,81 m/s2 µ - hệ số nhớt động học (dynamic viscosity), µ= ν.ρ, N.s/m2 (ν là hệ số nhớt động lực - kinematic viscosity - của chất lỏng, m2/s và ρ là trọng lượng riêng - density -, kg/m3) ρs và ρw - lần lượt là khối lượng riêng của nước thải và nước tinh d - đư ng kính hạt, mm Hình 3.13: Một kiểu bể xử lý sơ cấp hình tròn Chỉ tiêu thiết kế bể lắng sơ cấp gồm: • • • • • Lượng chảy tràn mặt thoáng (surface overflow rate - SOR) (m3/day/m2) Chiều sâu lớp nước Đặc điểm hình học của mặt bằng Th i gian lưu tồn thủy lực Tốc độ nước chảy qua một đơn vị chiều dài đập tràn thành mỏng -------------------------------------------------------------------------------------------------------------39 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 3.4: Các số liệu để thiết kế bể lắng sơ cấp Thông số Khoảng biến thiên ♦ Bể lắng sơ cấp trước trạm xử lý thứ cấp Khoảng chuẩn 1,5 - 2,5 2,0 800 - 1.200 (32,56 - 48,84) 2.000 - 3.000 (81,4 - 122,1) 2.500 (101,75) gal/ft.day (m3/m.day) ♦ Bể lắng sơ cấp có hoàn lưu bùn hoạt tính 10.000 - 40.000 (124 - 496) 20.000 (248) Th i gian lưu tồn, gi Lưu lượng, gal/ft2.day (m3/m2.day) - Trung bình - Tối đa Lưu lượng qua 1 đơn vị chiều dài đập tràn 1,5 - 2,5 2,0 600 - 800 (24,42 - 32,56) 1.200 - 1.700 (48,84 - 69,19) 1.500 (61,05) 10.000 - 40.000 (124 - 496) 20.000 (248) Th i gian lưu tồn, gi Lưu lượng, gal/ft2.day (m3/m2.day) - Trung bình - Tối đa Lưu lượng qua 1 đơn vị chiều dài đập tràn gal/ft.day (m3/m.day) Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995 Bảng 3.5: Số liệu thiết kế bể lắng sơ cấp hình chữ nhật và hình tròn Thông số Khoảng biến thiên Khoảng chuẩn Vận tốc thiết bị gạt váng, ft/min (m/min) 10 - 15 (3,048 - 4,572) 50 - 300 (15,24 - 91,44) 10 -80 (3,048 - 24,384) 2 - 4 (0,6096 - 1,2192) 12 (3,6576) 80 - 130 (24,384 - 39,624) 16 - 32 (4,8768 - 9,7536) 3 (0,9144) 10 - 15 (3,048 - 4,572) 10 - 200 (3,048 - 60,96) 0,75 - 2 (62,5 - 166,6) 0,02 - 0,05 12 (3,6576) 40 - 150 (12,192 - 45,72) 1 (83,3) 0,03 ♦ Bể lắng hình chữ nhật - chiều sâu, ft (m) - chiều dài, ft (m) - chiều rộng, ft (m) * ♦ Bể lắng hình tròn - chiều sâu, ft (m) - đư ng kính, ft (m) - độ dốc đáy, in/ft (mm/m) Vận tốc thiết bị gạt váng cặn, r/min Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995 * nếu chiều rộng bể chữ nhật lớn hơn 20 ft (6,096 m) ta có thể dùng thiết bị gạt nhiều cánh, loại này cho phép thiết kế chiều rộng bể lên đến 80 ft (24,384 m) hoặc hơn nữa. Nước thải có thành phần kích thước hạt như bảng. Kích thước hạt d, mm % trọng lượng hạt lắng Vận tốc lắng Vs (mm/s) Số Reynolds, Re 0,1 10 0,81 0,08 0,08 15 0,52 0,042 0,07 35 0,40 0,028 0,06 65 0,30 0,018 0,04 90 0,13 0,005 0,02 98 0,03 0,0006 0,01 100 0,008 0,00008 Ví dụ 3.5: Xác định kích thước một bể lắng sơ cấp hình vuông để xử lý 36.400 m3/day nước thải với lượng chảy mặt là SOR = 12 m3/ m2.ngày và th i gian lưu là 6 gi . Tính lượng thải loại toàn bộ nếu trong lượng riêng của nước thải là 1,15. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------40 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Ap = Q 36.400 = = 3.033 m2 SOR 12 Bể hình vuông L = W = 3033 = 55,072 m, lấy tròn 56 x 56 m Giải: Diện tích mặt thoáng Với việc chọn bể hình vuông 56 x 56 m thì lượng chảy mặt thực tế SOR' sẽ là: 36.400 SOR ′ = = 11,607 m3/ m2.ngày 56 × 56 6 Chiều sâu bể = 2,901 m. Lấy tròn H = 3,0 m H = V s .t = 12,033 × 24 Kiểm tra lượng chảy qua đập tràn (Weir overflow rate, WOR): Q 36.400 = 650 m3/day/m WOR = = W 56 Ví dụ 3.5: Thiết kế một bể lắng sơ cấp để loại 60% chất rắn lơ lửng (SS) với lưu lượng dòng nước thải trung bình là 5.000 m3/ngày so với hệ số lưu lượng max là 2,5. Xác định mức giảm của BOD5. Giải: Căn cứ vào đồ thị trong hình 3.10 ta thấy, để giảm 60% SS thì tốc độ chảy trà mặt sẽ cần là SOR = 35 m3/day.m2. Đồng th i giá trị này cũng dẫn đến giảm 32% BOD5. Diện tích mặt thoáng: A p = Q 5000 = = 143 m2 SOR 35 Chọn bể tròn có đư ng kính 13,5 m và chiều sâu bể là 3m. Thể tích bể : V = 143 x 3 = 429 m3 Th i gian lưu tồn : T = Vday Q Tại lưu lượng max: SOR = = 429.m 3 × 24.h = 2.06 h 5000.m 3 / m 2 .ngay 2.5 × 5000 = 87 m3/ day.m2. 143 Với SOR = 87 m3/day.m2, tra lại đồ thị hình 3.10 ta xác định được mức loại thải SS là 38% và BOD5 giảm 20%. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------41 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------3.4 B THU DẦU, B THU MỠ Dầu mỡ trong nước thải từ các nhà máy lọc dầu, xư ng sửa chữa xe cộ, xí nghiệp chế biến thực phẩm gia súc, ... là các chất độc hại cho môi trư ng sinh thái. Cách tính toán kích thước và kết cấu hai loại bể thu dầu và bể thu mỡ thì tương tự. Đối với các chất cặn ván nổi được trong nước như dầu (có kích thước hạt khoảng 0,1 - 0,08 mm) và mỡ (có kích thước hạt lớn hơn 0,1 mm) thì tốc độ nổi lên Umin của hạt sẽ được xác định theo công thức Stokes: 981 2 ρ n − ρ d U min = .d . (cm/s) (3-8) µ 18 trong đó : d - đư ng kính hạt dầu, cm ρn, ρd - lần lượt là trọng lượng riêng của nước thải và dầu, g/cm3 µ- độ nhớt của nước thải, 20°C có thể lấy µ = 0,01 g/cm3.s Chiều dài của bể thu dầu có thể xác định theo công thức: v (m) (3-8) L = α . tt .h U min trong đó : vtt - tốc độ tính toán của dòng chảy h - chiều sâu công tác của bể α - hệ số chảy rối theo quan hệ giữa vtt/Umin, có thể lấy theo vtt/Umin α 20 1,75 15 1,65 10 1,5 Nếu xây và vận hành tốt, có thể thu hồi 97 - 98% lượng dầu trong nước thải. Ví dụ 3.6: Một nhà máy lọc dầu xả có kênh nước thải trộn lẫn với dầu cặn với lưu lượng thải 220 l/s. Hàm lượng dầu trong nước thải là 5.000 mg/l. Cho biết hạt dầu có đư ng kính d = 0,008 cm, nhiệt độ 20°C, trọng lượng riêng của dầu là ρd = 0,87 g/cm3, nước thải ρn = 1 g/cm3, độ nhớt của môi trư ng nước thải là µ = 0,01 g/cm3.s. Tỉ số vận tốc dòng chảy ngang trong bể và vận tốc nổi tối thiểu là vtt/Umin = 10. Yêu cầu xác định kích thước bể thu dầu. Giải : Tốc độ nổi lên của hạt dầu: 1 − 0,87 981 2 ρ n − ρ d 981 U min = .0,008 2. .d . = = 0,0465 cm/s = 0,00465 m/s µ 0,01 18 18 Với vtt/ Umin = 10, ta có hệ số chảy rối α = 1,5 Vận tốc tính toán vtt = 10.Umin = 0,465 cm/s Mặt cắt ướt bể thu dầu: Q 0,22 ≈ 48 m2 ω= = vtt 0,00465 Thanh gạt dầu thư ng có chiều rộng 1,2 - 1,5 m. Chọn 4 thanh, chiều rộng bể thu dầu lấy là B = 6 m, 4 ngăn. Khi đó chiều sâu công tác của bể là: -------------------------------------------------------------------------------------------------------------42 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------h= w 48 = =2m B 6×4 Chiều dài của bể thu dầu: v L = α . tt .h = 1,5 × 10 × 2 = 30 m U min Dung tích bể thu dầu: W = B.L.h = 24 x 30 x 2 = 1.440 m3 Th i gian lắng nước thải trong bể thu dầu: 30 × 100 L = t= = 107,52 phút # 1 gi 47 phút v tt 0,465 × 60 3.5 B LỌC Ngư i ta có thể dùng các hạt sạn sỏi, cát, than ... để loại bỏ một phần các chất rắn lơ lửng của nước thải và lượng BOD trước khi cho qua các công trình xử lý sinh học hay hóa học khác. Bể lọc thấm hay bể lọc nhỏ giọt (percolating hay trickling filters) là một trong các hình thức lọc cổ điển với dạng hình hộp tròn , hình chữ nhật bằng bê tông hoặc thép chứa sỏi, đá vôi (có đư ng kính hạt khoảng 25 100 mm). Kích thước các bể thư ng vào khoảng 1,0 - 2,5 m theo chiều sâu và có đư ng kính khoảng 5 - 50 m, đáy bể là các tấm lược để thu hồi nước thải đã qua xử lý bể lọc thấm. Gần đáy bể có một lỗ nhỏ thông khí. Sơ đồ bể như hình vẽ. Hình 3.14: Sơ đồ một bể lọc thấm Các yếu tố ảnh hư ng đến việc xử lý và thiết kế bể lọc: • Thành phần và khả năng xử lý của nước thải; • Loại vật liệu lọc và bề dày lớp lọc; • Tính dẫn tải thủy lực và hữu cơ; • Tỉ số quay vòng và sắp xếp nước thải; • Nhiệt độ nước thải; • Sự vận hành của hệ thống phân phối nước thải -------------------------------------------------------------------------------------------------------------43 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 3.6: Các đặc trưng của bể lọc nhỏ giọt Đặc trưng thiết kế (vận tốc) Thấp Trung Loại vật liệu lọc Tải thủy lực (x 1000 m3/m2. ngày) Tải hữu cơ (kg BOD5/m3. ngày) % BOD bị loại khử Nitrat hoïa Sỏi 40 - 100 3-6 50 - 70 Một số Sỏi 10 - 40 1-3 80 - 85 Có Cao Rất cao Lọc tròn Sỏi 100 - 400 6 - 12 40 - 80 Không Plastic 150 - 900 < 30 65 - 85 Ít Plastic/ Sỏi 600 - 1800 > 20 40 - 85 Không Nguồn: American Water Works Association (AWWA), 1992 Nhiệt độ của dòng nước thải càng cao thì hiệu quả lọc càng lớn. Công thức kinh nghiệm sau cho thấy quan hệ giữa hiệu suất bể lọc và nhiệt độ nước thải: Et = E20 .a t −20 trong đó : % Et - hiệu suất bể lọc nhiệt độ nước thải t °C E20 - hiệu suất bể lọc nhiệt độ nước thải 20 °C a - hằng số thực nghiệm, a = 1,035 (3-9) Thông thư ng, giàn phun nước thải quay với vận tốc 1 vòng/phút với lượng nước thải phun ra mỗi đợt khoảng 30 giây. Nếu tần suất phun lớn hơn 30 giây thì phải điều chỉnh giàn quay chậm lại nhằm giảm sự vương vãi bụi nước thải và vi trùng trên mặt bể. Bể lọc có khả năng làm giảm lượng BOD. Tuy nhiên hiệu suất của việc giảm BOD tùy thuộc rất nhiều vào thành phần và độ đồng đều của vật liệu lọc. Hai công thức kinh nghiệm sau để tính toán hiệu suất giảm BOD của bể: Î Theo Mô hình của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia (The National Research Council, NRC) của Mỹ, 1948: E= trong đó: 100 1 + 0,448. W / VF % (3-10) E - hiệu suất giảm BOD (efficiency of BOD removal) của bể lọc W - lượng BOD vào (influent BOD), kg/ngày V - lượng lọc thải (filter removal), m3 F - hệ số hoàn lưu (recirculation factor) = (1+R)/(1 +0,1R)2 R = Qr/Q = lượng hoàn lưu/lượng nước thải Lưu ý: + Có thể thay W/V bằng L với L là lượng tải BOD (g/m3 mỗi ngày) + Theo Kriengsak Udomsinrot (AIT, 1989), hệ số thực nghiệm 0,448 của Mỹ có thể thay bằng 0,014 trong điều kiện áp dụng Đông Nam Á do điều kiện xử lý lọc thải vùng nhiệt đới cao hơn các vùng ôn đới, dẫn đến hiệu suất cao hơn. Î Theo Cẩm nang Mô hình Thực nghiệm Anh quốc (The British Manual of Practices Model), 1988: [ ( L1 1 = t −15 Lo 1 + Kα A.s m / Q n trong đó: )] (3-11) L1 - lượng BOD vào, mg/l Lo - lượng BOD ra sau khi đã xử lý, mg/l -------------------------------------------------------------------------------------------------------------44 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------K - hệ số lọc (K = 0,02 với sạn sỏi, = 0,4 với plastic) Asm - diện tích mặt thấm (media surface area) và hệ số, m2/m3 (m = 1,41 với sạn sỏi, = 0,73 với plastic) Qn - tốc độ tải khối (volumetric loading rate) và hệ số, m2/m3.ngày (m = 1,25 với sạn sỏi, = 1,4 với plastic) α- hệ số nhiệt độ (= 1,111), t - nhiệt độ của nước thải, °C Ví dụ 3. 7: Nước thải đô thị cho số liệu sau: Lượng BOD5 ban đầu = 360 mg/l Tiêu chuẩn BOD5 đòi hỏi = 25 mg/l Dân số tương đương (PE) = 20.000 ngư i với lượng thải 225 l/ngư i.ngày Nhiệt độ nước thải t = 20 °C Xác định thể tích một bể lọc nhỏ giọt đơn với vật liệu lọc là sạn sỏi, nếu tỉ số hoàn lưu R là 1:1 và 2:1. Sử dụng phương trình NRC. 360 − 25 = 93% 360 Với R = 1:1 = 1, sử dụng phương trình NRC: Giải: Hiệu suất giảm BOD yêu cầu: E= Hệ số hoàn lưu: 1+ R 1+1 F= = = 1,65 2 (1 + 0,1R) 1 + 0,1.1) 2 Lượng tải BOD5 ban đầu: W = 20.000 x 225 x 360 x 10-6 = 1620 kg/ngày Phương trình NRC: 100 100 E= = 93 = 1 + 0,448. W / VF 1 + 0,448. 1620 / V (1,65) Î V = 34.793 m3 Nếu hiệu suất hữu dụng là 80 % thì V' = 34.793/ 80% = 43.491 m3 Với R = 2:1 = 2 Hệ số hoàn lưu: 1+ R 1+ 2 = 2.083 = F= 2 (1 + 0,1R) 1 + 0,1 × 2) 2 Phương trình NRC: 100 100 E= = 93 = 1 + 0,448. W / VF 1 + 0,448. 1620 / V (2,083) 3 Î V = 26.550 m Nếu hiệu suất hữu dụng là 80 % thì V' = 26.550/ 80% = 31.212 m3 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 45 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Chọn n = 10 bể lọc hình tròn với kích thước: sâu h = 2,5 m, đư ng kính D = 40 m.   3,1416 × 40 2 πD 2 Kiểm tra: Vtk = n.( .h) = 10 ×  × 2,5  = 31.416 m3 > 31.212 m3 (thỏa). 4 4   Ví dụ 3.8: Cho BOD5 của nước thải WBOD = 200 mg/l Lượng nước thải WW = 1.400 m3/ngày Thể tích bể lọc nhỏ giọt Vtf = 16.000 m3 Sử dụng bể lọc nhỏ giọt vận tốc thấp, không có hệ thống hoàn lưu. Xác định hiệu suất lọc hệ thống trong điều kiện nhiệt đới và lượng BOD5 loại bỏ. Giải: Tính lượng tải BOD5 WW × W BOD 1400.(m 3 / ngay ) × 200.(mg / l ) L= = = 17,5 g/m3.ngày 3 Vtf 16000.(m ) Hệ số hoàn lưu 1+ R = 1 , vì R = 0 (không có lượng nước thải hoàn lưu) F= (1 + 0,1R ) 2 Hiệu suất bể lọc trong điều kiện nhiệt đới : 100 100 E= = = 84,41 % 1 + 0,014. L / F 1 + 0,014. 17,5 / 1 Lượng BOD5 loại thải: EffBOD = (1 - E).WBOD = (1 - 0,8441) x 200 = 31 mg/l ============================================================= -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 46 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ch ơng Û CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH N ỚC TH I D ỚI ĐẤT --- oOo --- 4.1 CÔNG TRÌNH NHÀ VỆ SINH 4.1.1 Khái quát Con ngư i và gia súc luôn luôn tạo ra chất thải từ chính mình, chủ yếu là phân và nước tiểu. Các chất thải ngư i và gia súc là nguồn mang nhiều vi trùng mang mầm bệnh (germs) như tiêu chảy (diarrhoea), dịch tả (cholera), thương hàn (typhoid) hoặc viêm gan siêu vi loại A (hepatitis A), ..., ngoài vấn đề gây mùi hôi khó chịu và mất thẩm mỹ. Hình 4.1 cho thấy các đư ng đi của bệnh tật do ô nhiễm vi khuẩn từ chất thải ngư i. Hình 4.1 : Đư ng đi của sự lây nhiễm bệnh tật từ chất thải con ngư i và gia súc Vì vậy, các chất thải này cần phải có công trình tiếp nhận và xử lý tại chỗ trước khi cho vào hệ thống chung. Các hố xí gia đình hay tập thể tr thành một nhu cầu không thể thiếu trong một xã hội hiện đại và văn minh. Bảng 4.1 cho thành phần chất thải ngư i. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 48 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 4.1: So sánh thành phần hóa học của phân, nước tiểu của ngư i và gia súc Hàm lượng theo % trọng lượng Loại chất thải P2O5 K2O N 0,5 - 0,6 0,32 - 0,50 0,45 - 0,6 Phân heo 0,3 - 0,5 0,2 - 0,7 0,07 - 0,15 Nước tiểu heo 0,60 0,60 0,60 Rác thải sinh hoạt 0,48 0,49 0,25 Phân chuồng heo 1,00 0,37 0,50 Phân ngư i 0,50 0,19 0,13 Nước tiểu ngư i 0,5 - 0,8 0,2 - 0,3 0,20 - 0,4 Phân lẫn nước tiểu ngư i (Nguồn: Nguyễn Đăng Đức, Đặng Đức Hữu (1968), Bùi Thanh Tâm (1984) trích b i Trần Hiếu Nhuệ, 2001) 4.1.2 Bố trí Nhà v sinh các vùng nông thôn, nơi có diện tích rộng rãi, kinh phí và vật liệu xây dựng khó khăn, nhà vệ sinh thư ng bố trí bên ngoài nhà , mang tính cộng đồng (cho 1 hoặc vài nông hộ sử dụng chung), cấu trúc đơn giản nhưng để đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trư ng, một số khoảng cách tối thiểu hình 4.2 cần được tham khảo. Hình 4.2 : Khoảng cách tối thiểu tham khảo khi bố trí hố xí công cộng nông thôn vùng Nhà vệ sinh nên bố trí nơi thấp nhất, cần cách xa giếng và các nguồn nước khác ít nhất 30 m, hướng chảy của nước ngầm phải chảy theo hướng từ giếng đế hố xí để tránh nước thải ngư i chảy vào giếng. Đáy hố xí phải cao hơn mực nước ngầm tầng trên. Lượng phân thải tính trung bình cho mỗi ngư i là 0,06 m3/năm. Hố xí dành cho một gia đình trung bình từ 4 - 6 ngư i trong 5 năm, cần có khối tích khoảng 1,5 m3 - 1,8 m3 (đào sâu 1,5 - 1,8 m + 0,5 m, đáy rộng 1 x 1 m2). Nếu có điều kiện nên xây thành xi măng - gạch ngăn một phần nước phân tiểu thấm -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 49 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------vào đất. Một số hộ nông dân có thể sử dụng chất thải ngư i đã hoai để làm phân bón cho cây trồng (tuy nhiên cách này không được khuyến khích vì có thể gây nhiễm bẩn đất và lây lan giun sán, vi khuẩn), hố chứa chất thải có thể dẫn đến một hầm ủ biogas thì tốt hơn (vừa có chất đốt, vừa có thể tận dụng phân bón, nuôi cá, ...). Nhà vệ sinh có thể xây dựng theo như một kiểu như hình 4.3. Hình 4.3 : Một kiểu nhà vệ sinh đơn giản vùng nông thôn Thông thư ng các đô thị, nhà vệ sinh (bao gồm trung chỗ tắm rửa, chỗ tiểu, chỗ xí, ...) phải gần nơi và làm việc và được bố trí vị trí thuận lợi, một phần nhằm tiết kiệm diện tích đất đai, một phần để tiện việc đi lại. Các chất thải của ngư i phải được dòng nước có áp lực mạnh tống xuống các bể tự hoại hoặc bể phân hủy. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 50 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------4.1.3 Phân lo i nhà v sinh Có 3 dạng chính để chọn lựa khi quyết định xây dựng nhà vệ sinh: Bảng 4.2: Phân loại nhà vệ sinh theo nguyên lý xử lý phân Nguyên lý Tính chất xử lý phân u điểm Nhược điểm • Sạch sẽ, gọn gàng, • Chi phí cao. • Vi khuẩn yếm khí không hoặc ít gây sẽ phân hủy các • Không thể dùng rò rỉ mùi hôi chất thải ngư i nước mặn và sau một th i gian nước phèn được • Thích hợp cho trong bể tự hoại. Tự hoại những vùng đất vì các loại nước này không giúp cao, đất phù sa nước ngọt. cho phân tự hoại được. Dạng nhà vệ sinh • Chất thải thấm qua các tầng đất và tự làm sạch Tự thấm Dạng khô • Dạng này không dùng nước, thư ng dùng tro bếp, tro trấu hoặc cát mịn để phủ lấp phân. • Có thể thiết kế để phân và nước tiểu đi đến những thùng chứa riêng biệt. • Thích hợp cho các vùng đất thấm nước tốt như các vùng cao, vùng đồi núi, vùng giồng cát ven biển • Được UNICEF đề xuất xây dựng khá nhiều nơi khô hạn. • Rẻ tiền • Phân ngư i sau một th i gian ủ trộn với tro bếp có thể dùng để làm phân bón cho cây trồng. • Có thể ảnh hư ng phần nào đối với nền đất nơi đặt nhà vệ sinh. • Không được vệ sinh và thẩm mỹ • Có mùi hôi • Nếu không che đậy cần thận, ruồi có thể đến sinh sản. Khi xét đến việc có hay không sự chuyển vận phân đi nơi khác kết hợp với khả năng có hoặc không có nước để dội cầu thì ta có thể theo sự khuyến cáo Bảng 4.3 và 4.4: Bảng 4.3 : Phân loại bể thải liên quan đế sự dùng nước và vận chuyển phân Có sự vận chuyển phân Không vận chuyển phân 3. Xây dựng loại nhà vệ 1. Xây dựng nhà vệ sinh sinh có nút xả nối hố chứa loại có nút nhấn xả nước Có dùng n c nối với hệ thống dẫn thoát phân hoặc ao cá hoặc hầm biogas nước 2. Xây dựng loại nhà vệ 4. Xây dựng loại nhà vệ Không dùng sinh với loại hố xí thùng sinh với hố ủ phân n c compost -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 51 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 4.4: Các hình thức chuyển phân Hình thức vận chuyển Đặc điểm • Vận chuyển phân bùn bằng xe hút hầm cầu • Phù hợp với các vùng đô thị và ven đô, thị trấn • Chi phí cao • Vệ sinh tốt • Vận chuyển phân bằng công lao động (ngư i cào và xe đẩy) • Phù hợp với vùng nông thôn và vùng núi, nơi khan hiếm nước • Tiết kiệm phân bón • Thiếu vệ sinh • Vận chuyển phân bằng thùng • Phù hợp với vùng nông thôn và vùng núi, nơi khan hiếm nước • Tiết kiệm phân bón • Thiếu vệ sinh • Vận chuyển phân bằng thùng dạng cơ giới • Phù hợp với vùng nông thôn và thành thị • Có thể làm phân bón • Vệ sinh mức độ vừa Phân biệt bể tự hoại theo kết cấu: Bảng 4.5 : Phân loại bể thải theo kết cấu Loại bể Số ngư i sử dụng 15 - 20 Bể tự hoại 2 ngăn 20 - 50 Bể tự hoại 3 ngăn > 50 Bể tự hoại nhiều ( > 3) ngăn 4 – 200 Bể phân hủy Dung tích 3.000 - 4.000 lít 4.000 - 10.000 lít 1.000 lít/ngư i 1.000 lít/ngư i Ngoài ra ngư i ta còn phân loại theo kiểu nhà xí có hay không sự chia tách phân và nước tiểu cho các mục tiêu xử lý và sử dụng khác nhau. Nếu xem xét đến việc vận chuyển, xử lý và tái sử dụng phân thì có thể theo sơ đồ hình 2.2 sau. Quan hệ này là một phần của mô hình canh tác sinh thái khép kín VACB (Vư n - Ao - Chuồng - Biogas) nông thôn. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 52 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Người HỐ XÍ Thùng chứa SỬ DỤNG& TÁI SỬ DỤNG VẬN CHUY N & XỬ LÝ THU GOM Không dùng nước Hố ủ tạm Dùng nước Hầm cố định Nuôi trùn B chứa phân/ B tự hoại Cống rãnh Xe hút hầm cầu Xe bò chuy n phân Hố ủ Biogas Xuống ao, hồ * Nuôi tảo Nuôi cá Ao trữ Hố trữ Tưới, bón ruộng / Trồng cỏ Nuôi trâu, bò, dê, Nuôi gà, vịt Thực phẩm Hình 2.2: Mô hình VACB liên quan đến việc sử dụng hố xí Ghi chú: * Nhà xí thải chất bài tiết xuống ao hồ (như nhà xí ao cá), trong một số phân loại, được xem là loại nhà xí không dùng nước. 4.1.4 Bể tự ho i Bể tự hoại (septic tank) thư ng được thiết kế theo dạng hình tròn bằng các cấu kiện lắp ghép sẵn, một số nơi có xu hướng xây theo hình chữ nhật (hình 4.4). Cần lưu ý rằng, bể tự hoại khác bể lắng chỗ là nước thải không chảy liên tục vào bể tự hoại nên tính ổn định thủy lực không ứng dụng được. Hình 4.4: Kết cấu hầm chứa phân và nước tiểu -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 53 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------4.1.4.1 Kích th c bể tự ho i Qui mô xây dựng nhà vệ sinh được hiểu là dung tích cần thiết của hố chứa phân hay kích thước hố chứa, dung tích chứa của nhà vệ sinh tùy thuộc vào 3 yếu tố: mức thải của từng cá nhân (ngư i lớn hoặc trẻ em), số lượng ngư i sử dụng nhà vệ sinh và th i gian sử dụng (th i gian phải hút sạch hầm cầu). Thật sự, khó có thể xác định chính xác dung tích này, nó mang tính gần đúng, việc tính toán thiên về an toàn, nghĩa là kết quả đủ thừa so với nhu cầu thực tế. Thể tích hố chứa phân có thể xác định theo (Kalbermatten et al., 1980): • Nếu kích thước hố chứa nhỏ hơn độ sâu 4 m: V = A.d = 1.33 x C.P.N (4-1) • Nếu kích thước hố chứa lớn hơn độ sâu 4 m: V = A.(d - 1) = C.P.N (4-2) Trong đó: V = thể tích hố chứa phân (m3) C = mức thải phân (m3/ngư i.năm). Lấy theo bảng 4.6. P = số ngư i sử dụng (ngư i) N = th i gian sử dụng (năm) A = diện tích mặt cắt ngang hố đào (m2) d = độ sâu hố đào (m) Hệ số 1.33 được xem là hệ số gia tăng an toàn 30% cho thể tích hố chứa phân. Bảng 4.6: Mức thải phân theo m3/ngư i.năm Hố chứa ướt Hố chứa khô Dùng nước để rửa Dùng giấy để chùi Dùng nước để rửa Dùng giấy để chùi sạch hậu môn sạch hậu môn sạch hậu môn sạch hậu môn 0.04 0.06 0.06 0.09 (Nguồn: Kalbermatten et al., 1980) Ví dụ 4.1: (theo tài liệu ESIC, Bangkok, 1987) Một gia đình 6 ngư i cần một hố chứa chi phí thấp. Đất trong khu vực là loại đất có độ thấm rút thuận lợi và ổn định. Mực thủy cấp là 7 m dưới mặt đất. Xác định kích thước hố chứa phân cho yêu cầu sử dụng 10 năm trong 2 trư ng hợp: hố hình trụ tròn và hố hình khối chữ nhật. Lưu ý rằng gia đình dùng nước để rửa hậu môn sau khi đi tiêu. Giải: Theo công thức (4-1): V = 1,33 x C.P.N = 1,33 x 0,06 x 6 x 10 • = 4,8 m3 Hố chứa phân nếu làm theo hình trụ tròn, đư ng kính hình trụ thư ng được chọn vào khoảng 1,0 - 1,5 m. Chọn đư ng kính 1,25 m thì độ sâu của hố chứa phân là: Thể tích hố Độ sâu của hố chứa phân = (4-3) Diện tich chung quanh hố hình trụ Diện tich chung quanh hố = π 4 × D2 = 3.1416 × 1,25 2 4 = 1,23 m2 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 54 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Độ sâu của hố chứa phân = 4,8 1,23 = 3,91 m Bảng 4.7 và 4.8 là bảng tính thể tích cho các hố chứa khô (hố xí không dội nước) và hố chứa ướt (hố xí có dội nước) theo công thức 4-1. Số năm sử dụng (năm) 4 6 8 10 12 15 Bảng 4.7: Thể tích hố chứa khô Thể tích (m3) Số ngư i sử dụng Số ngư i sử dụng Dùng nước để rửa sạch hậu môn Dùng giấy để chùi sạch hậu môn 4 6 8 10 12 4 6 8 10 12 1,28 1,92 2,56 3,20 3,84 4,60 1,92 2,88 3,84 4,79 5,32 6,40 2,56 3,84 4,84 5,80 6,76 8,20 3,20 4,60 5,80 7,00 8,20 10,0 3,84 5,32 6,67 8,20 9,64 11,8 1,92 2,80 3,84 4,60 5,32 6,40 2,88 4,20 5,32 6,40 7,48 9,10 3,84 5,32 6,67 8,20 9,64 11,8 4,60 6,40 8,20 10,0 11,8 14,5 5,32 7,48 9,64 11,8 13,96 17,2 (Nguồn: ESIC, Bangkok, 1987) Số năm sử dụng (năm) 4 6 8 10 12 15 Bảng 4.8: Thể tích hố chứa ướt Thể tích (m3) Số ngư i sử dụng Số ngư i sử dụng Dùng nước để rửa sạch hậu môn Dùng giấy để chùi sạch hậu môn 4 6 8 10 12 4 6 8 10 12 0,85 1,28 1,71 2,13 2,56 3,20 1,28 1,92 2,56 3,20 3,84 4,60 1,71 2,5 3,41 4,20 4,84 5,80 2,13 3,20 4,20 5,00 5,80 7,00 2,56 3,83 4,84 5,80 6,76 8,20 1,28 1,92 2,56 3,70 3,84 4,60 1,92 2,88 3,84 5,80 6,76 8,20 2,56 3,84 4,84 5,80 6,76 8,20 3,20 4,60 5,80 7,00 8,20 10,0 3,88 5,32 6,76 8,20 9,64 11,9 (Nguồn: ESIC, Bangkok, 1987) Bảng sau cho thể tích hố chứa phân theo mặt cắt ngang và chiều sâu, tính theo công thức 4 - 2. Bảng 4.9: Thể tích hố chứa phân theo kiểu và kích thước Thể tích hố chứa phân (m3) Kiểu và kích Chiều 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 thước ↓ sâu → 1,0 Hình tròn, Φ 1,00 m Hình tròn, Φ 1,25 m Hình tròn, Φ 1,50 m Hình vuông, cạnh 1,00 m Hình vuông, cạnh 1,25 m Hình vuông, cạnh 1,50 m 0,785 1,23 1,77 1,00 1,56 2,25 1,18 1,84 2,65 1,50 2,34 3,38 1,57 2,45 3,53 2,00 3,13 4,50 1,96 3,07 4,42 2,50 3,91 5,63 2,36 3,68 5,30 3,00 4,69 6,75 2,75 4,29 6,18 3,50 5,47 7,88 3,14 4,91 7,07 4,00 6,25 9,00 4,5 5,0 3,66 5,71 8,22 4,66 7,28 10,48 4,18 6,53 9,40 5,32 8,31 11,97 (Nguồn: ESIC, Bangkok, 1987) (Các ô bôi đậm trong bảng trên là dùng cho ví dụ 4.2). -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 55 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 4.2: (theo tài liệu ESIC, Bangkok, 1987) Như ví dụ 4.1, dùng bảng tra để xác định thể tích và hình dạng hố chứa. Giải: Tra bảng 4.7 cho hố xí khô, với 6 ngư i trong hộ và sử dụng hố chứa 10 năm, dùng nước để rửa hậu môn, ta được thể tích thiết kế là 4.79 m3. Sử dụng bảng 2.6 với thể tích 4.79 m3, ta có các chọn lựa các kiểu hố chứa sau (xem các ô bôi đậm, chọn số gần 4.79 m3, nghiêng về an toàn): • • • • • Hố tròn: đường kính 1,25 m x chiều sâu 4,0 m Hố tròn: đường kính 1,50 m x chiều sâu 3,0 m Hố vuông: cạnh 1,00 m x cạnh 1,00 m x chiều sâu 5,0 m Hố vuông: cạnh 1,25 m x cạnh 1,25 m x chiều sâu 3,0 m (thể tích hơi hụt) Hố vuông: cạnh 1,50 m x cạnh 1,50 m x chiều sâu 5,0 m B 15 14 13 12 11 10 T 9 8 7 6 5 4 4,8 A 0 N 2 4 O Số năm sử dụng (năm) → 6 8 10 12 3 2 1 14 16 18 20 Số ngư i sử dụng (ngư i) → Thể tích (m3) → Ta cũng có thể sử dụng toán đồ sau (hình 4.6) để xác định thể tích hố chứa: • Đoạn OA - Th i gian sử dụng (năm) • Đoạn OB - Mức thải phân (m3 /ngư i.năm), lấy bảng 2.3. • Đoạn OC - Thể tích hố chứa (m3) • Đoạn DE - Số ngư i sử dụng (ngư i) E 14 12 10 8 6 4 2 P C D 0.09 0.06 Mức thải phân (m3/ngư i.năm) ↑ Hình 4.5: Toán đồ xác định thể tích hố chứa phân (Nguồn: ESIC, Bangkok, 1987) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 56 0.04 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 4.3: Dùng ví dụ 4.1, sử dụng toán đồ để xác định thể tích hố chứa phân. Giải: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Chọn điểm C. Từ bảng 4.6, mức thải phân là C = 0,06 Chọn điểm P, là số ngư i sử dụng, ví dụ này là 6. Nối CP để được điểm T trên đoạn OB. Kẻ đư ng nối 2 điểm A và T được đoạn AT. Chọn điểm N, là số năm thiết kế, đây là 10 năm. Từ điểm N, kéo thẳng lên gặp đoạn AT, từ điểm giao, kéo ngang qua đoạn OB, điểm cắt trên đoạn OB là thể tích thiết kế: # 4,8 m3. Theo nghiên cứu của Viện Pasteur Nha Trang, để ước tích thể tích ngăn chứa phân qui mô gia đình, có thể dùng công thức kinh nghiệm sau (Dương Trọng Phỉ, 2003): Thể tích ngăn chứa V (m3) = Số ng ời trong h x 0.04 Công thức này cũng tương đối phù hợp với mức thải phân theo số liệu của Kalbermatten et al. (1980). (4-4) bảng 2.3 4.1.4.2 K t cấu và vận hành bể tự ho i Chiều sâu nước trong bể tự hoại lấy khoảng chừng 1,2 - 2,0 m. Lưu ý cần bố trí tư ng chắn giữa các ngăn nhằm giữ lại các chất cặn đáy và ngăn các váng bọt nổi phía trên mặt nước. Tấm ngăn chữ T phải đặt ngập trong nước ít nhất 300 mm và nhô lên khỏi mặt nước 200 mm. Trên nắp bể tự hoại cần có nắp đậy nhỏ để hút cặn (hút hầm cầu) thư ng kỳ (khoảng 3 - 5 năm). Các hầm vệ sinh tự hoại phải có ống thông khí để thải các khí hydrogen-sulfide (H2S), carbon-dioxite (CO2) và methane (CH4) tránh ăn mòn phá hoại cấu kiện bê tông cốt thép của bể. Hình 4.6: Bể tự hoại 2 ngăn kiểu hình khối chữ nhật -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 57 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Hình 4.7: Bể tự hoại 3 ngăn kiểu hình khối chữ nhật Hình 4.8: Một kiểu bể tự hoại 3 ngăn hình tròn -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 58 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Đối với bể tự hoại 2 ngăn, dung tích của ngăn thứ 1 không nhỏ hơn 2/3 dung tích của cả bể, còn đối với bể tự hoại 3 ngăn, dung tích của ngăn thứ 1 bằng 1/2 dung tích bể. Để tránh lắng cặn, đư ng ống dẫn nước thải ra tới bể phải đặt nghiêng với độ dốc ≥ 1:50. Đối với các đư ng ống dẫn quá dài, cần đặt giếng kiểm tra. Đối với đư ng ống thoát nước thải ra khỏi bể, có thể đặt đư ng ống có độ dốc nhỏ hơn, khoảng 1:100 đến 1:50. Ngoài ra, nhằm cản các các chất khí trong bể xâm nhập vào các ống ra chữ T mang theo các chất thải lơ lửng (ống T còn có chức năng ngăn không cho váng theo nước thải ra ngoài), ta có thể thiết kế thêm các kết cấu làm lệch khí như hình 4.9. Hình 4.9: Kiểu ngăn để giới hạn khí mang các chất thải lơ lửng vào ống ra T Bể tự hoại cần được xác định như là một công trình vệ sinh sử dụng lâu dài nên cần xem xét kết cấu của bể cho chắc chắn. Không được sử dụng các chất alkalis hoặc các chất tẩy rửa như thuốc tẩy chlorine đổ vào bể tự hoại. Những hóa chất này sẽ hủy hoại hoặc làm chậm các tiến trình sinh học trong bể. Trước khi sử dụng bể, cần thiết phải đổ đầy nước đến ống ra của bể. Nếu có thể, đổ thêm vào bể một ít phân gia súc như phân heo, bò đang phân hủy để tạo điều kiện cho các vi khuẩn trong bể hoạt động. Điều này làm cho bể hoạt động hiệu quả trong những th i gian đầu. Ngoài ra, một số chế phẩm vi sinh cho bể tự hoại (có bán ngoài thị trư ng) có thể được sử dụng để gia tăng th i gian giữa 2 lần lấy cặn. Sau một th i gian (hình 4.11), khi bể tự hoại đã đầy các chất lắng đọng thì cần phải hút loại ra ngoài. Thông thư ng, có những xe hút hầm cầu chuyên nghiệp với các bơm hút, ống dẫn và thùng chứa của các Công ty Vệ sinh sẽ đảm nhận công việc này, như hình dưới. Hình 4.10: Xe hút hầm cầu -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 59 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Hình 4.11: Biểu đồ xác định th i gian bơm hút bể tự hoại Nguồn: Bounds, T.R., Design and Performance of Septic Tanks, 1997 Ví dụ 4.4: Hai gia đình cần bạn tư vấn cho th i gian cần thiết để hút bể tự hoại của họ. Một gia đình 4 ngư i có bể tự hoại với dung tích chứa (1,8 x 2,0 x 1,0) m3 và gia đình kia có 5 ngư i có bể tự hoại (2,0 x 2,2 x 1,3) m3. Giải: • Gia đình có 4 ngư i và bể tự hoại (1,8 x 2,0 x 1,0) m3 = 3,6 m3 = 3,600 L sẽ phải bơm hút hầm cầu khoảng sau 6 năm (chọn đư ng cong gần nhất thiên về an toàn: V = 3,785 L, trong biểu đồ của Bounds). • Gia đình có 5 ngư i và bể tự hoại (2,0 x 2,2 x 1,3) m3 = 5,72 m3 = 5720 L sẽ phải bơm hút hầm cầu khoảng sau 9 năm. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 60 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------4.3 HỆ THỐNG GÒ LỌC Gò lọc (mound) là một hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp thấm lọc qua đất được xây dựng trên nền đất cát xếp lớp. Phương pháp xử lý nước thải bằng gò lọc được phát triển vào đầu thập niên 1970 tại Đại học Wisconsin (Mỹ). Gò lọc được sử dụng hiệu quả : • Các vùng đất thấm rút chậm được; • Các vùng đất thấm rút cạn trên nền đá; • Các vùng đất thấm rút được với mức nước ngầm cao trong mùa mưa. Việt Nam, có thể xây dựng gò lọc các gò cát, đồi cát hoặc các giồng cát dọc theo b biển hoặc sư n núi. Ta có thể cho nước thải từ nhà vệ sinh qua bể tự hoại, sau đó chuyển sang bể bơm chuyền và từ đây nước thải được bơm vào gò lọc trên mặt đất. Đây là biện pháp xử lý nước thải đơn giản nhưng bị hạn chế là cần một diện tích tương đối lớn và phải có cát. Trên gò lọc có thể trồng cỏ, cây xanh hoặc vư n hoa. Sơ đồ như sau: Hình 4.12: Sơ đồ bố trí gò lọc trong xử lý nước thải nhà vệ sinh Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý lọc nước thải từ bể tự hoại qua đất -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 61 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Kích thước gò lọc xê xích trong khoảng 8 - 10 m chiều rộng, 35 - 40 m chiều dài và khoảng 0,5 - 0,8 m chiều cao. Tuyến bố trí gò là nơi thấp hơn khu vực nhà , xa nguồn lấy nước, độ dốc khoảng 12%. Đất đắp cho gò lọc là các loại đất cát, cát pha thịt hoặc sét, nơi lỗ ra của ống bơm nước có rải sạn sỏi hoặc cát thô. Hình 4.13 : Mặt cắt ngang gò lọc Hình 4.14: Mặt cắt ngang một hệ thống gò lọc (theo Converse and Tyler, 1990) 4.2 CÔNG TRÌNH GIẾNG THẤM 4.2.1 Nguyên lý và Sơ đ gi ng thấm Giếng thấm là một biện pháp công trình tương đối đơn giản nhằm xả nước thải đã qua một phần xử lý đi vào đất để được tiếp tục làm sạch vào thấm vào nguồn nước chung. Hình 4.15: Sơ đồ một giếng thấm -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 62 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Nguyên tắc cần tôn trọng là giếng thấm không được làm nhiễm bẩn và nhiễm bệnh nguồn nước ngầm và các nguồn nước tự nhiên khác. Ngoài ra, khi thiết kế giếng thấm cần lưu ý là thành phần nước thải đi vào giếng thấm không có cặn lơ lửng để không làm tắc nghẽn giếng. Muốn như vậy, cần có bể tự hoại lớn hoặc bể phân hủy. Đối với nước ngầm tầng mặt, đáy giếng phải cao hơn mực nước ngầm cao nhất trong mùa mưa ít nhất 1,00 m. Nếu mực nước ngầm quá cao, sát mặt đất thì có thể xây dựng hệ thống tưới ngầm, hoặc gò lọc như phần trước, lúc đó chi phí sẽ cao hơn. Nên xây giếng vị trí dưới hướng nước chảy của giếng lấy nước. Sau khi sử dụng một th i gian dài, cần làm sạch lại giếng thấm hoặc xây giếng mới. Trong tính toán giếng thấm, cần xác định diện tích thấm. Diện tích thấm cần thiết được định nghĩa là diện tích bề mặt đáy thấm nước và thành ngoài nằm trong đất thấm nước. Độ thấm nước tùy thuộc vào loại đất và chiều cao áp lực cột nước trong giếng. Trư ng hợp không có điều kiện khảo nghiệm, có thể lấy 1 - 2 m2 diện tích thấm cho 1 ngư i sử dụng. Có thể dùng bảng tra sau: Bảng 4.3 : Diện tích thấm có ích (m2, cho 1 ngư i) khi xây giếng thấm Trư ng học Trạm trại Nhà Loại đất (65 l/h/d) (100 l/h/d) (200 l/ng/day) 0,93 0,23 0,14 Cát thô hoặc sỏi 1,40 0,37 0,23 Cát mịn 2,30 0,60 0,37 Cát pha sét 3,70 0,93 0,60 Sét trộn nhiều cát hoặc sỏi 7,10 1,85 1,25 Sét trộn ít cát hoặc sỏi Sét nặng, đặt, đất cứng, không dùng không dùng không dùng không thấm nước,... Nguồn: J. Gruhler, 1980, Công trình làm sạch nước thải loại nhỏ, V.K. Long dịch Có thể làm thí nghiệm đơn giản sau để xác định độ thấm của đất ngoài hiện trư ng: tại chỗ đặt giếng, nơi độ sâu đáy giếng, đào 1 hố có kích thước hình vuông 30 x 30 cm, sâu 20 cm. Đổ đầy nước (làm từ 3 - 5 lần), tính trung bình th i gian (phút) mực nước hạ xuống 10 cm. Thêm điều kiện tắt bùn, lưu lượng thấm: qs ≈ 1200 2 , 5 .t + 6 , 2 (4-5) trong đó: qs - lưu lượng thấm (l/m2/ngày) t - th i gian (phút) cần thiết để mực nước hạ xuống 10 cm Ví dụ 4.5: Đo t trung bình = 2 phút Î qs = 107 l/m2/ngày Hình 4.16: Bố trí đo th i gian thấm Lưu ý: Khi mới đào giếng không nên đo ngay mà phải đổ nước nhiều lần rồi đo thì chính xác hơn. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 63 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------4.2.2 K t cấu gi ng thấm Rất nhiều tác giả đã thiết kế nhiều kiểu giếng thấm khác nhau. Dưới đây là một số kiểu tiêu biểu: Hình 4.17: Giếng thấm cạn khi lớp đất thấm nước sát mặt đất Hình 4.11: Giếng thấm đặt sâu khi lớp không thấm nước dày Tùy theo lớp đất không thấm phía trên mặt dày hay mỏng mà ta quyết định chọn kiểu giếng nông hay sâu. Giếng thấm nông có kinh phí xây dựng rẻ so với giếng thấm đặt sâu nhưng cần thay thế các lớp đá vụn, sỏi, cát thư ng xuyên. Một tấm chắn nhỏ cũng cần thiết nếu lượng nước thải đổ vào khá nhiều (≈ 0,5 l/s) có khả năng gây xói. Để tăng khả năng thấm, phía bên ngoài đáy của giếng nên đổ thêm sỏi. Trên nắp giếng có thể bố trí lỗ thông hơi. Một số giếng thấm được thiết kế kết hợp giữa lọc nước thải và thoát nước mưa. Khi đó, lượng nước nhận được vào giếng thấm phải cộng thêm lượng nước mưa, hay cư ng độ mưa (tính bằng l/s.m2 hoặc l/s. ha hoặc mm/phút). -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 64 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------4.3 CÁNH Đ NG LỌC, T ỚI 4.3.1 Nguyên lý Nước thải có khả năng tự làm sạch qua quá trình thấm rút qua đất cát như là một phương thức xử lý tự lọc sinh học và hóa lý, được gọi tổng quát là là xử lý nước thải qua đất (land treatment). Bằng cách xả nước thải sau khi xử lý sơ bộ qua một hào lọc ngầm hay một cánh đồng tưới hay bãi lọc có diện tích tương đối rộng, các chất cặn lơ lửng trong nước sẽ bị giữ lại tầng đất mặt. Nh có ôxy và vi khuẩn háo khí mà các hạt chất bẩn đó được ôxy hóa và nước được làm sạch thấm xuống mặt đất. Điều kiện quan trọng trong phương pháp này là phải có lớp đất cát khá đủ dày để lọc, chiều dày tối thiểu khoảng 0,2 - 0,5 m. Thực tế cho thấy khả năng xử lý nước thải hữu hiệu diễn ra độ sâu 1,50 m từ mặt đất. Sử dụng phương pháp lọc nước thải theo chu kỳ. Chu kỳ lọc được thay đổi bằng chu kỳ thông thoáng với lớp vật liệu lọc. Ngoài ra, lượng nước này có thể sử dụng để tăng độ ẩm trong lớp thổ nhưỡng và cung cấp một phần dưỡng chất cho cây trồng. Do trong nước thải chứa một lượng N:P:K khá cao (theo tác giả Hoàng Huệ, 1996, trong nước thải, đạm Nitơ khoảng 15 - 60 mg/l, Lân khoảng 3 - 12 mg/l và Kali khoảng 6 - 25 mg/l) đạt tỉ lệ 5:1:2 so với nhu cầu của thực vật nói chung khoảng 2:1:2 thì ta có thể sử dụng nước thải để tưới được nhất là các vùng trồng rau xanh, cỏ gia súc, ... nếu trong nước thải không có các chất dầu mỡ công nghiệp, lượng muối khoáng không quá 2 mg/l và không chứa các kim loại nặng độc hại có hàm lượng cao khác. Một vấn đề cần lưu ý khác là trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, có chứa nhiều mầm bệnh và trứng giun sán. Như vậy khi tưới vào các cánh đồng cần phải có bước xử lý sơ bộ qua bể lắng ngang với tốc độ chảy khoảng 1 mm/s và tốt hơn nếu được xử lý nhiệt độ khoảng 50 - 60°C trong vài gi thì có thể tiêu diệt được các trứng giun sán. Trong các yếu tố, khâu vệ sinh là một trong các điều kiện xem xét quan trọng. 4.3.2 Thi t k Việc dùng nước thải để tưới cũng cần xem xét nhu cầu nước của cây trồng theo các yếu tố loại cây trồng, th i vụ, loại đất và giai đoạn sinh trư ng. Kích thước các ô tưới cũng không nhỏ hơn 3 ha, nếu ô hình chữ nhật thì bố trí tỉ lệ chiều rộng/chiều dài khoảng 1:4 đến 1:8, chiều dài của ô khoảng 300 - 1.500 m để thuận lợi cho việc cơ giới hóa. Độ dốc khu tưới chọn khoảng 0,02 và khu tưới nên để xa khu dân cư theo bảng sau: Bảng 4.4 : Khoảng cách vệ sinh đến khu dân cư Lượng nước thải Khoảng cách đến khu dân cư (m) (m3/ngày) Bãi lọc Cánh đồng tưới 200 300 200 - 5.000 400 500 5.000 - 50.000 1.000 1.000 > 50.000 Nguồn: Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, 1996 Ba hình thức xử lý nước thải qua đất thông dụng là: lọc chậm (slow rate), thấm nhanh (rapid infiltration) và chảy tràn mặt (overland flow). Trong hình thức lọc chậm còn có các kiểu tính toán khác là: Kiểu (1) tính mức tải thủy lực dựa vào tính -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 65 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------thấm của đất, kiểu (2) tính mức tải thủy lực dựa vào nhu cầu tưới, ngoài ra còn có kiểu tính mức tải thủy lực dựa vào mức giới hạn Nitrogen (xem cách tính toán 4.3.3). Mỗi kiểu phù hợp với tính chất công trình nơi xử lý, có thể tham khảo bảng 4.5. Hình 4.12: Xử lý nước thải bằng cách lọc chậm qua đất Hình 4.13: Xử lý bằng cách cho thấm nhanh qua đất -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 66 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Hình 4.14: Cánh đồng lọc bằng chảy tràn mặt Trong 3 phương cách làm sạch nước thải qua đất nói trên, cách thức cho tưới chảy tràn mặt cho hiệu quả cao hơn, xem bảng 4.6. Bảng 4.5: So sánh chất lượng nước thải xử lý qua 3 phương thức lọc chậm, thấm nhanh và chảy tràn mặtcủa hệ thống xử lý tự nhiên qua đất Giá trị đo, mg/L Thành phần Lọc chậm a Thấm nhanh b Chảy tràn mặt c Lớn Trung Lớn Trung Lớn Trung nhất bình nhất bình nhất bình < 15 10 <5 2 <5 BOD <2 < 25 15 <5 2 <5 Chất rắn lơ lửng <1 <3 1 <2 0.5 <2 Dung dịch nitrogen (N) < 0.5 <8 5 < 20 10 <8 Tổng nitrogen N 3 <6 4 <5 1 < 0.3 Tổng phoshorus P < 0.1 a. Thấm của nước thải sau khi xử lý sơ cấp hoặc thứ cấp qua độ sâu 1,5 m đất b. Thấm của nước thải sau khi xử lý sơ cấp hoặc thứ cấp qua độ sâu 4,5 m đất c. Chảy tràn của lượng nước thải thành phố liên tục chừng 450 m mặt dốc Tùy theo hiện trạng của đất (loại đất, hướng dốc, độ dốc, tầng nước ngầm, mục tiêu sử dụng đất,...) ngư i ta có thể một phương thức xử lý hoặc kết hợp nhiều phương thức khác nhau. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 67 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 4.6: Đặc trưng xem xét Tính thấm của đất Ô nhiễm tầng nước ngầm tiềm năng Sự hồi phục và trữ của nước ngầm Sự sử dụng đất hiện tại Sự sử dụng đất tương lai Qui mô của tuyến công trình Độc chất do lũ mang đi Độ dốc Quyền sử dụng nước Hướng dẫn chọn tuyến xử lý nước thải qua đất Ghi chú Kiểu công trình Phù hợp với vùng đất có tính thấm cao Chảy tràn Tốc độ tải thủy lực gia tăng theo tính thấm mặt Thấm nhanh của đất Lọc chậm Thấm nhanh Bị ảnh hư ng b i (1) mức độ gần sát với Lọc chậm các tầng nước mặt, (2) sự hiện diện của các công trình thủy ngầm (3) hướng chảy của nước ngầm (4) mức độ khôi phục lớp nước ngầm do giếng nước hoặc hệ thống tiêu ngầm Thấm nhanh Khả năng trữ lại nước qua lọc và hồi phục b i giếng và hệ thống tiêu ngầm dựa trên cơ s độ sâu các tầng nước mặt, tính thấm của đất, tính liên tục của các công trình ngầm, chiều sâu xử lý hiệu ích và khả năng ngậm nước trong khu vực công trình Có thể liên quan đến các sự cố tự nhiên và Tất cả các mặt nào đó có thể mâu thuẫn đến việc sử tiến trình dụng đất Việc phát triển đô thị tương lai có thể bị ảnh Tất cả các hư ng do sự m rộng hệ thống tiến trình Có thể gặp khó khăn khi mua hoặc thuê đất Tất cả các cần thiết để xây dựng công trình tiến trình Đôi khi phải loại bớt hoặc giới hạn lại qui Tất cả các mô của tuyến công trình tiến trình Độ dốc lớn có thể (1) gia tăng chi phí cho Tất cả các công trình đất (2) gia tăng hiểm nguy xói tiến trình mòn trong mùa mưa Thấm nhanh Độ dốc lớn có thể ảnh hư ng tính chất dòng chảy ngầm Độ đốc lớn có thể giảm th i gian chảy trên Chảy tràn vùng đất xử lý và ảnh hư ng hiệu quả xử mặt lý. Độ dốc nhỏ thì lại yêu cầu tăng chi phí công tác đất để tạo độ dốc lớn hơn Có thể yêu cầu phải sắp đặt lượng nước đã Tất cả các xử lý trong một thủy vực riêng rẽ tiến trình -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 68 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Hình 4.15: Sơ đồ tiến trình chảy tràn mặt với nhiều hình thức tưới (Nguồn: Metcalf & Eddy, Watsewater Engineering, 1995) Ngoài ra, một số nơi còn áp dụng việc xử lý nước thải qua các vùng đất ngập nước (wetland application), độ sâu ngập trong khoảng 0,1 - 1,8 m, hoặc dùng nước thải xả vào các vùng trũng thấp để nuôi trồng các thực vật thủy sinh nổi (floating aquatic plant) như hình 4.16. Hình 4.16: Một số loại thủy thực vật có khả năng hấp thụ nước thải (Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 69 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Hình 4.17 dưới là một kiểu kênh lọc bằng thực vật. Bằng cách cho nước thải qua các ống PVC có đục lỗ hoặc cưa chéo dẫn vào các đoạn kênh đổ đất cát sỏi, đáy kênh được trải các tấm nylon, trong lòng kênh các loại cỏ có thể hấp thu các độc chất trong nước thải như cỏ đuôi mèo (cattail), nước thải sau khi được xử lý qua thực vật có thể thu hồi bằng một ống PVC có đục lỗ đáy bên kia của kênh lọc. Hình 4.17: Mặt cắt ngang một kiểu kênh lọc bằng thực vật (Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995) Bảng 4.7: Đặc trưng Số liệu thiết kế tiêu chuẩn cho việc xử lý nước thải qua đất Lọc chậm Thấm nhanh Chảy tràn mặt Kỹ thuật áp dụng Mức tải hằng năm (m) Diện tích yêu cầu (ha) b Mức tải hằng tuần chuẩn (cm) Tiền xử lý tối thiểu Mỹ Hướng xử lý nước thải Cây trồng Tưới phun/tràn mặt a 0.5 - 6 23 - 280 1.3 - 10 Lắng sơ cấp d Bốc thoát hơi & thấm Theo yêu cầu Tràn mặt 6 - 125 3 - 23 10 - 240 Lắng sơ cấp e Thấm chủ yếu Chọn lựa Tưới phun/tràn mặt 3 - 20 6.5 - 44 6 - 40 c Lọc qua sỏi & phân tán e Tràn mặt, bốc thoát hơi & thấm Theo yêu cầu a. Bao gồm cách đánh luống - cày xới và bóc lớp biên. b. Diện tích tính bằng hectares không bao gồm các vùng đệm, đư ng sá và kênh mương cho dòng chảy 3785 m3/ngày. c. Khoảng tính bao gồm nước thải chưa xử lý đến chỗ ra thứ cấp, mức thải cao hơn cho việc tiền xử lý cao hơn. d. Hạn chế việc sử dụng công cộng, canh tác hoa màu cho ngư i dùng trực tiếp. e. Hạn chế việc sử dụng công cộng. (Nguồn: Robert A. Corbitt, Standard handbook of Environmental Engineering, 1989) 4.3.3 Tính toán mức t i thủy lực và xác đ nh di n tích Mức tải thủy lực (the hydraulic-loading rate) là khối lượng nước tải trên một đơn vị diện tích đất trong một th i kỳ tính toán như hàng tuần, hàng tháng hoặc hàng năm. Đơn vị tương ứng của nó là in/wk, (hoặc cm/tuần), in/mo (hoặc cm/tháng) và ft/yr (hoặc m/năm). Mức tải thủy lực có thể tham khảo bảng 4.8. Tuy nhiên, tùy theo yêu cầu thực tế, cách tính toán có khác nhau dựa vào các yếu tố thiết kế giới hạn cơ bản. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 70 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------U Tính mức tải thủy lực theo tính thấm của đất (hệ thống lọc chậm loại 1) Phương trình cân bằng nước tổng quát, trong th i kỳ tính là tháng, được sử dụng để xác định mức tải thủy lực dựa vào tính thấm của đất: LW ( P ) = ET − P + W P trong đó: LW(P) ET P WP (4-6) - mức tải thủy lực nước thải dựa vào tính thấm của đất (cm/tháng) - lượng bốc thoát hơi tháng tính toán (cm/tháng) - lượng mưa tháng tính toán (cm/tháng) - lượng thấm của đất trong tháng tính toán (cm/tháng) Các giá trị thiết kế như ET và P cần dựa vào kết quả các bài toán phân tích tần suất số liệu khí tượng - thủy văn (ít nhất chuỗi số liệu 15 năm liên tục) với tần suất thiết kế vượt quá được đề nghị vào khoảng 90%. Giá trị của WP được xác định bằng cách tính lượng nước thấm tháng tính toán, nó phụ thuộc vào tầng rễ, chiều sâu lớp nước ngầm và hệ thống tiêu nước trong khu vực. Lớp đất thấm được xem xét nằm trong khoảng từ 0 - 2,5 m. Trong thiết kế sơ bộ, tốc độ thấm lớn nhất hàng ngày lấy vào khoảng 2 - 6 % lượng thấm đứng tối thiểu của đất. Trị thiết kế mức thấm theo tháng được xác định bằng cách nhân trị thấm lớn nhất theo ngày với tổng số ngày hoạt động trong tháng. (xem ví dụ 4.1) U Tính mức tải thủy lực dựa vào giới hạn Nitrogen Nếu lượng nước thấm trong hệ thống lọc chậm sẽ đi vào tầng nước ngầm sử dụng, thì theo Tiêu chuẩn Nước uống Thiết yếu, hệ thống phải được thiết kế sao cho độ tập trung lượng nitrat nitrogen khi đi vào lớp nước ngầm không vượt quá 10 mg/l nitrogen. Để đạt được yêu cầu giới hạn nitrogen này, thì mức tải thủy lực cho phép sẽ dựa vào việc xác định mức tải nitrogen hàng năm LW(N) và được so sánh với lượng nitrogen đã tính toán trước đó LW(P). Công thức tính LW(P) sau: LW ( N ) (mg / l ) = 2,54.C p ( P − ET ) + 4,32.U (1 − f )(C N ) − C p (4-7) trong đó: LW(N) - mức tải thủy lực cho phép theo mức tải nitrogen hàng năm, mg/l. - tổng số nitrogen tập trung trong lượng nước thấm, mg/l. Cp ET - lượng bốc thoát hơi tính toán, cm/yr. P - lượng mưa tính toán, cm/yr. U - lượng nitrogen hấp thu b i cây trồng, kg/ha.yr (xem bảng 4.8) 2,54 và 4,32 - hệ số qui đổi đơn vị CN - tổng lượng nitrogen tập trung trong nước thải, mg/l f - hệ số xác định tổng nitrogen loại ra do cách khử nitrit và bay hơi. Hệ số f phụ thuộc vào mức tải và đặc trưng của thành phần nước thải, cũng như điều kiện vi sinh vật trong vùng hoạt động của đất. Trong đất thoáng khí, lượng thải nitrit có thể đạt chừng 15 - 25% lượng nitrogen trong nước thải. Lượng này có thể cao hơn nếu tỉ lệ carbon/nitrogen trong nước thải lớn hơn 2,0. Lượng bay hơi amoniac sẽ không đáng kể khi độ pH nhỏ hơn 7,0 hoặc khi nước thải có nồng độ nitrat cao (theo: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995). Nếu giá trị LW(N) tính theo công thức trên cao hơn LW(P) thì lấy trị LW(P) làm giá trị -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 71 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------thiết kế. Nếu ngược lại, LW(P) > LW(P), thì sử dụng trị LW(N) và sau đó so sánh từng tháng một giữa LW(N) và LW(P), giá trị nào nhỏ hơn thì lấy trị đó làm số liệu thiết kế theo tháng. ET và P tính theo phân tích tần suất như trình bày phần trước. Giá trị U lấy theo bảng 4.8. Bảng 4.8: Mức hấp thụ nutrient cho các loại cây trồng khác nhau Loại cây trồng Mức hấp thụ nutrient U, lb/acre.yr (# x 1,1209 kg/ha.năm) Nitrogen Phosphorus Potassium Cây thức ăn gia súc Cỏ Alfafla Cỏ Brome Cỏ Coastal Bermuda Cỏ xanh Kentucky Cỏ Quack Cỏ Reed canary Cỏ Rye Cỏ ba lá ngọt (Sweet clover) Cỏ đuôi trâu cao (Tall fescue) Cỏ vư n (orchard grass) Cây hoa màu Lúa mạch (Barley) Bắp (Corn) Bông vải (Cotton) Lúa miến hạt (Grain sorghum) Khoai tây (Potatoes) Đậu nành (Soybeans) Lúa mì (Wheat) 200 - 480 116 - 200 350 - 600 180 - 240 210 - 250 300 - 400 180 - 250 158 135 - 290 230 - 250 20 - 30 35 - 50 30 - 40 40 27 - 41 36 - 40 55 - 75 16 26 20 - 50 155 - 200 220 200 180 245 280 240 - 290 90 267 225 - 315 63 155 - 172 66 - 100 120 205 94 - 128 50 - 81 15 17 - 25 12 14 20 11 - 18 15 20 96 34 62 220 - 288 29 - 48 18 - 4 (Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995) C p ( P − ET ) + 4,4.U Trư ng hợp, các giá trị (P - ET) tính theo in/yr, U theo lb/acre.yr, thì LW(N) sẽ là: LW ( N ) (mg / l ) = (1 − f )(C n ) − C p (4-8) Ví dụ 4.6: Xác định mức tải thủy lực cho một hệ thống lọc chậm qua đất thấm được và bị giới hạn b i mức nitrogen, theo số liệu sau: Tháng Lượng mưa (in.) Bốc thoát hơi tiềm thế (in.