Bài giảng Công trình xử lý nước thải - Lê Anh Tuấn

83 trang ngocly 4460

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công trình xử lý nước thải - Lê Anh Tuấn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_cong_trinh_xu_ly_nuoc_thai_le_anh_tuan.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công trình xử lý nước thải - Lê Anh Tuấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ oOo BÀI GIẢNG MÔN HỌC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI (Wastewater Treatment Works) GIÁO TRÌNH DÙNG CHO CÁC SINH VIÊN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Biên soạn LÊ ANH TUẤN - 2005 -
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn LỜI MỞ ĐẦU oOo Con người là một trong các sinh vật sống trong tự nhiên và là một phần của hệ sinh thái môi trường. Các hoạt động của con người ngày càng tác động đến môi trường 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 trường sống. Việc hạn chế và ngăn chận ô nhiễm do nước thải là một trong các yêu cầu quan trọng của kỹ thuật môi trường. Bài giảng môn học CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI này dành cho các sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường. 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 ở 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 người 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 LỜI MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1 1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC KHÁI NIỆM 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 BƯỚC HÌNH THÀNH MỘT DỰ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 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 HỒ SƠ 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 Chương 2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI LIÊN QUAN ĐẾN CÁC CHỈ SỐ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH 12 2.1 NƯỚC THẢI SINH HOẠT 12 2.1.1 Khối lượng 12 2.1.2 Thành phần và tính chất 13 2.2 NƯỚC THẢI SẢN XUẤT 17 2.2.1 Khối lượng 17 2.2.2 Thành phần và tính chất 18 2.3 CÁC VÍ DỤ CƠ BẢN XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ THIẾT KẾ THỦY LỰC 19 2.3.1 Phương trình Manning và phương trình Hazen-Williams 19 2.3.2 Xác định đường 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 Chương 3 CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 25 3.1 CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH CƠ HỌC 25 3.1.1 Song chắn rác 25 3.1.2 Một số kiểu song chắn rác 27 3.2 BỂ LẮNG CÁT 31 3.3 BỂ LẮNG SƠ CẤP 37 3.4 BỂ THU DẦU, BỂ THU MỠ 42 3.5 BỂ LỌC 43 Chương 4 CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC THẢI DƯỚI ĐẤT 48 4.1 CÔNG TRÌNH NHÀ VỆ 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 HỆ THỐNG GÒ LỌC 61 4.2 CÔNG TRÌNH GIẾNG THẤM 62 4.2.1 Nguyên lý và Sơ đồ giếng thấm 62 4.2.2 Kết cấu giếng thấm 64 4.3 CÁNH ĐỒNG LỌC, TƯỚI 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 Chương 5 TỔ HỢP CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 81 5.1 NGUYÊN LÝ 81 5.2 CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ 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 DỤ THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ KỸ NGHỆ 86 5.4 QUẢN LÝ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 90 5.4.1 Nguyên tắc chung 90 5.4.2 Công tác đo lường 90 5.4.3 Công tác quản lý 91 BẢNG QUI ĐỔI ĐƠN VỊ 92 PHỤ LỤC 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 === MỞ ĐẦU - MỤC LỤC iv
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn Chương Ø KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI oOo 1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC KHÁI NIỆM 1.1.1 Định nghĩa Nước thải Tất cả các hoạt động sinh hoạt và sản xuất trong mỗi cộng đồng đều tạo ra các chất thải, ở 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, Ở 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 người 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 thường, 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 trở 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 Giới thiệu 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 trường. 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 sở như Thủy lực, Thủy văn, Kết cấu công trình, Ô nhiễm môi trường 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 trường. Tuy nhiên do giới hạn thời gian và qui mô đào tạo, môn học này chỉ giới hạn ở 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 trở 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 VỀ 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 hưởng 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 niệm về Công trình Xử lý Nước thải 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 ở mức độ chấp nhận được. Có 4 loại nước thải có thể chảy vào hệ thống xử lý nước: • Nước thải sinh hoạt cư dân (domestic watsewater): do các hộ dân thải ra qua sinh hoạt gia đình, mua bán, văn phòng, • Nước thải công nghiệp (industrial watsewater): do các nhà máy sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nói chung. • Nước thẩm lậu/nước chảy tràn (infiltration/inflow): nước thẩm lậu là tất cả các loại nước chảy vào hệ thống cống rãnh do sự rò rỉ, bể vỡ đường ống hoặc thấm qua tường chắn. Nước chảy tràn là lượng nước mưa chảy vào hệ thống cống rãnh từ hệ thống tiêu nước mưa, mái nhà, hè phố, • Nước mưa (stormwater): nước tràn mặt do mưa tại chỗ hoặc tuyết tan. Tùy theo nhiệm vụ công trình và khả năng tài chính, người 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 thời gian, nước thải có thể tự làm sạch một phần nhờ quá trình chuyển hóa nước toàn cầu. Tuy nhiên, hiện nay con người 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 VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn NGUỒN TIẾP NHẬN NƯỚC THÔ 3 Á HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC ) MẠNG LƯỚI SỬ DỤNG NƯỚC C XỬ LÝ NƯỚC THẢI NƯỚC THẢI TRIỆT ĐỂ (LẦN III) CHƯA XỬ LÝ @ + XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỨ CẤP (LẦN II) XỬ LÝ NƯỚC THẢI A 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 phương pháp cơ bản để Xử lý Nước thải 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 VỀ 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 nghệ Phương pháp Công trình Mục tiêu xử lý xử lý xử lý xử lý + Hóa Lý - Tuyển nổi - Tách các chất lơ - Hấp phụ lửng và khử màu - Keo tụ Xử lý sơ bộ + Hóa học - Oxy hóa - Trung hòa và khử - Trung hòa độc nước thải + Cơ học - Song chắn rác - Tách các tạp chất - Bể