Thiết kế xử lý nước thải sinh hoạt

Theo tài liệu, nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nhiều hoạt động khác nhau. Nó bắt đầu từ nước cấp và nước tự nhiên sau khi được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt hàng ngày của con người như ăn uống, tắm giặt, vệ sinh cá nhân, giải trí. Bên cạnh đó, nước thải sinh hoạt còn bao gồm nước từ các hoạt động sản xuất hàng hóa, chăn nuôi, và cả nước mưa bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ và vô cơ. Tất cả những nguồn nước này sau khi sử dụng đều được thải vào hệ thống thu gom và các nguồn tiếp nhận. Đặc điểm quan trọng của nước thải sinh hoạt là thường chứa một lượng lớn chất rắn lơ lửng, ảnh hưởng đáng kể đến quá trình xử lý nước thải và chất lượng môi trường.

Mùi của nước thải sinh hoạt là một yếu tố quan trọng cần được xem xét. