Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Tại sao phải thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt?

Hiện trạng nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

Theo kết quả Tổng điều tra dân số và nhà ở năm 2019, Việt Nam là quốc gia có số dân đông đúc, mật độ dày đặc, xếp thứ ba trong khu vực Đông Nam Á. Việc gia tăng dân số kéo theo nhu cầu của con người như ăn uống, sinh hoạt, vui chơi giải trí tăng cao.  Do vậy, việc xử lý nước thải sinh hoạt càng được quan tâm.

Vấn đề này đã gây áp lực lớn lên môi trường sống của chúng ta, đặc biệt là môi trường nước, do nước thải sinh hoạt là loại nước thải phát sinh ra từ các hoạt động sinh hoạt của con người tại rất nhiều nơi như: hộ gia đình, khu dân cư, khu đô thị, trung tâm thương mại, khu vui chơi giải trí, các cơ quan công sở, nhà hàng, chợ, bệnh viện, các công trình công cộng, cơ sở sản xuất,…

Ảnh hưởng của việc không xử lý nước thải sinh hoạt

Đối với con người

Theo thống kê từ Bộ Y tế và Bộ Tài Nguyên – Môi trường, hằng năm có khoảng 9.000 người tử vong do chất lượng nước và vệ sinh kém, hơn 250.000 người nhập viện vì vấn đề tiêu chảy do nguồn nước sử dụng bị ô nhiễm, gần 200.000 người mắc bệnh ung thư mỗi năm mà tác nhân chính bởi ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt

Đối với môi trường

Nước thải sinh hoạt mang theo các chất độc hại thải ra môi trường, ảnh hưởng lớn nhất là môi trường nước do thành phần trong nước thải như:

• Chất rắn lơ lửng (SS): lắng đọng ở nguồn tiếp nhận gây ra điều kiện yếm khí.
• Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường sẽ ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh.
• COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ lượng lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước. Khi ô nhiễm quá mức hình thành điều kiện yếm khí. Quá trình phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như H₂S, NH₃, CH₄… gây mùi hôi và giảm pH của môi trường nước tiếp nhận.

• Vi trùng gây bệnh: là nguyên nhân gây ra các bệnh lây truyền bằng đường nước như ngộ độc, vàng da, tiêu chảy,..
• Màu: làm mất mỹ quan.
• Dầu mỡ: gây mùi và cản trở quá trình khuếch tán của oxy bề mặt.

Vai trò của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và việc tính toán thiết kế hệ thống

Nước là nguồn tài nguyên quý giá. Vì vậy, việc bảo vệ nguồn nước là điều cực kỳ quan trọng.

Tùy thuộc vào tính chất nước thải, quy mô cũng như nhu cầu xử lý mà hệ thống xử lý sẽ khác nhau. Do đó, việc lên kế hoạch tính toán, thiết kế chi tiết cho mỗi hệ thống là không thể thiếu.

 

Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt

Thành phần của nước thải sinh hoạt rất đa dạng, nhưng chủ yếu vẫn là nước (hơn 95 %). Bên cạnh đó, còn có các thành phần khác như:

• Các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học thể hiện qua 2 thông số là BOD và COD
• Các chất vô cơ (nitơ, photpho, amoniac, muối, H₂S).

Các thông số	Thành phần
TSS	Các chất vô cơ Chất hữu cơ không tan
COD	Sử dụng để xác định hàm lượng chất hữu cơ trong nước
BOD	Chỉ tiêu xác định hàm lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước và nước thải
Nitơ và các hợp chất của nitơ	Một trong những thành phần gây ô nhiễm nguồn nước
Coliforms	Nhóm vi khuẩn có hại trong nước thải sinh hoạt

 

Thông số	Mức độ ô nhiễm
	Nặng	Trung bình	Nhẹ
Chất rắn lơ lửng (SS)	350	220	100
Chất rắn hòa tan (TDS)	850	500	250
BOD5	400	220	110
Amoniac	50	30	10
Nitrat	0,4	0,2	0
Tổng N	85	40	20
Tổng P	15	8	4
Dầu mỡ	150	100	50
Sunfat	50	30	20
Tổng Coliforms	107 – 109	107 – 108	106 – 107

( Nguồn: Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, 2008)

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy định về giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt (QCVN 14:2008/BTNMT) như sau:

STT	Thông số	Đơn vị	Giá trị C
			A	B
1	pH	–	5 – 9	5 – 9
2	BOD5 (200C)	mg/L	30	50
3	COD	mg/L	75	150
4	Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)	mg/L	50	100
5	Tổng nitơ (tính theo N)	mg/L	20	40
6	Tổng photpho (tính theo P)	mg/L	4	6
7	Tổng các chất hoạt động bề mặt	mg/L	5	10
8	Tổng dầu mỡ	mg/L	10	20
9	Cadimi	mg/L	0,05	0,1
10	Crom (VI)	mg/L	0,05	0,1
11	Tổng Coliforms	MPN hoặc CFU/100ml	3.000	5.000

Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị khi xả ra nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;

Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị khi xả ra nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt;

Các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Công nghệ AAO

Công nghệ AAO áp dụng quy trình xử lý sinh học ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải.

Công nghệ có thể ứng dụng vào xử lý nước thải sinh hoạt với công suất lớn như: các nhà máy sản xuất, khu công nghiệp,..

Công nghệ này giúp ta tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành thấp và thiết kế lắp đặt cũng dễ dàng. Tuy nhiên, hệ thống sẽ chiếm diện tích xây dựng, cần người vận hành có chuyên môn kỹ thuật. Lượng bùn tạo ra trong quá trình vận hành nhiều dẫn đến chi phí xử lý bùn khá cao.

Công nghệ MBBR

Công nghệ MBBR sử dụng các vật liệu làm giá thể cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển. Công nghệ MBBR áp dụng cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ với công suất xử lý lớn như: nước thải tòa nhà, chung cư, trung tâm thương mại,..

Ưu điểm của công nghệ này là:

• Tiết kiệm diện tích xây dựng;
• Khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nước thải cao có thể lên đến 90 %;
• Lượng bùn sinh ra ít hơn so với công nghệ aerotank truyền thống.

Bên cạnh đó cũng còn nhiều hạn chế như:

• Cần có công trình lắng, lọc phía sau bể sinh học;
• Đòi hỏi người vận hành có chuyên môn trong lĩnh vực xử lý nước thải;
• Sau một thời gian sử dụng, giá thể có thể bị vỡ.

Công nghệ MBR

Đây là công nghệ kết hợp giữa kỹ thuật xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp vi sinh bùn hoạt tính và tách cặn bùn bằng màng lọc.

Công nghệ MBR được ứng dụng vào xử lý nước thải trong các tòa nhà, khu dân cư, trường học, bệnh viện, nhà văn hóa, khu trung tâm thương mại, trong các nhà máy sản xuất,…với các công suất xử lý khác nhau.

Công nghệ này có khá nhiều ưu điểm như:

• Chất lượng nước sau xử lý cao, thường đạt cột A QCVN 14:2008/BTNMT;
•  Nước sau xử lý có thể tái sử dụng vào mục đích tưới cây, rửa đường,…
• Chiếm ít diện tích xây dựng do không cần công trình lắng, lọc, khử trùng phía sau;
• Thường được kết hợp trong thiết bị xử lý hợp khối nên dễ dàng trong việc lắp đặt, di chuyển và có khả năng tự động hóa cao;
• Lượng bùn dư sinh ra ít. Từ đó giảm thiểu chi phí xử lý bùn.

Nhược điểm của công nghệ này là dễ xảy ra hiện tượng tắc nghẽn màng nếu không được thổi khí, tẩy rửa, vệ sinh đúng cách.

So sánh giữa các công nghệ thì việc lựa chọn công nghệ MBR là lựa chọn tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải sinh hoạt.

Trình tự tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt đạt chuẩn

Trình tự tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt như sau:

Tính thể tích bể điều hòa

Thể tích bể điều hòa được xác định như sau:

V = Q_max.T

Diện tích bể điều hòa:  S_ĐH = V/H_sd

Lượng khí cần cấp cho bể điều hòa: Qkk= V*a

Trong đó:

• V: Thể tích bể điều hòa (m³);
• Q_max: Lưu lượng trung bình của dòng nước thải (m³/giờ);
• T: Thời gian lưu nước (giờ);
• S_ĐH: Diện tích của bể điều hòa (m²);
• H_sd: Chiều cao của bể điều hòa (m);
• Qkk: Lượng khí cần cấp (m³/phút);
• a: Lượng không khí cần thiết để xáo trộn (m³ khí/m³ nước/ phút).

(Nguồn: Trịnh Xuân Lai, 2009)

Tính thể tích bể anoxic

Thể tích bể anoxic được tính toán như sau:

T_anoxic = (N_o – N)/( r_N.X_N)

V_anoxic = Q. T_anoxic

Trong đó:

• V_anoxic: Thể tích bể anoxic (m³);
• Q: Lưu lượng nước thải đầu vào (m³/giờ);
• N_o : Hàm lượng NO₃^– đầu vào bể anoxic (mg/l);
• N : Hàm lượng NO₃^– đầu ra bể anoxic (mg/l);
• ρ_N : Tốc độ khử NO₃^– trong bể anoxic ở nhiệt độ T^oC (mg NO3 – /mg bùn hoạt tính.ngày);
• T : Nhiệt độ nước thải (T^oC);
• X_N: : Nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank.

(Nguồn: Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, 2008)

Tính thể tích bể aerotank

Thể tích bể theo tuổi bùn

• Θc Thời gian lưu bùn(ngày), θc=10 (ngày);
• Q: lưu lượng tính toán (m³/ngày);
• S₀: hàm lượng BOD₅ của nước thải đầu vào(mg/L);
• S: Hàm lượng BOD₅ của nước sau khi ra khỏi bể aerotank (mg/L);
• Kd: Hệ số phân hủy nội bào (ngày^-1);
• Y: Hệ số tải lượng bùn (mg VSS/mg BOD₅)
• X: Nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn (mg VSS/L)

(Lâm Minh Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân, 2010)

Các thông số sinh học khác

Tỷ số F/M (Food to Microorganism ratio)

F/M = 0,1 – 0,5 kg BOD/kg MLVSS.ngày, (kg COD/kg MLSS.ngày)

Sự phụ thuộc của tỉ lệ F/M và hiệu suất xử lý của hệ thống được trình bày trong bảng dưới đây:

Tỉ lệ F/M (kg BOD5/ kg MLSS/ngày.đêm)	Hiệu suất xử lý BOD5 (%)
0,0 – 0,2	95 – 90
0,2 – 0,4	90 – 85
0,4 – 0,5	85 – 50

Thời gian lưu nước HRT (giờ/ngày)

HRT = V/Q

Tải trọng (kg COD/m³.ngày):

L = QC/V = C/HRT

Trong đó:

• V: Thể tích bể (m³);
• Q: Lưu lượng nước đầu vào (m³/ngày, m³/giờ);
• C: Nồng độ COD hoặc BOD đầu vào (mg/L);
• X: nồng độ vi sinh vật MLSS hoặc MLVSS (mg/L).

Chỉ số thể tích bùn SVI (Sludge Volume Index)

SVI = V.1000/MLSS

SVI ~ 80 – 150 mL/g

Tuổi bùn

(SA) = MLSS/BOD₅.y

Trong đó:

• (SA): độ sinh trưởng của bùn (ngày.đêm);
• MLSS: tải lượng bùn hoạt tính (kg/ngày.đêm);
• y: hằng số định mức, phụ thuộc vào tỉ lệ F/M.

Bảng: Sự phụ thuộc hằng số y của bùn hoạt tính vào tỉ lệ F/M

Tỉ lệ F/m (kg BOD5/kg MLSS/ngàyđêm)	y (kg MLSS/kg BOD5ngày)
0,0 – 0,2	0,5 – 0,8
0,2 – 0,4	0,8 – 1,0
0,4 – 0,5	1,0 – 1,3

Lượng bùn tuần hoàn

Q tuần hoàn bùn khoảng 50 – 70% của Q nước thải trung bình.

Nồng độ bùn tuần hoàn từ bể lắng khoảng 4.000 – 12.000 mg/L.

Tỷ số tuần hoàn:

R = Q_R /Q = X/( X_R – X)

Trong đó:

• Q_R: Lưu lượng tuần hoàn bùn;
• X: Nồng độ bùn trong bể bùn hoạt tính;
• X_R: Nồng độ bùn tuần hoàn.

Kết luận

Việc lên kế hoạch tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt sẽ giúp tối ưu các bước, nâng cao hiệu quả xử lý, đảm bảo đạt chuẩn đầu ra theo quy định. Ngoài ra, WeMe còn cung cấp các loại máy xử lý nước thải khác với đa dạng các loại công suất, phù hợp mọi nhu cầu xử lý nước thải của bạn. Vui lòng xem thêm TẠI ĐÂY. Nếu quý khách hàng có bất kỳ thắc mắc nào, vui lòng LIÊN HỆ ngay với chúng tôi để được tư vấn, hỗ trợ kịp thời. Được đồng hàng cùng quý khách hàng chính là niềm vinh hạnh cho WeMe chúng tôi.

CÔNG TY CỔ PHẦN NĂNG LƯỢNG WEME

Trụ sở chính	: 124/1 Lý Thường Kiệt, Phường 7, Quận Gò Vấp, Tp. Hồ Chí Minh
Điện thoại	: 0906.653.007
Email	: wemecompany@gmail.com
Fanpage	: Môi Trường WeMe
Chuyên viên tư vấn	: 0824.653.007