chắn rác rắn và cặn lơ lửng - Bể lắng đợt I - Tách các chất + Sinh học - Hồ sinh vật hữu cơ dạng lơ - Cánh đồng lọc, tưới lửng và hòa tan - Kênh oxy hóa - Aeroten - Bể lọc sinh học Xử lý - Bể lắng đợt II tập trung - Khử trùng trước + Khử trùng - Trạm trộn Clor khi xả ra nguồn - Máng trộn - Bể tiếp xúc - Ổn định và làm + Xử lý bùn cặn - Bể metan khô nguồn cặn - Sân phơi bùn - Trạm xử lý cơ học bùn cặn + Cơ học - Bể lọc cát - Tách các chất lơ lửng + Sinh học - Bể aeroten bậc II - Khử nitơ và - Bể lọc sinh học bậc II phốtpho Xử lý - Hồ sinh vật triệt để - Bể khử nitơrat + Hóa học - Bể oxy hóa - Khử nitơ, phốtpho và các chất khác Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn Nước thải Lưới chắn Hệ thống Lưới chắn chưa xử lý rác, sỏi đá Máy bơm Bể lắng cát thu gom lớn nước thải rác nhỏ hơn nước thải + ) Thu gom rác, bùn cát về bãi đổ XỬ LÝ SƠ BỘ XỬ LÝ SƠ CÂP XỬ LÝ THỨ CÂP Xử lý bùn sơ cấp Xử lý bùn thứ cấp Bể sục khí Chlorire sắt Máy nén khí (Loại Phophorus) Bể lắng bùn cát và váng nổi Hoàn lưu bùn hoạt tính Thu gom bùn hoạt tính để cô đặc Sân phơi bùn Khử trùng XỬ LÝ TRIỆT ĐỂ San lấp/ 3 Betón hóa Bể tiếp xúc Chlorine RA NGUỒN NƯỚC Hình 1.2: Một ví dụ về sơ đồ xử lý nước thải Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ 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 độ đục nhỏ Khử bằng Chlor (Cl) Không bị nhiễm các loại bào và Lắng trữ xác (cysts) và trứng (ova) Nước có độ đục trung bình Lọc Thẩm thấu Lọc chậm qua cát Nước có độ đục cao và có phòng thí nghiệm tốt Xây dựng nhà máy Có đủ tiền Kinh phí? xử lý nước thải theo tiêu chuẩn Ít tiền Lọc chậm qua cát, Có đủ Có đủ cát? với biện pháp tiền xử lý như: + Bể lắng Ít + Bể lắng cát nước chảy ngang Lọc nhiều lớp: + Bộ lọc cát sạn Màng lọc bằng tro trấu/ xơ dừa / cát Hình 1.3: Sơ đồ hướng dẫn chọn phương án xử lý độ đục của nước thải Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ 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 một Công trình XLNT Một công trình Xử lý nước thải phải được xem xét trên cả 3 chỉ tiêu (3E): kỹ thuật (Engineering), kinh tế (Economics) và môi trường (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 BƯỚC HÌNH THÀNH MỘT DỰ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.2.1 Tiến 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 đời 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 VỀ 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 Phương án công trình ª Chọn lựa phương án 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 Hình 1.3. Các bước cơ bản trong thực hiện một công trình 1.2.2 Điều tra, khảo 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 đường 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, thời 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 hưởng của lượng nước thải lên các hoạt động và sức khoẻ cộng đồng cũng như cảnh quan môi trường. • Các chủ trương của chính quyền (định hướng phát triển, các qui hoạch trước đó, qui định chung về môi trường, ) 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. • Ước 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 Định khối lượng nước thải 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 người, thời 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 VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 8
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn 1.2.4 Đề xuất Phương 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 hưởng 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 trường 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 Phương 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 trường và các tài liệu tham khảo về phân tích dự án. 1.3 HỒ SƠ 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 thường được qui định theo một hình thức trình bày riêng (format). Một hồ sơ thường gồm có 3 phần trong mục lục chính: Tóm tắt công trình Phần thuyết minh Phần phụ lục Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 9
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn Hồ sơ công trình thường 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. Trường 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 : Mã số : Vị trí, địa danh : Cơ quan chủ trì : + Khảo sát : + Thiết kế : + Xây dựng : Thời gian : Kinh phí : + Địa phương : + Quốc gia : + Quốc tế : 1.3.3 Tập thuyết minh Công trình Tập thuyết minh công trình nhằm lý giải, mô tả phương pháp và minh họa các tính toán cho công trình. Lời 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. Bối cảnh (Background) 2. Lý giải (Justification) 3. Mục tiêu (Objectives) 4. Đầu ra và các hoạt động (Outputs and Activities) 5. Đầu vào (Inputs) 6. Sắp xếp việc thực hiện (Implementation Arrangements) 7. Quản lý dự án (Project Management) Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 10
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn 1.3.3 Các số liệu - 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 VỀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 11
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn Chương Ù XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI LIÊN QUAN ĐẾN CÁC CHỈ SỐ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH oOo 2.1 NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1.1 Khối lượng Nước thải sinh hoạt thường không cố định lượng xả ra theo thời gian trong ngày và theo tháng hoặc mùa. Lượng nước thải sinh hoạt thường 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 thời 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/người cho khu vực có dân số P 10.000 người có thể lấy vào khoảng 300 - 380 l/người. Trong hoàn cảnh hiện tại ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có thể lấy lượng nước thải khoảng 150 - 200 l/người. Lượng nước thải sinh hoạt và tính chất tập trung ô nhiễm thường 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 Chất bẩn (g/m3) Khoáng Hữu cơ Tổng cộng BOD5 Lắng 50 150 200 100 Không lắng 25 50 75 50 Hòa tan 375 250 625 150 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 người Chất Chất bẩn (g/người/ngày-đêm) Khoáng Hữu cơ Tổng cộng BOD5 Lắng 10 30 40 20 Không lắng 5 10 15 10 Hòa tan 75 50 125 30 Cộng toàn bộ 90 90 180 60 Nguồn: Imhoffk, 1972 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 ở các công trình sinh hoạt và thương mại Loại công trình Đơn vị Lượng BOD5 (Đv) nước thải (kg/ Đv. ngày) (l/ Đv. ngày) Phi trường khách 20 0.01 Nhà thờ chỗ ngồi 20 0.01 Câu lạc bộ đồng quê hội viên 100 0.03 Xưởng (không