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2,3 2,3 2,1 1,6 0,4 0,2 0,1 không đáng kể 0,2 0,6 1,0 2,2 0,7 1,5 3,1 3,9 5,2 6,5 7,0 6,5 4,4 3,9 1,5 0,8 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 72 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Giả thiết: Lượng mưa thiết kế cho trên được tính từ chuỗi 10 năm mưa. Lượng bốc thoát hơi trung bình tháng cho bảng trên là chuẩn cho khu vực Tuyến công trình gần như bằng phẳng. Loại đất là đất thịt pha sét, dày với độ thấm 0,35 in./h (9 mm/h). Loại cây trồng là cỏ vùng biển Bermada. Khu chứa nước được cho hình thành từ lượng nước trữ lại trong mùa đông. Chảy tràn, nếu có, sẽ được thu thập và trữ cho việc tái sử dụng. Tổng số nitrogen trong nước thải là Cn = 20 mg/l. Lượng nitrogen tập trung cho thấm là Cp = 10 mg/l. Hệ số tổn thất do khử nitrit/bay hơi là 0,15. Số ngày không vận hành của hệ thống là 0. Giải: 1. Xác định lượng thấm theo tháng (Wp). Chọn giá trị thiết kế 4% của giá trị thấm nhỏ nhất, tốc độ thấm thiết kế theo tháng là: Wp = (0,35 in/h)(24 h/d)(0,04)(30 d/mo) = 10 in/mo 2. Xác định mức tải thủy lực dựa vào tính thấm của đất LW(P). Sử dụng phương trình (4-6), giá trị LW(P) sẽ bằng hiệu số giữa tổng lượng nước tổn thất (ET + Wp) và lượng mưa, trình bày theo bảng tính sau: Lượng nước tổn thất, in Tháng (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tổng năm ET (2) 0,7 1,5 3,1 3,9 5,2 6,5 7,0 6,5 4,4 3,9 1,5 0,8 45,0 Wp (3) 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 120,0 (ET+Wp) (4) = (2) + (3) 10,7 11,5 13,1 13,9 15,2 16,5 17,0 16,5 14,4 13,9 11,5 10,8 165,0 Lượng nước phải xử lý, in P (5) 2,3 2,3 2,1 1,6 0,4 0,2 0,1 0,0 0,2 0,6 1,0 2,2 13,0 Lw(p)= (ET + Wp) - P (6) = (4) - (5) 8,4 9,2 11,0 12,3 14,8 16,3 16,9 16,5 14,2 13,3 10,5 8,6 152,0 3. Xác định lượng nitrogen hấp thụ hàng năm, tra bảng 4.9, lấy: U = 400 lb/acre.yr 4. Xác định mức tải nitrogen hàng năm cho phép LW(N), dùng phương trình (4 -8): LW ( P ) = (10.mg / l )(13,0 − 45,0.in / yr ) + 4,4.(400.lb / acre. yr ) = 205,7 in/yr (1 − 0,15)(20.mg / l ) − (10.mg / l ) 5. So sánh 2 giá trị LW(P) và LW(N): b i vì LW(N) > LW(P) nên chọn mức tải thủy lực là (xem cột số 6 trong bảng tính): LW(P) = 152 in/yr làm giá trị thiết kế. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 73 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ghi chú: Nếu LW(N) nhỏ hơn LW(P) thì giá trị tháng của LW(N) sẽ được chọn và sẽ được so sánh tiếp với giá trị tháng tương ứng của LW(P). Nếu có giá trị nào nhỏ hơn sẽ làm trị số tải thủy lực thiết kế theo tháng. Các giá trị từng tháng sẽ được cộng lại để có mức tải thủy lực thiết kế theo năm. U Tính mức tải thủy lực dựa vào nhu cầu tưới (hệ thống lọc chậm loại 2) Nhu cầu nước tưới tối thiểu (R) của một vụ cây trồng trong một th i đoạn tính toán nào đó được xác định bằng lượng nước cần thiết (thể hiện bằng chiều dày lớp nước) để bù cho lượng nước mất đi do bốc thoát hơi cộng với các tổn thất do thấm, nước cho gieo hạt, kiểm soát khí hậu, phân bón hoặc hóa chất, ... Đối vùng đất khô hạn và gần biển, lượng thấm thư ng được yêu cầu nhằm hạn chế việc tập trung sự nhiễm mặn đến tầng rễ. Trong các trư ng hợp như vậy, lượng thấm thư ng xác định vào khoảng 10 - 25 % lượng nước tưới. R= Tổng quát: trong đó: R ET P LR ET − P 1 − ( LR / 100) (4-9) - nhu cầu tưới tối thiểu, mm hoặc in. - bốc thoát hơi vụ mùa, mm hoặc in. - lượng mưa, mm hoặc in. - lượng thấm, % Thực tế, hệ thống phân phối nước không thể tưới đồng đều cho cả cánh đồng và một số nước bị mất đi trong quá trình phân phối, do vậy lớp nước tưới thực (D) sẽ lớn hơn lớp nước tưới theo nhu cầu tối thiểu R. Lớp nước tưới thức được xác định theo: R D= , mm hoặc in (4-10) E u / 100 với Eu là hiệu suất tưới của hệ thống phân phối nước, tính bằng %. Giá trị của Eu có thể lấy theo bảng 4.9. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 74 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 4.9: Bảng tra hệ thống tưới và các điều kiện sử dụng Hệ thống phân Kiểu canh tác phù hợp và điều kiện sử dụng phối nước Cây trồng Địa hình Đất T i phun + Di chuyển bằng tay + Cây ăn trái, đồng cỏ, nho, rau màu thấp cây + Độ dốc dọc = 20% + Min IR= 0,1in/h WHC= 3,0 in + Có bánh xe lăn + Các loại cây trồng có chiều cao dưới 1 m + Độ dốc dọc = 15% + Min IR= 0,1in/h WHC= 3,0 in + Đặt cố định + Không hạn chế + Không hạn chế + Min IR=0,05 in/h + Bán cố định + Tất cả các loại hoa màu trừ cây vư n cao + Độ dốc dọc = 15% + Min IR= 0,3in/h WHC= 2,0 in + Súng phun di động + Đồng cỏ, ngũ cốc, cây màu, vư n rau + Độ dốc dọc = 15% + Min IR= 0,3in/h WHC= 6,0 in T i mặt + Biên hẹp đến 15 in. + Đồng cỏ, ngũ cốc, vư n nho + Độ dốc dọc = 7% Độ dốc ngang = 0,2% + Biên rộng đến 100 in. + Đồng cỏ, ngũ cốc, vư n cây ăn trái + Độ dốc dọc = 0,5 1,0% Độ dốc ngang = 0,2% + Min IR= 0,3in/h WHC = 6,0 in Chiều sâu phải đủ để thỏa độ dốc ngang + Min IR= 0,1in/h Min IR không hạn chế khi chiều dài tầng rãnh được điều chỉnh để lấy nước Chiều sâu phải đủ để thỏa độ dốc ngang + Tưới tràn b + Ngũ cốc, cây màu, lúa + Độ dốc dọc = bằng + Min IR= 0,3in/h Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT Nước Hiệu suất tưới + SL : Không hạn chế CL : Nước có TDS cao có thể gây cháy lá + SL : Không hạn chế CL : Nước có TDS cao có thể gây cháy lá + SL : Không hạn chế CL : Nước có TDS cao có thể gây cháy lá + SL : Cần dòng chảy lớn. CL : Nước có TDS cao có thể gây cháy lá + SL: 100 - 1000 gal/min-unit CL : Nước có TDS cao có thể gây cháy lá + SL : Cần dòng chảy trung bình. CL : cần dòng chảy lớn 70 - 80 % + SL: cần dòng chảy trung bình 65 - 85 % + SL: cần dòng chảy 75 - 90 % 70 - 80 % 70 - 80 % 70 - 80 % 70 - 80 % 65 - 85 % -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 75 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Hệ thống phân phối nước Cây trồng Kiểu canh tác phù hợp và điều kiện sử dụng Địa hình Đất Nước Hiệu suất tưới nước, cây ăn trái phẳng Độ dốc ngang = 0,2% WHC = 6,0 in Chiều sâu phải đủ để thỏa độ dốc ngang trung bình + Tưới dải (luống) + Rau, màu, cây ăn trái, vư n nho + Độ dốc dọc = 3% Độ dốc ngang = 10% (xói mòn mạnh) + Min IR= 0,1in/h Min IR không hạn chế khi chiều dài tầng rãnh được điều chỉnh để lấy nước Chiều sâu phải đủ để thỏa độ dốc ngang + SL: cần dòng chảy trung bình 70 - 85 % + Tưới theo đư ng đồng mức + Rau, màu, cây ăn trái, vư n nho + Độ dốc dọc = 8% (gợn sóng) Độ dốc ngang = 10% (xói mòn mạnh) + Min IR= 0,1in/h Max IR không hạn chế khi chiều dài tầng rãnh được điều chỉnh để lấy nước Không cày xới đất + SL: không hạn chế 70 - 85 % T + Vư n cây ăn trái, vư n nho, rau, vư n ươm cây + Không hạn chế + Min IR=0,02 in/h i nh giọt Ghi chú: Min IR = Minimum Infiltration Rate = Độ thấm tối thiểu của đất WHC = Water-Holding Capacity = Khả năng giữ nước của đất TDS = Total Dissolved Solids = Tổng các chất rắn không hòa tan trong nước 70 - 85 % 1 in = 25,4 mm 1 ft = 0,3048 m 1 gal = 3,7854 lít (Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995) Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 76 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 4.7: Xác định mức tải thủy lực thiết kế cho một hệ thống dùng nước thải để tưới, sử dụng các số liệu và giả thiết sau: 1. Một cánh đồng canh tác 2 vụ mùa trồng bắp và đậu. Trị số ET - P (tính theo in.) theo tháng được cho như bảng dưới : Tháng ET - P 1 -3,69 2 -2,59 3 -1,82 4 1,34 5 1,02 6 4,74 2. Lượng thấm là LR = 10% 3. Dùng hệ thống tưới phun từ ống dẫn đặt Cho hiệu suất tưới Eu = 80%. 7 8,56 8 6,68 9 2,05 10 1,06 11 -2,10 giữa đồng. Giải: Lập bảng tính để có kết quả như sau: Tháng Giá trị tính theo inches (in.) ET - P 100/(100 - LR) (100/Eu) (1) (2) (3) (4) 3,69 1 - 2,59 2 - 1,82 3 1.25 1.11 1,34 4 1.25 1.11 1.02 5 1.25 1.11 4.74 6 1.25 1.11 8.56 7 1.25 1.11 6.68 8 1.25 1.11 2.05 9 1.25 1.11 1.06 10 - 2.10 11 - 2.98 12 Tổng năm LW(R) (5)=(2)(3)(4) 1.86 1.42 6.58 11.89 9.28 2.85 1.47 35.35 Ghi chú: Giá trị tính toán của LW(R) cần phải được so sánh với mức tải thủy lực cho phép trên cơ s giới hạn LW(N) như trong ví dụ 4.1. Nếu LW(N) > LW(R) thì lượng nitrogen tập trung cho nước thải dùng để tưới phải được làm giảm thông các biện pháp tiền xử lý nhằm đạt giá trị LW(N) = LW(R), hoặc cần phải thêm lượng nước sạch vào lượng nước thải để có tổng lượng nước tưới yêu cầu. Trong thực tế, cần phải có khu trữ nước thải để có điều chỉnh về lượng khi lượng nước thải xả ra nhiều hơn lượng nước mà cây trồng cần. U Tính toán diện tích đất yêu cầu Tổng số diện tích đất cần thiết cho một hệ thống lọc chậm bao gồm diện tích canh tác, cộng thêm các diện tích phụ như đất cho công trình tiền xử lý, vùng đệm để ngăn cách an toàn khu cư dân, đư ng giao thông và các khu ao hồ trữ nước. Diện tích yêu cầu cho mức tải thủy lực thiết kế tính theo công thức sau: (Q. ft 3 / d )(365.d / yr ) + ∆V s . ft 3 / yr (4-11) Aw = ( Lw .in / yr )(1,0. ft / 12.in)(43.560. ft 2 / ac) trong đó: -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 77 12 -2,98 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Aw - diện tích thiết kế, acres Q - lưu lượng nước thải trung bình ngày, ft3/yr ∆Vs - thể tích khu trữ nước mưa tối thiểu để bù tổn thất do bốc hơi, thấm, ft3/yr Lw - mức tải thủy lực thiết kế Theo khuyến cáo, tổng diện tích đất cần thiết cho hệ thống lọc chậm dựa vào tính thấm của đất (hệ thống loại 1) vào khoảng 60 - 200 acres (# 24 - 80 ha) và nếu dựa vào nhu cầu tưới của cây trồng (hệ thống loại 2) trong khoảng 175 - 550 acres (# 70 - 220 ha) cho mức lưu lượng dòng chảy trung bình 1 Mgal/d (# 43,8126 l/s = 3,7854 m3/d.) Nếu Q tính bằng m3/d, ∆Vs tính bằng m3/yr, Lw tính bằng cm/yr thì Aw công thức (4-13) sẽ đươc tính bằng hectares b i : Aw = 40,6945.[(365.Q ) + ∆Vs ] Lw (ha) (4-12) (xem ví dụ 4.9) Nếu biết độ sâu đất cho phép nhận nước thải trong năm hay còn gọi là mức sử dụng an toàn (safe application rate) thì ta cũng có thể xác định diện tích đất cần thiết tương đối đơn giản như ví dụ 4.3. Ví dụ 4.8 : Xử lý nước thải qua đất cho 1 khu dân cư. Cho biết: 1. Dân số khu vực P = 5.000 ngư i 2. Mức sử dụng an toàn = 1,5 m/năm (độ sâu đất cho phép nhận nước thải/năm) 3. Mức xả nước thải = 150 l/ngư i.ngày 4. Lượng BOD5 đầu vào = 210 mg/l Tính diện tích cần thiết cho cánh đồng tưới, đồng th i xác định mức tải các chất hữu cơ. Giải: Tính diện tích tưới Mức xả nước thải toàn khu = 150 l/ngư i.ngày x 5.000 ngư i = 750.000 l/ngày Mức xả trong 1 năm = 750.000 x 10- 3 m3/ngày x 365 ngày/năm = 273.750 m3/năm Mức chấp nhận an toàn = 1,5 m/năm Diện tích đất cần thiết = Mức tải BOD 273.750 = 182.500 m2 = 182,5 ha 1,5 210 = = 1,15 mg/l.ha 182.5 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 78 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------U Tính thể tích khu trữ Khu trữ nước thải, như chỉ thị ví dụ 4.1 và 4.2, sẽ được yêu cầu xây dựng khi lương nước thải phải đổ ra lớn hơn mức tải thủy lực thiết kế. Để thiết kế thể tích khu chứa nước, cần lập bảng tính toán cân bằng nước theo tháng, như minh họa ví dụ 4.4. Thể tích khu trữ được tính ban đầu phải được điều chỉnh theo một biến thiên lượng mưa, bốc hơi, thấm của khu trữ ∆Vs trước và sau th i đoạn tính. Cho một hệ thống lọc chậm sử dụng cho cây trồng, lượng nước thải sử dụng bị khống chế theo th i đoạn tăng trư ng của cây trồng, khu trữ phải cân đối trong th i đoạn tính từ 1 - 3 tháng trong điều kiện khí hậu bình thư ng và khoảng 4 - 7 tháng cho các vùng đất có khí hậu lạnh phía bắc. Lượng nước tưới trong trư ng hợp trồng cỏ lưu niên hoặc các cây trồng 2 -3 vụ /năm có thể kéo dài th i gian tính toán. Trong các vùng có điều kiện tuyết phủ hay đông đá có thể rút ngắn th i gian cho đất trồng cỏ lưu niên hay đất rừng. Ví dụ 4.9: Tính toán thể tích khu trữ nước cần thiết cho một hệ thống lọc chậm bằng cách dùng phương trình cân bằng nước. Các số liệu và giả thiết cho trước: 1. Lưu lượng dòng chảy trung bình là 1 Mgal/ngày và hầu như không đổi theo tháng. 