chất thải công nghiệp) công nhân 135 0.04 Bệnh viện gường 950 0.24 Tiệm giặt ủi máy giặt 2200 biến đổi Nhà trọ (không kèm nhà hàng) gường 190 0.06 Văn phòng (không kèm căn tin) nhân viên 60 0.02 Công viên người 20 0.01 Nhà hàng món 20 0.01 Trường nội trú học sinh 380 0.08 Trường tiểu học học sinh 60 0.02 Trường trung học học sinh 75 0.02 Siêu thị người 60 0.02 Hồ bơi người 40 0.01 Sân vận động người 20 0.01 Nhà hát chỗ ngồi 20 0.01 Nguồn: S.N. Goldstein, W.J. Woberg, Wastewater Treatment Systems for Rural Communities, 1973 Bảng 2.3 Lượng nước thải và BOD5 gần đúng ở Hoa Kỳ và Châu Âu Nơi thải Đơn vị Mức thải Trung bình BOD5 (l/ngày) (l/ngày) (kg/ngày) Nhà ở - Hoa Kỳ người 250 - 1100 630 0.1 - Châu Âu người - 225 0.1 Trường học - Nội trú học sinh 180 - 370 280 0.1 - Trường có căn tin học sinh 40 - 80 60 0.03 - Trường không có căn tin học sinh 20 - 60 40 0.02 Nhà hàng khách 20 - 40 30 0.03 Khách sạn khách 160 - 240 200 0.1 Bệnh viện bệnh nhân 300 - 1000 600 0.14 Văn phòng nhân viên 30 - 80 60 0.02 Cửa hàng tạp phẩm nhân viên 30 - 50 40 002 Nguồn: định mức của Benefield và Randall, 1980 (trích đoạn) 2.1.2 Thành phần và tính chất Nước thải sinh hoạt thường 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, thường được sử dụng giới hạn. Tổng chất rắn (total solids, TS) có thể lấy theo hình 2.1 hoặc chừng 225 l/người/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 giờ 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 rắn lơ lửng Chất rắn lọc được 220 mg/L 500 mg/L c c ng ng đượ ử ử đượ l l /L /L ng ơ ơ g g ắ ng t keo l n l n l ắ ấ ể ắ l ắ ể t r t r 50 m 60 mg/L Ch 160 mg/L 450 m ấ ấ hòa tan không t ấ Ch Ch Có th Ch th không ơ ơ ơ ơ /L /L /L /L /L /L /L /L u c u c u c u c g g g g g g g g ữ ữ ữ ữ t h t h t h t h t khoáng t khoáng t khoáng t khoáng ấ ấ ấ ấ ấ ấ ấ ấ 40 m 15 m 10 m 40 m 40 m 290 m 120 m 160 m Ch Ch Ch Ch Ch Ch Ch Ch 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* Tổng chất rắn (TS) ≥1 200 ≤ 350 700 Chất rắn lơ lửng (SS) ≥ 350 ≤ 100 250 Nitơ tổng số ≥ 85 ≤ 20 40 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) ≥ 300 ≤ 100 200 Nhu cầu oxy hóa học (COD) ≥ 1 500 ≤ 250 500 Phốt phát tổng số ≥ 20 ≤ 6 10 Dầu, mỡ 100 ≥ 150 ≤ 50 Nitơrít NO - 0 2 0 0 Nitơrát NO - 0 3 0 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 người (b) Bệnh viện : 1 000 giường (c) Nhà hàng : 40 tiệm ăn, số thực khách trung bình 40 người/tiệm (d) Đại học và cao đẳng : 1 trường 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 Mức thải Lưu lượng BOD5 BOD5 (m3/ngày) (m3/ngày) (kg/ngày) (kg/ngày) Dân cư 150 000 x 0.225 33 750 150 000 x 0.10 15 000 Bệnh viện 1 000 x 0.6 600 1 000 x 0.14 40 Nhà hàng 1 600 x 0.03 48 1 600 x 0.03 48 Đại học 15 000 x 0.06 900 15 000 x 0.03 450 Trung học 30 000 x 0.04 1 200 30 000 x 0.02 600 Σ = 36 498 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 BOD5 (mg/l) Ngày thứ BOD5 (mg/l) 1 525 7 300 2 350 8 375 3 475 9 425 4 200 10 525 5 250 11 475 6 300 12 400 Xác định thêm độ lệch chuẩn, độ tập trung ở 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 BOD5 Vị trí điểm Thứ tự BOD5 Vị trí điểm 1 200 4.17 7 400 54.20 2 250 12.50 8 425 62.50 3 300 20.80 9 475 70.80 4 300 29.20 10 475 79.20 5 350 37.50 11 525 87.50 6 375 45.80 12 525 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 đường thẳng đi qua trung tâm các điểm, sao cho khoảng lệch là nhỏ nhất. Trung bình = 383 mg/l Trị ở 90% = 510 mg/l Trị ở 50% = 380 mg/l Trị ở 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 NƯỚC THẢI SẢN XUẤT 2.2.1 Khối lượng Chúng ta cần phân biệt 2 loại: • nước thải công nghiệp (industrial wastewater) là nước thải của quá trình sản xuất công nghiệp. • nước thải khu công nghiệp (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, người ta đưa ra khái niệm "số dân tương đương" (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, ở 20°C. Giá trị BOD5 tính trên toàn bộ lượng nước thải cho 1 người trong 1 ngày đêm là 60 - 100 gram (nếu lấy giá trị BOD20 thì thường tính 140 gr/người/ngày đêm). Đem chia toàn bộ khối lượng nước thải của cơ sở sản xuất công nghiệp cho giá trị trên để tính ra số dân tương đương. Tổng quát, PE (một số sách dùng ký hiệu Np) tính theo: C × Q PE = cn cn (2-1) T p với Ccn và Qcn là nồng độ và lưu lượng nước thải công nghiệp. Tp lượng nước thải trên mỗi đầu người. 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/người/ngày. Giải: 200 .mg 1g 2500 .m 3 1000 .l 1.nguoi .ngay PE = × × × × = 5263 người l 1000 .mg ngay 1m 3 95 .g 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 x 1 000 lít sữa 30 - 80 Nhà máy sữa có sản xuất pho-mát x 1 000 lít sữa 50 - 250 Lò sát sinh x 1 con bò (=2,5 con heo) 70 - 200 Lò sát sinh x 1 tấn thịt 150 - 450 Nhà máy bia x 1 000 lít bia 150 - 400 Nhà máy sản xuất tinh bột x 1 tấn bắp hoặc lúa mì 500 - 1 000 Nhà máy thuộc da x 1 tấn da 1 000 - 4 000 Nhà máy chế biến len x 1 tấn len 2 000 - 5 000 Phân xưởng tẩy x 1 tấn sản phẩm 1 000 - 4 000 Nhà máy nhuộm (có chứa lưu huỳnh) x 1 tấn vật liệu 2 000 - 3 500 Nhà máy giặt x 1 tấn vải giặt 370 - 1 000 Sự rò rỉ dầu khoáng x 1 tấn dầu 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 thường 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 thường được xác định bằng phân tích hóa học thành phần nhiễm bẩn. tuy nhiên để có đầy đủ các số liệu thường gặp nhiều khó khăn về thời gian, thiết bị và kinh phí. Để đơn giản, người ta thường 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, thường 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 CƠ BẢN XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ THIẾT KẾ THỦY LỰC 2.3.1 Phương trình Manning và phương trình Hazen-Williams Phương trình Manning Phương trình Hazen-Williams TRONG ỐNG CÓ ÁP TRONG ỐNG CÓ ÁP Hệ SI Hệ SI 0,63 0,54 0,397 V = 0,849.CR S V = D 2 / 3 S 1/ 2 2,63 0,54 (2-3) n Q = 0,278.CD S (2 -5) 0,312 8 / 3 1/ 2 Q = D S Hệ US n 0,63 0,54 V = 1,318.CR S Hệ US 2,63 0,54 (2-4) 0,590 Q = 0,432.CD S V = D 2 / 3 S 1/ 2 n 0,463 (2-6) Q = D 8 / 3 S 1/ 2 n TRONG KÊNH HỞ trong các công thức trên: Hệ SI 1 V - vận tốc, Q/A, m/s (ft/s) V = R 2 / 3 .S 1/ 2 C - hệ số Chezy n (2-7) R - bán kính thủy lực, D/4, m (ft) S - độ dốc đường thế năng = hf/L Hệ US Q - lưu lượng, m3/s (ft3/s) D - đường kính ống dẫn 1,468 2 / 3 1/ 2 n - hệ số nhám (tra bảng ở các sách Thủy V = R .S (2-8) n 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 đường ống dài 1.000 m, đường 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): 0.63 0.54 Q V = 0.849 × C × ( D / 4) × (h f / L ) = 2 (π .D / 4) suy ra tổn thất cột nước 10 ,7 × Q 1,85 × L 10 ,7 × (0,25 ) 1,85 × 1000 h = = ≈ 2,96 m f 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 1 Q = A.V = AR 2 / 3 .S 1 / 2 n 2 với A = b.d = (2d).d = 2.d d (m) 2 / 3 b (m) 1 2  d  1/ 2 Q max = ()2.d .  ()0,001 = 2 0,012  2  ⇒ d = 0,8 m ⇒ b = 1,6 m 2.3.2 Xác định đường kính tối ưu cho máy bơm Đuờng kính tối ưu là đường kính thỏa mãn đồng thời 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 đường kính tối ưu là đường kính dT có = 0 , Kriengsak Udomsinrot, 1989, đưa ra công thức sau: d ( d ) 2,8519 0,17 (511,4 × a1 × T × Q ) Đường kính tối ưu: d opt = 1,8519 0,17 (2-9) (u × r × a2 × C ) trong đó : a1 - chi phí năng lượng bơm (đồng/KWh) T - thời gian bơm vận hành trong 1 năm, giờ Q - lưu lượng trung bình nước thải, m3/s u - hiệu suất máy bơm (gồm động cơ và máy bơm), % a2 - chi phí đường ống (đồng/mét dài x mét đường kính ống) C - hệ số Hazen-Williams r - hệ số hồi phục Ví dụ 2.6: Xác định đường kính máy bơm tối ưu cho việc hút xả một lưu lượng nước thải Q là 0,20 m3/s. Thời gian chạy máy là 20 giờ/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 đường kính), chi phí bơm là 150 đ/kWh. Giải: Thời gian chạy máy trong 1 năm: T = 20 giờ/ngày x 365 ngày/năm = 7 300 giờ Chương 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI 20
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn Đường kính tối ưu: 2,8519 0,17 2,8519 0,17 (511,4 × a1 ×T × Q ) (511,4 ×150× 7300× 0,2 ) dopt = 1,8519 0,17 = 1,8519 0,17 (u × r × a2 × C ) (0,60× 0,0991× 500000×100 ) ⇒ dopt = 0.57391 m ⇒ Chọn bơm trên thị trường có đường kính ống xả là 600 mm. Nhiều trường hợp ta phải dùng nhiều máy bơm để thoát nước, việc tính toán một hệ thống nhiều máy bơm trở nên phức tạp hơn, (đề nghị xem lại các Giáo trình và sách về Bơm và Trạm bơm). 2.3.3 Đập tràn thành mỏng Người 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: v 2 2 / 3 Q = mb . 2 g .H H o = H + o với 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 2 v /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 lưu lượng nước thải Lưu lượng nước thải là lượng nước thải qua một mặt cắt trong một đơn vị thời gian, thường 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 chảy 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 thường có một khu trữ tạm thời 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 thường 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 thường có biểu đồ hình dợn sóng theo thời gian, tuy nhiên nếu ta xấp xỉ các giá trị thời 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 thời đoạn: Qmax : Lượng nước thải lớn nhất Qmin : Lượng nước thải nhỏ nhất Qave : Lượng nước thải trung bình, 1 n Q ave = ∑ Q i (2-11) n i=1 Qavg − Qmin Q b = x(1 ngaìy) Qmax − Qmin Q ma Vs a = Q -Q max avg Qavg b Qmin Giờ 6:00 18:00 6:00 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 giờ 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 Qavg(1 ngày) = Qmin (1 ngày) + (Qmax - Qmin)(b ngày) Qavg − Qmin ⇒ b = (2-12) Qmax − Qmin 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. Đường 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: Giờ đo 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 Qthải (m3/h) 518.4 445.6 359.2 475.2 604.8 864.0 Giờ đo 14:00 16:00 18:00 20:00 22:0 24:00 Qthải (m3/h) 907.2 820.8 777.6 691.2 429.0 418.0 Yêu cầu xác định thể tích bể chứa tối thiểu để cân bằng lượng nước thải hằng ngày. Giải: Lập bảng tính toán sau: Giờ đo Lưu lượng thải Thể tích thải Lũy tích thể tích (giờ) (m3/h) (m3) (m3) (1) (2) (3) = (2) x 2 (5) 0:00 - - 0.0 2:00 518.4 1036.8 1036.8 4:00 445.6 891.2 1728.0 6:00 359.2 718.4 2246.4 8:00 475.2 950.4 3196.8 10:00 604.8 1209.6 4406.4 12:00 864.0 1728.0 6134.4 14:00 907.2 1814.4 7948.8 16:00 820.8 1641.6 9590.4 18:00 777.6 1555.2 11145.6 20:00 691.2 1382.4 12528.0 22:00 429.0 958.0 13489.0 24:00 418.0 836.0 14325.0 Lấy trục hoành là thời 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 đường cong nối liền các điểm lũy tích vói nhau. Nối điểm 0 với điểm tích lũy trong 24 giờ, ta được đường trung bình, vẽ 2 đường thẳng x-x' và y-y' song song với với đường trung bình và tiếp xúc với điểm lõm và điểm lồi của đường 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 Læåüng næåïc B thaíi luîy têch 12000 (m3) 10000 y Thãø têch bể 8000 6000 x' 4000 A 2000 x Giåì 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 0:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Hình 2.7: Đường 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, người ta thường gia tăng thể tích bể khi xây dựng khoảng 10% đến 20% so với tính toán để dự phòng các trường hợp gia tăng lượng nước thải bất thường, đôi khi còn phải cộng thêm một lượng thể tích nước chết nào đó tùy theo ảnh hưởng 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 Chương Ú CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC oOo 3.1 CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH CƠ 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 đường 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 đường dẫn nước thải. Rác sau khi lấy ra khỏi nước thải thường 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 hở 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 thường 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 hở giữa các thanh chắn. Tuỳ theo mức độ rác trong nước thải, người ta định các khe hở của song chắn, nếu rộng quá thì sẽ không ngăn rác hiệu quả, còn nếu hẹp quá thì cản trở dòng chảy. Bảng 3.1: Chỉ số thiết kế thanh chắn Dữ liệu thiết kế Cào rác bằng tay Cào rác bằng cơ học Kích thước thanh chắn + Bề dày, inches (mm) 0.2 - 0.6 (5.08 - 15.24) 0.2 - 0.6 (5.08 - 15.24) + Bề bản, inches (mm) 1.0 - 1.5 (25.4 - 38.1) 1.0 - 1.5 (25.4 - 38.1) Khoảng hở, inch (mm) 1.0 - 2.0 (25.4 - 38.1) 0.6 - 30 (15.24 - 72.6) Độ dốc (độ °) 15 - 45 0 - 30 Vận tốc dòng chảy, ft/s (m/s) 1.0 - 2.0 (0.3048 - 0.6096) 2.0 - 3.25 (0.6096 - 0.9906) Tổn thất dòng chảy, inch (mm) 6 (152.4) 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. Tổn thất cột nước khi đi qua song chắn rác có thể xác định theo: 4 / 3 hL = B(s /b) .hv.sinθ (3-1) trong đó : s là bề dày thanh chắn b là khoảng hở giữa 2 thanh 2 hV là cột nước dòng chảy đoạn gần đến song chắn rác, hV = V /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 Thanh chữ nhật sắc cạnh vuông 2,42 Thanh chữ nhật có đầu tròn ở mặt thượng lưu dòng chảy 1,83 Hình tròn 1,79 Thanh chữ nhật có đầu tròn ở mặt thượng lưu và hạ lưu 1,67 Thanh hình giọt nước 0,76 Nguồn: Kriengsak Udomsinrot, Watsewater Engineering Design, AIT, 1989 3.1.2 Một số kiểu song chắn rác Hình 3.3 là một kiểu song chắn rác cào bằng tay, đây là loại được dùng phổ biến ở 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 thường 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 thường 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 tời 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. Ưu 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 thời 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. Ưu 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 tời quay, bộ phận cào rác được giữ trên giá đỡ nhờ vào trọng lượng của dây xích. Ưu 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. Ưu 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 thường 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 hở trên song chắn rác n: W 2.m 100.cm n = = = = 40 khoảng hở b 5.cm 1.m Mỗi khoảng hở 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 hở + 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) n.b 40 × 50 ce = = = 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 ở 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 hở là b =25 mm để lọc rác từ nước thải đến một nhà máy xử lý qua một ống dẫn hình tròn. Cho biết : + Đường kính ống dẫn D = 1,25 m + Hệ số nhám đường ống n = 0,013 + Độ dốc đường 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 : Trường hợp nước chảy đầy ống, lưu lượng lớn nhất sẽ là (áp dụng phương trình Hazen-Williams): 0,312.D 8 / 3 .S 1/ 2 0,312.(1,25)8 / 3 .(0,00064)1/ 2 Q = = =1,10 m3/s max n 0,013 Vận tốc lớn nhất của dòng chảy trong ống: Qmax 1,10 Vmax = = = 0,9 m/s 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 hở 25 mm n = (bề rộng song chắn - 1 khoảng hở)/(1 khoảng hở +bề dày 1 thanh chắn) ()1,5 ×1000 − 25 n = = 42,1 ==> Chọn 42 thanh chắn ()25 + 10 (3): Tổn thất cột nước ứng với Vavg 4 / 3 hL = B(s / b) .hv .sinθ trong đó : thanh chữ nhật B = 1,83, s = 10 mm = 0,01 m, b = 25 mm = 0,025 m 2 hV là cột nước dòng chảy đoạn gần đến song chắn rác, hV = Vavg /2g θ là góc nghiêng của thanh chắn so với chiều dòng chảy, lấy θ = 90°  0,72 2  4 / 3   hL =1,83.(0,01/ 0,025)  .sin 90° = 0,014 m  2 × 9,81 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 30
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn 3.2 BỂ LẮNG 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 ở vào khoảng Vmax ≈ 0,3 m/s nhằm đảm bảo các hạt cát có thể lắng chìm xuống đáy, đồng thời 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. Thời gian nước lưu lại trong bể lắng từ 30 - 60 giây. Các bể lắng cát có hố thu cát ở 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 ở 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 trường hợp, để chủ động khống chế vận tốc trong kênh theo ý muốn, người 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: 3 (1) Thiết kế một bể lắng cát với lưu lượng nước thải lớn nhất Qmax = 0,45 m /s. Cho thời 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 Q 0,450 Diện tích mặt cắt ướt: A = = =1,5 m2 V 0,3 A 1,5 Chiều sâu lớp nước: H = = =1,0 m B 1,5 (2) Thiết kế đập tràn hình loe Đập tràn hình loe đối xứng được bố trí ở 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)(2H ) 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. 2g.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 trường, 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 Độ sâu tràn Độ sâu Bề rộng Vận tốc Q h = Q/0,56 H = h + 0,20 l = 0,13/h1/2 V = Q/BH (m3/s) (m) (m) (m) (m/s) (1) (2) (3) (4) (5) 0.45 0,803 1,003 0,145 0,298 0.40 0,714 0,914 0,153 0,291 0.35 0,625 0,825 0,146 0,282 0.30 0,535 0,735 0,177 0,271 0.25 0,446 0,646 0,194 0,257 0.20 0,357 0,557 0,217 0,239 0.15 0,267 0,467 0,254 0,213 0.10 0,178 0,378 0,307 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 nước chảy vòng Loại này có thể áp dụng trong trường 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. Ở đáy máng làm khe hở 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) 1 H 1 3. Ống dẫn cát ( < < ) 8 R 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 đường kính lớn hơn 0,2 mm, thời gian lưu lại trong bể khoảng 2 đến 5 phút tại thời điểm có lưu lượng cực đại. Hố thu cát được bố trí dưới đáy đường dẫn chừng 0,9 m dưới các ống thổi khí. Các ống thổi khí được đặt ở 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 Thời gian lưu lại trong bể tại Q max, phút 2 - 5 3 + Sâu 7 - 16 (2,133 - 4,867) Kích thước bể, ft ( 1 ft # 0,3048 m) + Rộng 25 - 65 (7,620 - 19,812) + Dài 8 - 23 (2,438 - 19,507) Tỉ số Rộng : Sâu 1:1 - 5:1 1,5 : 1 Tỉ số Dài : Rộng 3:1 - 5:1 4:1 Máy nén khí, ft3/min.ft (# 0.0929 m3/min.m) 2 - 5 (0,1855 - 0,4645) Lượng cát thu, ft3/Mgal (# 0,00748 m3/103 m3 nước) 0,5 - 27 (0,0037 - 0,2019) 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, thời gian chất thải trong kênh ứng với Qmax là 3 phút, chiều sâu dòng chảy trong bể là 3 H = 3 m. Dùng máy nén khí với công suất nén = 0,6 m /phút.m, hiệu suất ηa = 60% để thổi khí vào bể. Máy nén khí này được kéo bởi 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 đường 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 Thời 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 L (m) H (m) Chọn mặt thoáng có bề dài L = 8,5 m và bề rộng W = 2,5 m: 2 2 (8,5 x 2,5) = 21,25 m > 20,8 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 ở 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) ηb 0,60 P ≈ 5,06 kW Chi phí bơm khí mỗi tháng Cm từ động cơ T × C × P 24.h / d × 30.d / mo × 0,03$ / kW.h × 5,06kW Cm = m e = =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 thời gian nước lưu tồn T = 2 - 3,5 phút. Tốc độ nước dâng lên 3 - 3,7 m/s. Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 36
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn 3.3 BỂ LẮNG SƠ 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 đường đứt nét - - - - - - dùng cho ví dụ 3.5) Người 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 ở xưởng 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 ở phần 2.3.5, chương 2) và để nước đứng yên trong một khoảng thời gian nhất định (khoảng 1,5 - 2,5 giờ), 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 nhờn, chất dẽo nhẹ và các chất thải nổi khác. Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 37
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 38
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 thường xác định bằng cách thực nghiệm. Vận tốc lắng của thành phần hạt Vs có thể lấy theo công thức: g V = (ρ − ρ ).d 2 (3-7) s 18.µ s w trong đó g - gia tốc trọng trường, 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 - đường 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 • Thời gian lưu tồn thủy lực • Tốc độ nước chảy qua một đơn vị chiều dài đập tràn thành mỏng Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 39
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 Khoảng chuẩn ♦ Bể lắng sơ cấp trước trạm xử lý thứ cấp Thời gian lưu tồn, giờ 1,5 - 2,5 2,0 Lưu lượng, gal/ft2.day (m3/m2.day) - Trung bình 800 - 1.200 (32,56 - 48,84) 2.000 - 3.000 (81,4 - 122,1) 2.500 (101,75) - Tối đa Lưu lượng qua 1 đơn vị chiều dài đập tràn 10.000 - 40.000 (124 - 496) 20.000 (248) gal/ft.day (m3/m.day) ♦ Bể lắng sơ cấp có hoàn lưu bùn hoạt tính Thời gian lưu tồn, giờ 1,5 - 2,5 2,0 2 3 2 Lưu lượng, gal/ft .day (m /m .day) - Trung bình 600 - 800 (24,42 - 32,56) - Tối đa 1.200 - 1.700 (48,84 - 69,19) 1.500 (61,05) Lưu lượng qua 1 đơn vị chiều dài đập tràn gal/ft.day (m3/m.day) 10.000 - 40.000 (124 - 496) 20.000 (248) 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 ♦ Bể lắng hình chữ nhật - chiều sâu, ft (m) 10 - 15 (3,048 - 4,572) 12 (3,6576) - chiều dài, ft (m) 50 - 300 (15,24 - 91,44) 80 - 130 (24,384 - 39,624) - chiều rộng, ft (m) * 10 -80 (3,048 - 24,384) 16 - 32 (4,8768 - 9,7536) Vận tốc thiết bị gạt váng, ft/min (m/min) 2 - 4 (0,6096 - 1,2192) 3 (0,9144) ♦ Bể lắng hình tròn - chiều sâu, ft (m) 10 - 15 (3,048 - 4,572) 12 (3,6576) - đường kính, ft (m) 10 - 200 (3,048 - 60,96) 40 - 150 (12,192 - 45,72) - độ dốc đáy, in/ft (mm/m) 0,75 - 2 (62,5 - 166,6) 1 (83,3) Vận tốc thiết bị gạt váng cặn, r/min 0,02 - 0,05 0,03 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 0,1 0,08 0,07 0,06 0,04 0,02 0,01 % trọng lượng hạt lắng 10 15 35 65 90 98 100 Vận tốc lắng Vs (mm/s) 0,81 0,52 0,40 0,30 0,13 0,03 0,008 Số Reynolds, Re 0,08 0,042 0,028 0,018 0,005 0,0006 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 thời gian lưu là 6 giờ. Tính lượng thải loại toàn bộ nếu trong lượng riêng của nước thải là 1,15. Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 40
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn Q 36.400 Giải: Diện tích mặt thoáng A = = = 3.033 m2 p SOR 12 Bể hình vuông L = W = 3033 = 55,072 m, lấy tròn 56 x 56 m 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 H = V .t =12,033× = 2,901 m. Lấy tròn H = 3,0 m s 24 Kiểm tra lượng chảy qua đập tràn (Weir overflow rate, WOR): Q 36.400 WOR = = = 650 m3/day/m 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 thời giá trị này cũng dẫn đến giảm 32% BOD5. Q 5000 Diện tích mặt thoáng: A = = =143 m2 p SOR 35 Chọn bể tròn có đường kính 13,5 m và chiều sâu bể là 3m. Thể tích bể : V = 143 x 3 = 429 m3 3 Vday 429.m × 24.h Thời gian lưu tồn : T = = = 2.06 h Q 5000.m3 / m 2 .ngay 2.5 × 5000 Tại lưu lượng max: SOR = = 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%. Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 41
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn 3.4 BỂ THU DẦU, BỂ THU MỠ Dầu mỡ trong nước thải từ các nhà máy lọc dầu, xưởng sửa chữa xe cộ, xí nghiệp chế biến thực phẩm gia súc, là các chất độc hại cho môi trường 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 ρ − ρ U = .d 2 . n d (cm/s) (3-8) min 18 µ trong đó : d - đường kính hạt dầu, cm 3 ρn, ρd - lần lượt là trọng lượng riêng của nước thải và dầu, g/cm µ- độ nhớt của nước thải, ở 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 L = α. tt .h (m) (3-8) 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 20 15 10 α 1,75 1,65 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 đường 3 kính d = 0,008 cm, ở nhiệt độ 20°C, trọng lượng riêng của dầu là ρd = 0,87 g/cm , 3 3 nước thải ρn = 1 g/cm , độ nhớt của môi trường nước thải là µ = 0,01 g/cm .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: 981 ρ − ρ 981 1 − 0,87 U = .d 2 . n d = .0,0082. = 0,0465 cm/s = 0,00465 m/s min 18 µ 18 0,01 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 ω = = ≈ 48m2 vtt 0,00465 Thanh gạt dầu thường 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: Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 42
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn w 48 h = = = 2 m B 6 × 4 Chiều dài của bể thu dầu: v L = α. tt .h =1,5 ×10 × 2 = 30m U min Dung tích bể thu dầu: W = B.L.h = 24 x 30 x 2 = 1.440 m3 Thời gian lắng nước thải trong bể thu dầu: L 30 ×100 t = = = 107,52 phút # 1 giờ 47 phút vtt 0,465 × 60 3.5 BỂ LỌC Người 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 đường kính hạt khoảng 25 - 100 mm). Kích thước các bể thường vào khoảng 1,0 - 2,5 m theo chiều sâu và có đường 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 hưởng 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 Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 43
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 Cao Rất cao Lọc tròn Loại vật liệu lọc Sỏi Sỏi Sỏi Plastic Plastic/ Sỏi Tải thủy lực (x 1000 m3/m2. ngày) 10 - 40 40 - 100 100 - 400 150 - 900 600 - 1800 3 Tải hữu cơ (kg BOD5/m . ngày) 1 - 3 3 - 6 6 - 12 20 % BOD bị loại khử 80 - 85 50 - 70 40 - 80 65 - 85 40 - 85 Nitrat hoïa Có Một số Không Ít 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: t−20 Et = E20.a % (3-9) trong đó : Et - hiệu suất bể lọc ở nhiệt độ nước thải t °C E20 - hiệu suất bể lọc ở nhiệt độ nước thải 20 °C a - hằng số thực nghiệm, a = 1,035 Thông thường, 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: 100 E = % (3-10) 1 + 0,448. W /VF trong đó: 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 ở 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 m n (3-11) Lo []1+ Kα ()A.s / Q trong đó: L1 - lượng BOD vào, mg/l Lo - lượng BOD ra sau khi đã xử lý, mg/l Chương 3: CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CƠ HỌC 44
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 người với lượng thải 225 l/người.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 Giải: Hiệu suất giảm BOD yêu cầu: E = = 93% 360 Với R = 1:1 = 1, sử dụng phương trình NRC: Hệ số hoàn lưu: 1+ R 1 +1 F = = =1,65 (1 + 0,1R) 2 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 F = = = 2.083 (1 + 0,1R) 2 1+ 0,1× 2) 2 Phương trình NRC: 100 100 E = = 93 = 1 + 0,448. W /VF 1 + 0,448. 1620 /V (2,083) Î V = 26.550 m3 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, đường kính D = 40 m. πD 2  3,1416 × 40 2    3 3 Kiểm tra: Vtk = n.( .h) =10 ×  × 2,5 = 31.416 m > 31.212 m (thỏa). 4  4  Ví dụ 3.8: Cho BOD5 của nước thải WBOD = 200 mg/l Lượng nước thải WW = 1.400 m3/ngày 3 Thể tích bể lọc nhỏ giọt Vtf = 16.000 m 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 3 WW ×WBOD 1400.(m / ngay) × 200.(mg / l) 3 L = = 3 =17,5g/m .ngày Vtf 16000.(m ) Hệ số hoàn lưu 1 + R F = =1, vì R = 0 (không có lượng nước thải hoàn lưu) (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 Chương Û CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC THẢI DƯỚI ĐẤT oOo 4.1 CÔNG TRÌNH NHÀ VỆ SINH 4.1.1 Khái quát Con người và gia súc luôn luôn tạo ra chất thải từ chính mình, chủ yếu là phân và nước tiểu. Các chất thải người 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 đường đi của bệnh tật do ô nhiễm vi khuẩn từ chất thải người. Hình 4.1 : Đường đi của sự lây nhiễm bệnh tật từ chất thải con người 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 trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong một xã hội hiện đại và văn minh. Bảng 4.1 cho thành phần chất thải người. 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 người và gia súc Hàm lượng theo % trọng lượng Loại chất thải P2O5 K2O N Phân heo 0,45 - 0,6 0,32 - 0,50 0,5 - 0,6 Nước tiểu heo 0,07 - 0,15 0,2 - 0,7 0,3 - 0,5 Rác thải sinh hoạt 0,60 0,60 0,60 Phân chuồng heo 0,25 0,49 0,48 Phân người 0,50 0,37 1,00 Nước tiểu người 0,13 0,19 0,50 Phân lẫn nước tiểu người 0,20 - 0,4 0,2 - 0,3 0,5 - 0,8 (Nguồn: Nguyễn Đăng Đức, Đặng Đức Hữu (1968), Bùi Thanh Tâm (1984) trích bởi Trần Hiếu Nhuệ, 2001) 4.1.2 Bố trí Nhà vệ sinh Ở các vùng nông thôn, nơi có diện tích rộng rãi, kinh phí và vật liệu xây dựng khó khăn, nhà vệ sinh thường bố trí bên ngoài nhà ở, 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 trường, một số khoảng cách tối thiểu ở hình 4.2 cần được tham khảo. Hình 4.2 : Khoảng cách tối thiểu tham khảo khi bố trí hố xí công cộng ở vùng nông thôn 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 người chảy vào giếng. Đáy hố xí phải cao hơn mực nước ngầm tầng trên. Lượng phân thải tính trung bình cho mỗi người là 0,06 m3/năm. Hố xí dành cho một gia đình trung bình từ 4 - 6 người 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 người 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 thường ở các đô thị, nhà vệ sinh (bao gồm trung chỗ tắm rửa, chỗ tiểu, chỗ xí, ) phải gần nơi ở và làm việc và được bố trí ở vị trí thuận lợi, một phần nhằm tiết kiệm diện tích đất đai, một phần để tiện việc đi lại. Các chất thải của người 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 loại nhà vệ 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 Dạng Nguyên lý Tính chất nhà vệ sinh xử lý phân Ưu điểm Nhược điểm • Vi khuẩn yếm khí • Sạch sẽ, gọn gàng, • Chi phí cao. sẽ phân hủy các không hoặc ít gây • Không thể dùng chất thải người rò rỉ mùi hôi nước mặn và sau một thời gian • Thích hợp cho nước phèn được Tự hoại trong bể tự hoại. những vùng đất vì các loại nước cao, đất phù sa này không giúp nước ngọt. cho phân tự hoại được. • Chất thải thấm • Thích hợp cho các • Có thể ảnh qua các tầng đất vùng đất thấm nước hưởng phần nào và tự làm sạch tốt như các vùng đối với nền đất cao, vùng đồi núi, nơi đặt nhà vệ Tự thấm vùng giồng cát ven sinh. biển • Được UNICEF đề xuất xây dựng khá nhiều nơi khô hạn. • Dạng này không • Rẻ tiền • Không được vệ dùng nước, • Phân người sau sinh và thẩm mỹ thường dùng tro một thời gian ủ trộn • Có mùi hôi bếp, tro trấu hoặc với tro bếp có thể • Nếu không che cát mịn để phủ lấp dùng để làm phân đậy cần thận, Dạng khô phân. bón cho cây trồng. ruồi có thể đến • Có thể thiết kế để sinh sản. phân và nước tiểu đi đến những thùng chứa riêng biệt. 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 ở 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 1. Xây dựng nhà vệ sinh 3. Xây dựng loại nhà vệ loại có nút nhấn xả nước sinh có nút xả nối hố chứa Có dùng nước nối với hệ thống dẫn thoát phân hoặc ao cá hoặc hầm nước biogas 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 nước 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 (người 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 ở mức độ vừa Phân biệt bể tự hoại theo kết cấu: Bảng 4.5 : Phân loại bể thải theo kết cấu Loại bể Số người sử dụng Dung tích Bể tự hoại 2 ngăn 15 - 20 3.000 - 4.000 lít Bể tự hoại 3 ngăn 20 - 50 4.000 - 10.000 lít Bể tự hoại nhiều ( > 3) ngăn > 50 1.000 lít/người Bể phân hủy 4 – 200 1.000 lít/người Ngoài ra người 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 (Vườn - Ao - Chuồng - Biogas) ở nông thôn. Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 52
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn HỐ XÍ Người Không dùng nước Dùng nước Xuống ao, hồ * Thùng Hố ủ Hầm Bể chứa phân/ Cống chứa THU GOM tạm cố định Bể tự hoại rãnh N Ể Xe bò Xe hút Ao trữ LÝ Ử chuyển phân hầm cầu Hố trữ N CHUY & X Ậ V Hố ủ Nuôi Nuôi Nuôi Tưới, bón ruộng Biogas trùn tảo cá / Trồng cỏ NG Ụ NG& D Ụ Ử Nuôi Nuôi trâu, D Ử gà, vịt bò, dê, S TÁI S 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 hoại Bể tự hoại (septic tank) thường 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 ở 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 thước bể tự hoại 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 (người lớn hoặc trẻ em), số lượng người sử dụng nhà vệ sinh và thời gian sử dụng (thời 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/người.năm). Lấy theo bảng 4.6. P = số người sử dụng (người) N = thời 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/người.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 người 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 trường 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, đường kính hình trụ thường được chọn vào khoảng 1,0 - 1,5 m. Chọn đường 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 π 3.1416 Diện tich chung quanh hố = × D 2 = ×1,252 = 1,23 m2 4 4 Chương 4: CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC DƯỚI ĐẤT 54