2. Mức tải thủy lực lấy theo ví dụ 4.1. 3. Giả thiết ∆Vs = 0 trong giai đoạn đầu tính toán. Giải: 1. Xác định diện tích đất yêu cầu, sử dụng công thức (4-13): Aw = (Q. ft 3 / d )(365.d / yr ) + ∆V s . ft 3 / yr ( Lw .in / yr )(1,0. ft / 12.in)(43.560. ft 2 / ac) Aw = (10 6 .gal / d )(0,134. ft 3 / gal )(365.d / yr ) + 0 = 88,5 acres (152.in / yr )(1,0. ft / 12.in)(43.560. ft 2 / ac) 2. Chuyển đổi mức tải thủy lực thiết kế theo tháng thành mức tải thủy lực thể tích tương đương (Vw), sử dụng phương trình sau: A (acres) × Lw (in / yr ) (4-13) V w (acre. ft / yr ) = w 12.in / ft Lấy kết quả tính Lw ví dụ 4.1, lập bảng tính toán như dưới. Trong bảng này nên kh i đầu tính toán với tháng bắt đầu mùa hè (hoặc cuối mùa mưa), là tháng bắt đầu mùa trồng cây màu. Trong ví dụ này lấy là tháng 11 của năm. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 79 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Tháng (1) 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tổng Mức tải thủy lực (Lw) (2) 10,5 8,6 8,4 9,2 11,0 12,3 14,8 16,3 16,9 16,5 14,2 13,3 152,0 Giá trị tính bằng acres-ft Chênh lệch Thể tích nước Mức tải thể về thể tích thải sử dụng tích nước thải (Qm) (Vw) (∆S) (3) = Aw.Lw/12 (4) (5) = (4) - (3) 16,0 93,4 77,4 30,0 93,4 63,4 31,4 93,4 62,0 25,6 93,4 67,8 12,4 93,4 81,0 2,7 93,4 90,7 - 15,8 93,4 109,2 - 26,8 93,4 120,2 - 31,2 93,4 124,6 - 28,3 93,4 121,7 - 11,1 93,4 104,5 - 4,7 93,4 98,1 1.120,8 1.120,8 Thể tích tích lũy (Σ ∆S) (6) 0,0 16,0 46,0 77,4 103,0 115,4 118,1 102,3 75,5 44,3 16,0 4,9 3. Dựa vào kết quả tính toán của bảng trên, trong cột (6) cho thấy giá trị tính toán thể tích lũy tích theo tháng lớn nhất là 118,1 acres-ft, xảy ra vào tháng 5. 4. Thể tích khu chứa thiết kế cuối cùng được xác định bằng cách lập lại các bước tính toán trước với giá trị chênh lệch thể tích nước năm ∆Vs trong phương trình (413) và chênh lệch thể tích nước theo tháng ∆Vs trong tính toán thay đổi thể tích nước theo tháng, (∆S = ∆Vs + Qm - Vw), nhằm tính sự thay đội lượng nước do mưa, bốc hơi và thấm. Để xác định (Vs, cần thiết phải xác định diện tích mặt ban đầu As của khu chứa nước, bằng cách xác định thể tích ban đầu và giả thiết chiều sâu nước. Sử dụng phương trình sau để tính ∆Vs: ∆Vs = (P - Epond - thấm)(As) (4-14) Với Epond là bốc hơi mặt thoáng của ao hồ. ============================================================== -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 80 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ch ơng Ü TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I --- oOo --5.1 NGUYÊN LÝ Khi tiến hành xây dựng một khu công nghiệp, khu liên hợp sản xuất, ngư i làm công tác qui hoạch và thiết kế công trình cần phải nghĩ đến việc xây dựng một hay nhiều tổ hợp công trình xử lý nước thải. Đây quả thực là một công việc rất khó khăn và tốn kém trong kỹ thuật môi trư ng do tính phức tạp và đa dạng của sự diễn biến về số lượng cũng như chất lượng nước thải khi kết hợp với tiêu chuẩn vệ sinh môi trư ng và tính kinh tế trong sản xuất. Tổ hợp công trình xử lý nước thải là một chuỗi liên hoàn các hạng mục công trình xử lý từng cấp nhằm giảm dần các chất muốn loại bỏ trong bản thân nước thải cho đến khi chúng đạt được các yêu cầu sạch cần thiết. Lượng nước sau khi đi qua tổ hợp công trình có thể được xả ra nguồn nước chung hoặc quay vòng một phần hoặc toàn thể lại nhà máy sản xuất (hình 5.1). Hình 5.1: Tổ hợp một công trình xử lý nước thải -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 81 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Trong việc quyết định xây dựng tổ hợp công trình, 3 nhân tố chính quan trọng được gọi là 3E, gồm Kỹ thuật (Engineering), Môi tr ờng (Environment) và Kinh t (Economic) cần phải hài hòa với nhau, mức độ thích hợp giữa các nhân tố này càng lớn thì công trình càng đạt chất lượng cao như mô phỏng sau: Hình 5.1: Quan hệ 3E Màu đậm nhất trong hình 5.1 cho thấy mức độ hiệu quả của các 3 nhân tố, màu nhạt hơn chỉ mức giao nhau giữa 2 nhân tố. Tuy nhiên, đây chỉ là một cách đánh giá có tính cảm quan dựa vào 3 nhân tố chính, việc quyết định công trình còn phụ thuộc vào các nhân tố phụ như chính sách của nhà nước, trình độ xã hội, luật lệ, ... Chưong này không đi sâu vào việc phân tích kinh tế - xã hội của công trình. Khi khảo sát thiết kế một tổ hợp công trình, tiến trình xem xét theo sơ đồ sau: Hình 5.3 : Các bước thiết kế công trình xử lý nước thải Trong các bước trình bày trong sơ đồ, việc chọn lựa qui trình xử lý để thiết kế công trình mang tính chất quyết định quan trọng. Một công trình được thiết kế, xây dựng và vận hành hiệu quả phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như kỹ năng của kỹ sư thiết kế, chiến lược của nhà quản lý, khả năng đầu tư xây dựng công trình và trang bị các thiết bị máy móc, chât lượng thi công và lắp đặt máy móc và chi phí xây dựng và vận hành bảo dưỡng ... -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 82 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------5.2 CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ 5.2.1 Số li u thi t k Dựa vào các số liệu điều tra về số lượng và hàm lượng nước thải gây ô nhiễm và tiêu chuẩn làm sạch, các tính toán sau phải được xác định: U T i l ợng thi t k (kg BOD5/ngày) Được xác định trên cơ s đo đạc lượng nước thải trong 24 gi của ngày trong tuần có lượng thải cao nhất. Lưu ý lượng thiết kế phải tính đến lượng nước mưa và lượng thấm từ các nơi khác đổ về công trình. Trư ng hợp thiếu số liệu có thể lấy lưu lượng của hệ thống thoát nước cũ rồi tăng thêm 25% làm số liệu thiết kế (theo Hammer M.J., Water and Watsewater Technology, New York, 1977) U Chất l ợng dòng th i Chất lượng dòng thải thư ng được cơ quan quản lý môi trư ng ban hành qui định. Theo đó, các nhà máy phải có hệ thống xử lý nước thải nhằm làm sạch nước mức cho phép tối thiểu trước khi tái sử dụng hoặc đổ ra nguồn nước khác. Các qui định này phải có ít nhất các chỉ tiêu thông số BOD, TS, SS, vi sinh và độ pH. Ngoài ra, tùy theo yêu cầu có thể có thêm COD, dầu mỡ, độ kiềm, photphat, nitơ, surphua, axit, khí độc, các kim loại nặng và tổng carbon, ... U Cân bằng chất rắn Tuỳ yêu cầu xử lý mà ta có sơ đồ công nghệ xử lý. Cân bằng chất rắn nhằm xác định kích thước các bể chứa tạm th i, các bể tích bùn cặn và kích thước các ống dẫn, kênh dẫn và máy bơm bùn. Cần thiết phải có số liệu đo đạc về lượng chất rắn trong nước thải lớn nhất trong ngày và tải lượng trung bình các chất hữu cơ. 5.2.2 Sơ đ h thống công trình Nhằm phát họa tiến trình xử lý và xác định sơ bộ các kính thước khoảng cách cần thiết đảm bảo an toàn vệ sinh và diện tích xây dựng. Lưu ý diện tích hệ thống bao gồm cả công trình chính (bể chứa, bể xử lý, bể lọc, ...) và các công trình phụ trợ khác (kho bãi, đư ng giao thông, điện, nước, ...). Ngoài ra, các thông tin liên quan đến diện tích khu đệm và hướng gió thịnh hành cũng cần đưa vào sơ đồ hệ thống. Bảng 5.1: Khoảng cách vệ sinh từ công trình đến khu nhà (mét) Loại công trình Qui mô công trình (x 1.000 m3/ngày đêm) Xử lý cơ học có sân phơi bùn Xử lý sinh học nhân tạo có sân phơi bùn Bãi lọc Cánh đồng tưới Hồ sinh học MOT (Mương Oxy hóa Tuần hoàn) Aeroten kéo dài th i gian làm thoáng Trạm bơm ≤ 0,2 150 150 200 150 200 150 70 15 0,2 - 5 400 200 200 200 200 200 100 20 5 - 50 400 400 500 400 20 ≥ 50 500 500 1.000 1.000 30 (Nguồn: I. Gruhler, Công trình làm sạch nước thải loại nhỏ, 1980) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 83 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Bảng 5.2: Diện tích cần thiết để xây dựng công trình xử lý Diện tích (ha) Lưu lượng nước thải 3 (m /ngày đêm) Xử lý cơ học Xử lý sinh học nhân tạo 1,3 - 1,0 0,7 - 0,5 5.000 2,0 - 1,5 1,2 - 0,8 10.000 2,5 - 2,0 1,5 - 1,0 15.000 3,0 - 2,3 1,8 - 1,2 20.000 4,3 - 3,5 2,5 - 1,6 30.000 6,0 - 4,5 3,2 - 2,0 40.000 (Nguồn: I. Gruhler, Công trình làm sạch nước thải loại nhỏ, 1980) Hình 5.3: Sơ đồ phân khối xử lý nước thải -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 84 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------5.2.3 Chọn ph ơng án x lý Tùy theo qui mô của lượng nước thải, tích chất của nước thải, điều kiện kinh tế kỹ thuật và yêu cầu vệ sinh của cơ quan chức năng ta sẽ quyêt định chọn phương án xử lý. Ta có thể chọn phương pháp xử lý theo mức độ xử lý (xem bảng 5.3) và theo khối lượng nước thải (xem bảng 5.4). Bảng 5.3: Lựa chọn phương pháp xử lý theo mức độ chất lượng (mg/l) Phương pháp xử lý Mức độ xử lý Mức độ xử lý theo COD theo BOD + Phương pháp xử lý cơ học > 80 25 - 80 + Phương pháp xử lý sinh học từng phần 25 - 80 15 - 25 + Phương pháp xử lý sinh học toàn phần 15 - 25 < 15 + Phương pháp xử lý sinh học triệt để (xử lý < 15 thêm trên hồ sinh học, bể lọc cát, ...) Bảng 5.4: Lựa chọn công trình đơn vị trong dây chuyền xử lý nước thải Công suất trạm xử lý (m3/ngày) Hạng mục công trình Dưới 50 Đến 300 Đến 5.000 Đến 10.000 Đến 30.000 Đến 50.000 Hơn 50.000 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - + + + + + - + + + + + + - + + + + + + + + + + + + + + Phương pháp xử lý cơ học + Song chắn rác + Bể lắng cát đứng + Bể lắng cát ngang + Bể lắng cát nước chảy vòng + Bể lắng 2 vỏ + Bể lắng đứng + Bể lắng ngang + Bể lắng tròn + Bể Metanten + Sân phơi bùn + Bể lọc chân không + Bể lọc ly tâm + Trạm khử trùng Phương pháp xử lý sinh học + Bãi lọc ngầm + Cánh đồng tưới + Bãi lọc chậm + Bể Biôphin cao tải + Bể Biôphin thư ng + Hồ sinh học + Bể hiếu khí (aeroten) + Bể nén bùn Chú thích: Dấu cộng (+): kiến nghị sử dụng Dấu trừ (-): kiến nghị không nên sử dụng Nguồn : Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, 1996 Lưu ý: Trư ng hợp lưu lượng nước thải nhỏ hơn 5.000 m3/ngày nhưng lượng BOD5 cao thì vẫn nên sử dụng bể mêtaten. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 85 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------5.3 VÍ DỤ THIẾT KẾ MẠNG L ỚI N ỚC TH I ĐÔ THỊ VÀ KỸ NGHỆ Nước thải của một khu đô thị được tập hợp qua một chuỗi các đư ng ống ngầm bằng bê tông cốt thép. Đư ng ống được chôn dưới mặt đư ng khoảng 1 - 3 m sâu (tùy thuộc vào gradient thủy lực). Nhánh đư ng ống có kích thước thực tế nhỏ nhất, đư ng kính 0,15 m, nằm chót đầu hệ thống nối liền với nhóm các hộ gia đình. Tùy thuộc vào số cụm gia đình (hoặc cụm cơ xư ng) mà kích thước của ống dẫn nối tiếp sẽ gia tăng dần, có thể lên đến vài mét (2 - 3 m) khi chảy đến chỗ ra của hệ thống. thành phố Boston (Hoa kỳ) đư ng ống nhà máy xử lý nước thải lên đến 8,3 m đư ng kính khi đổ ra biển. Kích thước và độ sâu đư ng ống nằm dưới mặt đư ng, tùy thuộc vào địa chất và địa hình rất nhiều. Trong thiết kế mạng nước thải, một số chỉ tiêu sau thư ng được đề nghị: 1. Vận tốc dòng chảy trong ống nhỏ nhất là Vmin ≥ 0,75 m/s. 2. Vận tốc dòng chảy trong ống lớn nhất để chống bào xói là Vmax ≤ 3,5 m/s 3. Trong thiết kế mạng nước thải, dùng lưu lượng dòng chảy (5-1) QF = 3 DWF (với mức thải 700 l/ngư i/ngày) để tính lưu lượng và thấm lớn nhất theo tỉ lệ nước mưa/nước ngầm chảy đến đư ng ống. Trong đó, DWF (Dry Weather Flow) là dòng chảy trong điều kiện th i tiết mùa khô. Theo kinh nghiệm tại Anh quốc, DWF có thể lấy vào khoảng 225 l/ngư i/ngày. 4. Lượng nước đến mạng đư ng ống: Qc = 3 DWF + I + E (5-2) với I là lượng thấm (do mưa chảy tràn) và E là lượng nước xả từ khu kỹ nghệ. 5. Giá trị E tùy thuộc vào tính chất sản xuất của khu kỹ nghệ, trư ng hợp không có số liệu đo đạc chính xác, có thể lấy theo bảng 5.5: Bảng 5.5 : Mức thải ước lượng từ các khu kỹ nghệ Qui mô sản xuất Không/Có hệ thống tái sử dụng và trữ nước thải ? kỹ nghệ Không Có 0,5 l/s trên mỗi ha 2 l/s trên mỗi ha Kỹ nghệ nhẹ 1,5 l/s trên mỗi ha 4 l/s trên mỗi ha Kỹ nghệ trung bình 2,0 l/s trên mỗi ha 8 l/s trên mỗi ha Kỹ nghệ nặng 6. Nếu tính theo số nhà trong một cụm, lượng nước thải sinh hoạt cho mỗi nhà (tính trung bình mỗi nhà là 1 gia đình có 4 ngư i): Q mỗi nhà = 4 x 0,225 = 0,9 m3/ngày/nhà. Lưu ý: các số liệu nêu trên có thể tham khảo từ các tài liệu hướng dẫn tính toán thiết kế theo từng quốc gia hoặc khu vực. Để dễ hàng hiểu được các bước thiết kế mạng đư ng ống nước thải, ta có thể theo các bước của ví dụ sau. Thật ra, hiện nay có các phần mềm máy tính có thể giúp ta xử lý bài toán nước thải kết hợp việc xả nước mưa. Ví dụ dưới đây là một trư ng hợp tham khảo Brassil (bài toán của năm 1978) và được giải theo phương pháp của Viện Nghiên cứu Thủy lực tại Wallingford, Anh quốc (1981). -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 86 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 5.1: Hình 5.4 : Mạng nước thải cho ví dụ 5.1 (Brassil, 1981) Xem xét một mạng đư ng ống nước thải được bố trí như hình 5.4, trong đó có 7 cụm ngôi nhà và các cơ xư ng kỹ nghệ . Trong cụm 1 có 200 ngôi nhà và 0,3 cơ xư ng kỹ nghệ nhẹ, đư ng ống trong này là ống đơn dài 120 m với gradient thủy lực là 1/180. Sáu cụm khác cũng được xây dựng phía hạ lưu cụm 1 với các chi tiết nhà, xư ng, đư ng ống, giadient ghi trong hình vẽ. Yêu cầu thiết kế các đư ng ống dẫn thỏa yêu cầu của việc xây dựng mạng thoạt nước thải. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 87 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Sử dụng phương trình Colebrook - White để tính toán vận tốc trong mỗi đư ng ống:   k 2,5lν  (5-3) V = −2 2.g.D.S f log10  s +  3,7 D D 2.g .D.S f    trong đó D - đư ng kính ống, m Sf - gradient thủy lực, m/m ks - chiều cao của g nhám, m. đây lấy ks = 0,3 mm cho ống bêtông. ν - độ nhớt động lực của chất lỏng = 1,003 x 10-6 m2/s tại 20°C Giải: Thiết lập bảng tính toán gồm 17 cột tính như phần dưới, trong đó Cột (1) : Định số cụm phân bố Cột (2) : Định số cụm phân bố trước đó Cột (3) : Định số tổng cụm phân bố (cộng dồn) Cột (4) : Định số lưu lượng từ thượng lưu (l/s) Cột (5) : Định số ngôi nhà cho mỗi cụm (cái) Cột (6) : Định lượng nước thải từ các ngôi nhà (l/s) Cột (7) : Định diện tích khu kỹ nghệ cho mỗi cụm (ha) Cột (8) : Định loại kỹ nghệ cho mỗi cụm (nhẹ/ trung bình /nặng) Cột (9) : Định lưu lượng đơn vị nước thải từ khu kỹ nghệ mỗi cụm (l/s/ha) Cột (10) : Định lưu lượng cho nước thải kỹ nghệ, (10) = (7) x (9) Cột (11) : Định số tổng lưu lượng từ các nhà và khu kỹ nghệ, (11) = (6)+(10) Cột (12) : Giá trị tổng dòng chảy từ cột (11) cộng dồn từ thượng lưu Cột (13) : Giá trị gradient đư ng ống Cột (14) : Giả định kích thước đư ng kính ống dẫn Cột (15)-(16) : Vận tốc và lưu lượng tính theo phương trình Colebrook - White : Nếu kích thước đư ng kính không thỏa sẽ giả định kích thước lại Cột (17) : Ghi chú So sánh lưu lượng dòng chảy tính cột (12) với lưu lượng thức cột (16) xem có tương xứng hay không. Nếu không, kính thước đư ng ống phải gia tăng, v.v... -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 88 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Cụm (1) Cụm trước Tổng cụm (2) Lưu lượng trưóc (l/s) (3) (4) Số ngôi nhà (5) Lưu lượng (l/s) (6) Diện tích khu kỹ nghệ (ha) Loại kỹ nghệ (7) Lưu lượng đơn vị l/s/ ha (8) (9) Lưu lượng nước thải kỹ nghệ (10) Tổng lưu lượng cụm (l/s) (11) Tổng dòng chảy nút (l/s) (12) Gradi ent thủy lực (13) 1 2 3 4 1 1-2 1-2 1-3 1 - 200 12.5 * 0.3 Nhẹ 2 0.6 ** 13.1 13.1 1/180 1-2 1-2 1-3 13.1 32.6 32.6 280 17.5 0.5 TBình 4 2.0 19.5 140 8.75 1.1 Nặng 8 8.8 17.6 32.6 32.6 50.2 1/180 1/120 1/200 1-4 50.2 200 12.5 1.8 Nặng 8 14.4 26.9 77.1 5 6 1-6 7 1-5 1-6 5 - 110 6.975 0.9 Nhẹ 2 1.8 8.8 8.8 1/250 6 - 160 10.0 2.3 TBình 4 9.2 19.2 1-7 105.1 350 21.9 2.1 Nặng 8 16.8 38.7 19.2 105.1 38.7 1/238 1/100 1/53 Kích thước ống (mm) (14) Vận tốc trong ống (m/s) (15) Lưu lượng trong ống (m/s) Ghi chú (16) (17) 150 225 225 225 225 300 0.81 1.06 0.96 1.16 1.01 1.21 14.9 43.6 39.3 47.8 41.3 88.2 tăng 150 225 225 300 300 0.7 0.9 0.92 1.72 2.38 12.6 36.8 37.8 125.0 174.0 tăng đạt đạt tăng đạt tăng đạt đạt Ghi chú:: * Cho việc sử dụng dân dụng: 4 ngư i/ngôi nhà với mức sử dụng 225 l/ngư i/ngày. Mức thải max trong mùa = 6 DWF, Q = 0,0625 l/s/hộ ** Mức thải max từ các khu kỹ nghệ = 6 DWF trung bình (theo số liệu của Brassil, 1981) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 89 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------5.4 QU N LÝ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC TH I 5.4.1 Nguyên tắc chung Một công trình hoạt động có hiệu quả phải thưc hiện tốt trong tất cả các khâu từ bước khảo sát, thiết kế, đến xây dựng và vận hành. Trong thiết kế cần phải nghĩ đến các hạng mục công trình hỗ trợ cho việc quản lý vận hành lâu dài về sau, bao gồm các công trình đo đạc, công trình làm sạch, công trình bảo dưỡng, ... Khi đã tạo thuận lợi cho công việc quản lý thì công trình càng hoạt động thuận lợi và đảm bảo tuổi thọ lâu dài. Khi đưa công trình vào hoạt động phải có đủ các hồ sơ sau: • • • • • • Hồ sơ thiết kế chi tiết công trình bao gồm các thuyết minh và bản vẽ. Hồ sơ kỹ thuật các dụng cụ, thiết bị máy, thiết bị điện trong hệ thống. Các văn bản nghiệm thu từng hạng mục công trình như biên bản thử nghiệm của tổ giám định xây dựng và môi trư ng. Các giấy phép của ban giám sát nguồn nước và môi trư ng, biên bản thỏa thuận các ban chuyên môn về bảo hộ lao động và kỹ thuật an toàn, phòng cháy chữa cháy. Sổ ghi chép và các văn bản báo cáo liên quan đến công trình. Qui trình vận hành và bảo dưỡng định kỳ công trình. 5.4.2 Công tác đo l ờng Đo lư ng nhằm xác định các chỉ số hoạt động của hệ thống. Kết quả đo lư ng còn dùng để kiểm định thiết kế và hiệu chỉnh các thông số máy móc thiết bị. Tùy theo tính chất của công trình mà bố trí các thiết bị đo thích hợp, ví dụ công trình làm sạch nước thải sinh hoạt cần đo lưu lượng nước thải, thiết bị lấy mẫu nước xác định cặn lắng và nhu cầu oxy sinh học BOD5. Đối với các hệ thống có lượng nước vào và ra dưới 10 l/s, có thể dùng đập tràn thành mỏng hình chữ nhật hoặc tam giác đặt trong 1 máng h . Trư ng hợp đập tràn hình tam giác, mép tràn mỏng và sắc nhọn, góc cắt là 90°, thì lưu lượng nước thải tính theo công thức: Q = 0,0146.h 2 / 3 với h là cột nước (l/s) (5-4) phía thương lưu (cm), đo vào khoảng 4 lần chiều cao đập tràn. Hình 5.5: Cửa tràn đo lưu lượng nước thải (Q < 10 l/s) Trư ng hợp Q > 10 l/s thì có thể dùng máng Venturi. Nếu kênh dẫn co hình dạng không đồng nhất thì một mặt cắt tương đối ổn định nào đó ta có thể bố trí đo lưu lượng bằng lưu tốc kế. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 90 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Mẫu nước có thể lấy đơn giản bằng chai thủy tinh có nút đậy, khi đưa chai xuống một độ sâu nào đó rồi rút nhanh nút đậy lại để nước tràn vào trong chai, xong nhanh chóng rút lai lên, đậy kín, ghi nhãn dán ngoài chai, nhãn phải ghi rõ tên mẫu, địa điểm lấy mẫu, độ sâu, ngày gi và ngư i lấy mẫu. Mẫu nước được trữ trong thùng nước đá và chuyển đến phòng phân tích chất lượng nước càng sớm càng tốt. (Nên tham khảo thêm các tài liệu hướng dẫn thu và phân tích mẫu để chuyên ch mẫu về phòng thí nghiệm trước th i gian qui định.) Để xác định cặn lắng trong nước, ngư i ta dùng một dụng cụ để lấy mẫu là loại gàu hình trụ có dung tích từ 1 - 2 lít làm bằng inox. Lấy mẫu nước vùng tiếp khí (acrôten) chỗ khuấy trộn tương đối đồng đều nhất. Khi không có phểu Imhoff để xác định cặn lắng, ta có thể dùng ống thủy tinh có chia vạch. Rót 1 lít mẫu nước vào ống thủy tinh có chia vạch. Để yên khoảng 30 phút vào ghi lại kết quả lượng cặn lắng. 5.4.3 Công tác qu n lý Các dụng cụ lấy mẫu phải sạch và có ít nhất 2 cái mỗi loại để dự phòng. Nhân viên lấy mẫu và vận hành trạm phải được trang bị các dụng cụ, áo quần bảo hộ, găng tay, khẩu trang ... để tránh nhiễm độc, nhiễm khuẩn do vi trùng và các độc chất hiện hữu trong nước thải. Trạm xử lý phải có tủ thuốc cấp cứu y tế, bình chữa cháy, nhà vệ sinh, nơi rửa tay cho nhân viên. Từng hạng mục công trình phải giữ sạch sẽ, chống bong sét, hư hỏng, phải có nơi cấp xếp dụng cụ, các lối đi lại phải dẫy có và dọn rác. Các tủ điều khiển máy móc, tủ điện phải có bảng chỉ dẫn và cảnh báo nguy hiểm. Không cho trẻ em và gia súc vào khu vực trạm xử lý. Để quản lý tốt trạm xử lý nước thải, cần có: • • • • • • • Chỉ dẫn chung. Sơ đồ phòng làm việc, phòng điều khiển thiết bị, phòng thí nghiệm, hạng mục công trình, đư ng đi, vị trí các cửa ra vào, cầu thang, chiếu sáng. Các thiết bị đo lư ng điện, máy nổ và kiểm soát các đư ng ống, bể chứa, kênh dẫn, cửa van, ... Qui trình vận hành, thao tác và theo dõi. Sổ nhật ký hoạt động. Lịch bảo dưỡng máy móc và thiết bị. Kế hoạch sơ cứu và dự phòng việc xử lý tai nạn. ============================================================== -------------------------------------------------------------------------------------------------------------Chương 5: TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 91 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------B NG QUI ĐỔI Đ N V U . S . units acre/(Mgal/d) Btu Btu/lb Btu/ft2 . 0F . h bu/acre . yr ft/ h ft/min ft2/capital ft3/capital ft3/gal ft3/ft . min ft3/lb ft3/Mgal Ft2/Mgal . d ft3/ ft2 . h ft3/ 103 gal . min ft3/min ft3/s ft3/ 103 ft3 . min gal gal/acre . d gal /ft . d gal/ft2 . d gal/ft2 . d gal/ft2 . d gal/ft2 . d gal/ft2 . min gal/ft2 . min gal/ft2 . min gal/min . ft hp/103 gal hp/103 ft3 in in Hg (600F) lb lb/acre lb/103 gal lb/hp . h lb/Mgal lb/Mgal lb/ft2 lb/in2 (gage) lb/ft3 . h lb/103 ft3 . d lb/ton Mgal/acre . d Mgal/d Mgal/d min/in tons/acre × → 0.1069 1.0551 2.3241 5.6735 2.4711 0.3048 18.2880 0.0929 0.0283 7.4805 0.0929 0.0624 7.04805.10-3 407.4611 0.3048 7.04805. 10-3 1.6990 2.8317.10-2 0.001 3.7854 0.0094 0.0124 0.0407 0.0017 0.0283 40.7458 2.4448 40.7458 58.6740 12.4193 0.1970 26.3342 25.4 3.3768 0.4536 1.1209 0.1198 0.6083 0.1198 1.1983.10-4 4.8824 6.8948 16.0185 0.0160 0.5000 0.9354 3.7854.103 4.3813.10-2 3.9370 2.2417 ← × 9.3536 0.9478 0.4303 0.1763 0.4047 3.2808 0.0547 10.7639 35.3147 0.1337 10.7639 16.0185 133.6805 0.0025 3.2808 133.6805 0.5886 35.3145 1,000.0 0.2642 106.9064 80.5196 24.5424 589.0173 35.3420 2.4542. 10-2 0.4090 0.0245 0.0170 8.052.10-2 5.0763 0.0380 3.9370.10-2 0.2961 2.2046 0.8922 8.3452 1.6440 8.3454 8345.4 0.2048 0.1450 0.0624 62.4280 2.0000 1.0691 0.264.10-3 22.8245 0.2540 0.4461 SI units ha/(103m3/d) kJ kJ/kg W/m2 . 0C bu/ha . yr m/h m/h m2/capital m3/capital m3/ m3 m3/ m . min m3/kg m3/103 m3 m2/103 m3 . d m3/ m2 . h m3/ m3 . min m3/h m3/s m3/ m3 . min L m3/ha .d m3/m . d m3/m2 . d m3/ m2. h L/ m2 . min L/ m2 . d m/h L/ m2 . min m3/ m2. d L/min . m kW/ m3 kW/ 103 m3 mm kPa Hg (600F) kg kg/ha kg/m3 kg/kW . h g/ m3 kg/m3 kg/m2 kPa (gage) kg/m3 . h kg/m3 . d kg/tonne m3/ m2 . d m3/d m3/s min/102 mm Mg/ha -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- PHỤ LỤC BỘ XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG QUI PHẠM KỸ THUẬT AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG VẬN HÀNH KHAI THÁC CÁC HỆ THỐNG CẤP THOÁT N ỚC QPXD 66 - 77 (Có hi u lực t ngày 1 - 1 - 1978) --- oOo --... trích ... 4. CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ N ỚC Trạm xử lý nước sạch 4.1 Tất cả các công trình xử lý nước (bể trộn, bể lắng, bể lọc, v.v...) phải có lan can cao 0,8 m bao quanh. 4.2 Khi dự trữ hóa chất và sử dụng hóa chất phải có hướng dẫn cụ thể riêng do cơ quan quản lý cấp trên xét duyệt. 4.3 Những máy dùng để bốc xếp hoặc trộn hóa chất phải có chứng từ kỹ thuật bảo đảm an toàn khi vận hành. 4.4 Công nhân bốc xếp, vận chuyển nghiền và pha hóa chất phải mặt quần áo lao động, đeo kính bảo hiểm, khẩu trang, găng tay và đi ủng cao su. sau khi làm xong phải được tắm rửa sạch. 4.5 Kho chứa, nghiền và rây than hoạt tính, buồng pha dung dịch hóa chất phải có quạt thông gió. Tùy theo loại hóa chất, có thể lắp thêm bộ phận lọc vào vào quạt thông gió để bảo đảm không khí thải ra ngoài đạt tiêu chuẩn cho phép. 4.6 Trong kho chứa và nơi sử dụng hóa chất dễ cháy nổ, các thiết bị phải bảo đảm an toàn theo quy định để tránh gây ra cháy nổ. Cấm làm các công việc có thể phát sinh ra tia lửa. Phải có biển "cấm lửa" treo nơi dễ nhìn. 4.7 Các thùng chứa dung dịch clorua vôi phải làm bằng vật liệu không bị clo ăn mòn (chum vại sành, bê tông cốt thép lát gạch men, v.v...) có nắp đậy kín và có bộ phận khuấy trộn chịu a xít. 4.8 Kho bảo quản clorua vôi phải đặt khu vực cuối hướng gió chủ đạo, cách ly với cách công trình khác, tránh ẩm ướt, có ánh sáng mặt tr i rọi vào. Cứa sổ kho phải lồng kính sơn trắng. 4.9 Kho phải làm bằng vật liệu không cháy và không dẫn nhiệt, ít nhất phải có hai cửa trựt tiếp m ra ngoài. 4.10 Bể hoặc giếng h chứa hóa chất phải có lan can cố định cao 0,8 m bao quanh. Chỉ được vào bể hoặc giếng khi trong đó không chứa hoá chất và đã thau rửa sạch. 4.11 Khi kiểm tra, cọ rửa hoặc sửa chữa bể lắng, bể lọc, bể chứa phải mang dây an toàn và buốc vào nơi chắc chắn. Sau khi có ngư i vào phải khử trùng bể bằng clorua vôi. 4.12 Việc sơ cứu khi bị tai nạn do hóa chất gây ra và việc phòng cháy và chữa cháy trong phòng thí nghiệm hóa phân tích nước xem hướng dẫn phụ lục 1 của qui phạm này. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Trạm làm sạch nước bẩn 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.30 4.31 4.32 4.33 Khi lấy mẫu nước bẩn để phân tích phải đeo găng tay bằng cao su. Khi sử dụng clo theo qui định chương 8, còn khi sử dụng các hóa chất khác theo qui định các điều từ 4.4 đến 4.10. Nếu các công trình xử lý nằm trong nhà kín phải bảo đảm thông gió. Cấm cọ rửa lưới chắn rác bằng tay mà phải dùng các dụng cụ chuyên dùng. Cấm kiểm tra và sửa chữa những bộ phận quay của lưới chắn rác khi lưới đang chuyển động. Khi lưới chắn rác độ sâu quá 1,2 m phải có sàn phụ để cọ rửa và lan can cao 0,8 m bao quanh. Rác lưới chắn rác phải được nhanh chóng thu vào bể riêng và được khử trùng bằng clorua vôi. Cặn lấy bể lắng cát ra trong trư ng hợp không ch đến sân phơi cát thì phải rắc lên một lớp vôi bột hoặc clorua vôi. Cấm sử dụng cát lấy bể lắng cát ra để san lấp nền hoặc dùng trong xây dựng. Cấm dùng những dụng cụ tùy tiện như que gậy v.v... để gạt vật nổi, dầu mỡ v.v... mà phải dùng thiết bị chuyên dùng. Trong và chung quanh khu vực bể mê tan chỉ được sử dụng các thiết bị và dụng cụ điện chuyên dùng cho các môi trư ng dễ cháy nổ. mỗi bể mê tan phải lắp một áp kế để kiểm tra áp suất khí. Áp kế phải niêm chì. Khi áp suất khí trong hệ thống khí của bể mê tan tăng quá giới hạn cho phép hoặc khi có sự cố phải xả khí theo đư ng ống riêng cách xa khu vực bể và các công trình kiến trúc khác tối thiểu 200 m. Khí xả ra được đốt đầu ống, khi đối phải có biện pháp an toàn theo qui định của cơ quan phòng cháy và chữa cháy và cơ quan kiểm tra vệ sinh, đồng th i phải có phương án xử lý sự cố. khu vực có bể chứa khí mê tan không được đốt lứa, hút thuốc và mọi hoạt động khác có thể phát sinh tia lửa. Phải có biển "cấm lửa". Cấm dùng những dụng cụ có thể phát sinh tia lửa để sửa chữa đư ng ống dẫn khí và bể chứa khí mê tan. Trong trư ng hợp cần sửa chữa mà không có dụng cụ an toàn thì phải co biện pháp làm sạch khí mê tan trong đư ng ống và bể. Để tránh gây nổ và ngộ độc, công nhân làm việc trạm khí phải thư ng xuyên kiểm tra mạng lưới và các thiết bị dẫn khí, phải có đầy đủ dụng cụ phòng cháy và chữa cháy trong tình trạng sẵn sàng. 4.29 Khi kiểm tra đư ng ống dẫn khí và bể chứa khí mê tan, cấm dùng đèn có ngọn lửa h , phải dùng đèn điện cầm tay điện áp không quá 12 vôn. Khi một thiết bị đặc trong bể bị hỏng, chỉ được phép sửa chữa thiết bị đó sau khi đã lấy ra ngoài bể. Tất cả công nhân làm việc các công trình làm sạch nước bẩn phải mặt quần áo bảo hộ lao động và mang các dụng cụ bảo hiểm cần thiết để tránh những ảnh hư ng xấu đến sức khoẻ. Phải có đầy đủ nưóc tắm và xà phòng cho công nhân làm việc các trạm làm sạch nưóc bẩn. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------Kh trùng n 4.34 4.35 4.36 4.37 4.38 c Khử trùng nước cấp và nưóc bẩn sinh hoạt đều phải theo đúng tiêu chuẩn vệ sinh qui định trong "Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước, thoát nước đô thị". Khi dùng clo để khử trùng phải tuân theo các qui định chương 8 của quy phạm này. Quá trình amôni hóa nước phải tiến hành độc lập và theo các yêu cầu sau: a) Phải bảo đảm thông gió tốt. b) Các thiết bị điện và thông gió phải được bảo đảm an toàn không gây nổ. c) Không khí nhiễm bẩn phải được hút từ trên xuống. d) Cấm dùng quạt thông gió chung cho cả hai buồng clo hóa và amoni hóa. Khi vận chuyển, bảo quản và sử dụng amôniac phải tuân theo các quy định trong "Quy phạm kỹ thuật an toàn các bình chịu áp lực". Công nhân vận hành các máy amôni hóa phải có đầy đủ trang bị phòng hộ theo chế độ hiện hành. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- GIÁ TRỊ GIỚI HẠN CÁC THÔNG SỐ VÀ N NG ĐỘ CHẤT Ô NHI M (TCVN 5945 - 1995) STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Thông số Nhiệt độ pH BOD5 COD Chất rắn lơ lửng Arsen Cadimi Chì Clo dư Crom (V) Crom (II) Dầu mỡ khoáng Dầu mỡ thực vật Đồng Kẽm Mangan Niken Photpho hữu cơ Photpho tổng Sắt Tetracloetylen Thiếc Thủy ngân Tổng nitơ Tricloetylen Amoniac Florua Phenol Sunfua Xyanua Coliform Tổng hoạt độ phóng xạ α Tổng hoạt độ phóng xạ β Đơn v 0 C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100ml Bq/l Bq/l Giá tr gi i h n A B C 45 40 40 5-9 5.5 - 9 6-9 100 50 < 20 400 100 50 400 100 50 0.5 0.1 0.05 0.5 0.02 0.01 1 0.2 0.1 2 2 1 0.5 0.1 0.05 2 1 0.2 5 1 KPHĐ 30 10 5 5 1 0.2 5 2 1 5 1 0.2 2 1 0.2 1 0.5 0.2 8 6 4 10 5 4 0.1 0.1 0.02 5 1 0.2 0.01 0.005 0.005 60 60 30 0.3 0.3 0.05 10 1 0.1 5 2 1 1 0.05 0.001 1 0.5 0.2 0.2 0.1 0.05 10000 5000 0.1 0.1 1 1 Ghi chú KPHĐ: Không phát hiện được A: Xả vào khu vực nước được dùng làm nguồn cung cấp nước sinh hoạt. B: Xả vào nước dùng cho giao thông thủy, tưới tiêu, tắm. C: Xả vào cống thành phố hoặc những nơi quy định. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- Chất l ợng n c - N c th i sinh ho t Gi i h n ô nhi m cho phép (TCVN 6772 : 2000) Water quality - Domestic wastewater standard. 1 Ph m vi áp dụng. Tiêu chuẩn này áp dụng đối với nước thải của các loại cơ s dịch vụ, cơ s công cộng và chung cư như nêu trong bảng 2 (sau đây gọi là nước thải sinh hoạt) khi thải vào các vùng nước quy định. Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho nước thải sinh hoạt tại các khu vực chưa có hệ thống thu gom, xử lý nước thải tập trung. Tiêu chuẩn này không áp dụng cho nước thải công nghiệp như quy định trong TCVN 5945 – 1995. 2 Gi i h n ô nhi m cho phép. 2.1 Các thông số và nồng độ thành phần ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi thải ra các vùng nước quy định, không được vượt quá giới hạn trong bảng 1. 2.2 Các mức giới hạn nêu trong bảng 1 được xác định theo các phương pháp phân tích quy định trong các tiêu chuẩn tương ứng hiện hành. 2.3 Tuỳ theo loại hình, qui mô và diện tích sử dụng của cơ s dịch vụ, công cộng và chung cư, mức giới hạn các thành phần ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt được áp dụng cụ thể theo bảng 2. B ng 1 – Thông số ô nhi m và gi i h n cho phép TT Thông số ô nhiễm Đ nv Mức I 1 2 3 4 pH BOD Chất rắn lơ lửng Chất rắn có thể lắng được 5 Tổng chất rắn hoà tan 6 Sunfua ( theo H2S) 7 Nitrat (NO3-) 8 Dầu mỡ (thực phẩm) 9 Phosphat (PO43-) 10 Tổng coliforms KQĐ: Không qui định Giới h n cho phép Mức III Mức IV mg/l mg/l mg/l mg/l 5-9 30 50 0,5 Mức II 5-9 30 50 0,5 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100 ml 500 1.0 30 20 6 1000 500 1.0 30 20 6 1000 Mức V 5-9 40 60 0,5 5-9 50 100 0,5 5-9 200 100 KQĐ 500 3.0 40 20 10 5000 500 4.0 50 20 10 5000 KQĐ KQĐ KQĐ 100 KQĐ 10 000 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- B ng 2 TT 1 Lo i hình cơ sở D ch vụ/ Công c ng/ Chung c Khách sạn 2 Nhà trọ, nhà khách 3 Bệnh viện nhỏ, trạm xá Qui mô, di n tích s dụng của cơ sở d ch vụ, công c ng, chung c Dưới 60 phòng Từ 60 đến 200 phòng Trên 200 phòng Mức áp dụng cho phép theo b ng 1 Mức III Mức II Mức I Từ 10 đến 50 phòng Trên 50 đến 250 phòng Trên 250 phòng Mức IV Mức III Mức II Từ 10 đến 30 giư ng Trên 30 giư ng Mức II Mức I Mức I 4 Bệnh viện đa khoa 5 Trụ s cơ quan nhà nước , doanh nghiệp, cơ quan nước ngoài, ngân hàng, văn phòng 6 Trư ng học, viện nghiên cứu và các cơ s tương tự 7 Cửa hàng bách hóa, siêu thị 8 9 10 Chợ thực phẩm tươi sống Nhà hàng ăn uống, nhà ăn công cộng, cửa hàng thực phẩm Khu chung cư Từ 5000 m2 đến 10000 m2 Trên 10000 m2 đến 50000 m2 Trên 50000 m2 Mức III Mức II Mức I Từ 5000 m2 đến 25000 m2 Trên 25000 m2 Mức II Mức I Từ 5000 m2 đến 25000 m2 Trên 25000 m2 Mức II Mức I Từ 500 m2 đến 1000 m2 Trên 1000 m2 đến 1500 m2 Trên 1500 m2 đến 25000 m2 Trên 25000 m2 Mức IV Mức III Mức II Mức I Dưới 100 m2 Từ 100 m2 đến 250 m2 2 2 Trên 250 m đến 500 m Trên 500 m2 đến 2500 m2 Trên 2500 m2 Mức V Mức IV Mức III Mức II Mức I Dưới 100 căn hộ Từ 100 đến 500 căn hộ Trên 500 căn hộ Mức III Mức II Mức I Ghi chú Phải khử trùng nước thải trước khi thải ra môi trư ng Phải khử trùng nước thải. Nếu có các thành phần ô nhiễm ngoài những thông số nêu trong bảng 1 của tiêu chuẩn này, thì áp dụng giới hạn tương ứng đối với đối với các thông số đó quy định trong TCVN 5945 - 1995 Diện tích tính là khu vực làm việc Các viện nghiên cứu chuyên ngành đặc thù, liên quan đến nhiều hoá chất và sinh học, nước thải có các thành phần ô nhiễm ngoài các thông số nêu trong bảng 1 của tiêu chuẩn này, thì áp dụng giới hạn tương ứng đối với các thông số đó quy định trong TCVN 5945-1995 Diện tích tính là diện tích phòng ăn -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------- TÀI LIỆU THAM KH O --- oOo --1. Bộ Xây dựng - Trư ng Đại học Kiến trúc Hà Nội, 1993 Giáo trình Cấp Thoát nước, Nxb. Xây dựng, Hà Nội 2. Bounds, T.R., 1997. Design and Performance of Septic Tanks, Site Characterization and Design of Onsite Septic Systems, ASTM STP 901, M.S. Bedinger, A.I. Johnson, and J.S. Fleming, Eds., American Society for Testing Materials, Philadelphia. 3. Calvin Victor Davis, 1952 Handbook of Applied Hydraulics, Nxb. McGraw-Hill Book Co., New York 4. Nguyễn Ngọc Dung, 1999 Xử lý nước cấp, Nxb. Xây dựng, Hà Nội 5. Environmental Sanitation Information Center (1987). Environmental Sanitation Review. Asian Institute of Technology, Bangkok, Thailand 6. Nguyễn Văn Đạt, Huỳnh Chánh Thiện, 1982 Kết cấu công trình, tập I, II, Nxb. Đại học và THCN, Hà Nội 7. Fair, Gordon Maskew, 1954 Water supply and waste-water disposal, Nxb. John Wiley & Son, New York 8. George Tchobanoglous and Franklin L. Burton, 19 Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse, Nxb. McGrawHill Book Co., New York 9. I. Gruhler, 1980 Công trình làm sạch nước thải loại nhỏ, Nxb. Xây dựng, Hà Nội 10. John M. Kalbermatten, DeAnne S. Julius, Charles G. Gunnerson, D. Duncan Mara (1982). Appropriate Sanitation Alternatives - a Planning and Design Manual. The Johns Hopkins University Press. Published for the World Bank. Baltimore and London, UK 11. Hoàng Huệ, 1996 Xử lý nước thải, Nxb. Xây dựng, Hà Nội 12. Kriengsak Udomsinrot, 1989 Wastewater Engineering Design - Calculations, Mitrnara Printing, Bangkok 13. Linvil G. Rich, 1980 Low-maintaine, Mechanically Simple Wastewater Treatment Systems, Nxb. McGraw-Hill Book Co., New York 14. Dương Trọng Phỉ (2003). Nâng cao hiệu quả của nhà tiêu sinh thái VINASANRES, Viện Pasteur Nha Trang, Nha Trang 15. Smethrurst, George, 1988 Basic water treament for application world-wide, Nxb. Thomas Telford, 16. S.M. Tronach, T. Rudd, J.N. Lester, 1986 Anaerobic digestion processes in industrial wastewater treatment, Nxb. Springer-Verlag, Berlin, Germany. 17. Tổng cục Xây dựng - Tiêu chuẩn ngành, 1996 TCXD 188: Nước thải đô thị - Tiêu chuẩn thải, Nxb. Xây dựng, Hà Nội 18. Trần Văn Mô, 1993 Kỹ thuật Môi trường, Nxb. Xây dựng, Hà Nội -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn -------------------------------------------------------------------------------19. Trần Hiếu Nhuệ, Lê Thị Dung, ng Quốc Dũng, Trần Đức Hạ, Đỗ Hải, Phạm Ngọc Thái, Nguyễn Văn Than (2001). Cấp nước và Vệ sinh Nông thôn. Nxb. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 20. Trư ng Đại học Thủy lợi, Bộ môn Hóa học - Bảo vệ Môi trư ng, 1992 Bảo vệ Môi trường - Quản lý Chất lượng nước, ĐH Thủy lợi, Hà Nội 21. Nguyễn Thị Kim Thái, Lê Hiền Thảo, 1999 Sinh thái học và Bảo vệ Môi trường, Nxb. Xây dựng, Hà Nội 22. Nguyễn Thị Thu Thủy, 1999 Xử lý nước cấp Sinh hoạt và Công nghiệp, Nxb. Khoa học & Kỹ thuật, HNội 23. Trung tâm Đào tạo ngành Nước và Môi trư ng, 1999 Sổ tay Xử lý Nước, Nxb. Xây dựng, Hà Nội 24. Lê Anh Tuấn, 2000 Giáo trình Phân tích Dự án Phát triển Nông thôn, Đại học Cần Thơ 25. Lê Anh Tuấn, 2000 Giáo trình Qui hoạch Thủy lợi, trư ng Đại học Cần thơ, Cần Thơ 26. Lê Hoàng Việt, 1997 Giáo trình Nguyên lý Xử lý Nước thải, trư ng Đại học Cần thơ, Cần Thơ -------------------------------------------------------------------------------------------------------------PHỤ LỤC & TÀI LIỆU THAM KHẢO 100