Giáo trình CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Lê Anh Tuấn 4,8 Độ sâu của hố chứa phân = = 3,91 m 1,23 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. Bảng 4.7: Thể tích hố chứa khô Số năm Thể tích (m3) sử dụng Số người sử dụng Số người sử dụng (năm) Dùng nước để rửa sạch hậu môn Dùng giấy để chùi sạch hậu môn 4 6 8 10 12 4 6 8 10 12 4 1,28 1,92 2,56 3,20 3,84 1,92 2,88 3,84 4,60 5,32 6 1,92 2,88 3,84 4,60 5,32 2,80 4,20 5,32 6,40 7,48 8 2,56 3,84 4,84 5,80 6,67 3,84 5,32 6,67 8,20 9,64 10 3,20 4,79 5,80 7,00 8,20 4,60 6,40 8,20 10,0 11,8 12 3,84 5,32 6,76 8,20 9,64 5,32 7,48 9,64 11,8 13,96 15 4,60 6,40 8,20 10,0 11,8 6,40 9,10 11,8 14,5 17,2 (Nguồn: ESIC, Bangkok, 1987) Bảng 4.8: Thể tích hố chứa ướt Số năm Thể tích (m3) sử dụng Số người sử dụng Số người sử dụng (năm) Dùng nước để rửa sạch hậu môn Dùng giấy để chùi sạch hậu môn 4 6 8 10 12 4 6 8 10 12 4 0,85 1,28 1,71 2,13 2,56 1,28 1,92 2,56 3,20 3,88 6 1,28 1,92 2,5 3,20 3,83 1,92 2,88 3,84 4,60 5,32 8 1,71 2,56 3,41 4,20 4,84 2,56 3,84 4,84 5,80 6,76 10 2,13 3,20 4,20 5,00 5,80 3,70 5,80 5,80 7,00 8,20 12 2,56 3,84 4,84 5,80 6,76 3,84 6,76 6,76 8,20 9,64 15 3,20 4,60 5,80 7,00 8,20 4,60 8,20 8,20 10,0 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 Kiểu và kích Chiều Thể tích hố chứa phân (m3) thước ↓ sâu → 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Hình tròn, Φ 1,00 m 0,785 1,18 1,57 1,96 2,36 2,75 3,14 3,66 4,18 Hình tròn, Φ 1,25 m 1,23 1,84 2,45 3,07 3,68 4,29 4,91 5,71 6,53 Hình tròn, Φ 1,50 m 1,77 2,65 3,53 4,42 5,30 6,18 7,07 8,22 9,40 Hình vuông, cạnh 1,00 m 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,66 5,32 Hình vuông, cạnh 1,25 m 1,56 2,34 3,13 3,91 4,69 5,47 6,25 7,28 8,31 Hình vuông, cạnh 1,50 m 2,25 3,38 4,50 5,63 6,75 7,88 9,00 10,48 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 người 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 Ta cũng có thể sử dụng toán đồ sau (hình 4.6) để xác định thể tích hố chứa: • Đoạn OA - Thời gian sử dụng (năm) • Đoạn OB - Mức thải phân (m3 /người.năm), lấy ở bảng 2.3. • Đoạn OC - Thể tích hố chứa (m3) • Đoạn DE - Số người sử dụng (người) → B ) 15 3 14 → 13 i) tích (m tích 12 ườ ể Th 11 10 T ng (ng 9 ụ d 8 E ử 7 14 i s 6 12 ườ 4,8 5 ng 10 ố S 4 8 3 6 P 2 4 A 1 2 C N O 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 D 0.09 0.06 0.04 3 Số năm sử dụng (năm) → Mức thải phân (m /người.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
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. Chọn điểm C. Từ bảng 4.6, mức thải phân là C = 0,06 2. Chọn điểm P, là số người sử dụng, ví dụ này là 6. 3. Nối CP để được điểm T trên đoạn OB. 4. Kẻ đường nối 2 điểm A và T được đoạn AT. 5. Chọn điểm N, là số năm thiết kế, ở đây là 10 năm. 6. 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 ở qui mô gia đình, có thể dùng công thức kinh nghiệm sau (Dương Trọng Phỉ, 2003): Thể tích ngăn chứa V (m3) = Số người trong hộ x 0.04 (4-4) Công thức này cũng tương đối phù hợp với mức thải phân theo số liệu ở bảng 2.3 của Kalbermatten et al. (1980). 4.1.4.2 Kết cấu và vận hành bể tự hoại Chiều sâu nước trong bể tự hoại lấy khoảng chừng 1,2 - 2,0 m. Lưu ý cần bố trí tường chắn giữa các ngăn nhằm giữ lại các chất cặn ở đáy và ngăn các váng bọt nổi ở 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) thường 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, đường ống dẫn nước thải ra tới bể phải đặt nghiêng với độ dốc ≥ 1:50. Đối với các đường ống dẫn quá dài, cần đặt giếng kiểm tra. Đối với đường ống thoát nước thải ra khỏi bể, có thể đặt đường 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 thời gian đầu. Ngoài ra, một số chế phẩm vi sinh cho bể tự hoại (có bán ngoài thị trường) có thể được sử dụng để gia tăng thời gian giữa 2 lần lấy cặn. Sau một thời gian (hình 4.11), khi bể tự hoại đã đầy các chất lắng đọng thì cần phải hút loại ra ngoài. Thông thường, 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 thời 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 thời gian cần thiết để hút bể tự hoại của họ. Một gia đình 4 người có bể tự hoại với dung tích chứa (1,8 x 2,0 x 1,0) m3 và gia đình kia có 5 người có bể tự hoại (2,0 x 2,2 x 1,3) m3. Giải: • Gia đình có 4 người 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 đường cong gần nhất thiên về an toàn: V = 3,785 L, trong biểu đồ của Bounds). • Gia đình có 5 người 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 ở: • 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. Ở Việt Nam, có thể xây dựng gò lọc ở các gò cát, đồi cát hoặc các giồng cát dọc theo bờ biển hoặc sườn 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 vườn 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 ở, 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 đồ giếng 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 ở vị trí dưới hướng nước chảy của giếng lấy nước. Sau khi sử dụng một thời 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. Trường hợp không có điều kiện khảo nghiệm, có thể lấy 1 - 2 m2 diện tích thấm cho 1 người sử dụng. Có thể dùng bảng tra sau: Bảng 4.3 : Diện tích thấm có ích (m2, cho 1 người) khi xây giếng thấm Loại đất Nhà ở Trạm trại Trường học (200 l/ng/day) (100 l/h/d) (65 l/h/d) Cát thô hoặc sỏi 0,93 0,23 0,14 Cát mịn 1,40 0,37 0,23 Cát pha sét 2,30 0,60 0,37 Sét trộn nhiều cát hoặc sỏi 3,70 0,93 0,60 Sét trộn ít cát hoặc sỏi 7,10 1,85 1,25 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 trường: 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 thời gian (phút) mực nước hạ xuống 10 cm. Thêm điều kiện tắt bùn, lưu lượng thấm: 1200 q ≈ (4-5) s 2,5.t + 6,2 trong đó: 2 qs - lưu lượng thấm (l/m /ngày) t - thời gian (phút) cần thiết để mực nước hạ xuống 10 cm Ví dụ 4.5: Đo t trung bình = 2 phút 2 Î qs = 107 l/m /ngày Hình 4.16: Bố trí đo thời 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 Kết cấu giếng 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 thường 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 cường 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 ĐỒNG LỌC, TƯỚI 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 ở tầng đất mặt. Nhờ 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 ở 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 ở nhiệt độ khoảng 50 - 60°C trong vài giờ 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 Thiết kế Việc dùng nước thải để tưới cũng cần xem xét nhu cầu nước của cây trồng theo các yếu tố loại cây trồng, thời vụ, loại đất và giai đoạn sinh trưởng. 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 - 5.000 300 200 5.000 - 50.000 500 400 > 50.000 1.000 1.000 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 ở 4.3.3). Mỗi kiểu phù hợp với tính chất công trình nơi xử lý, có thể tham khảo ở 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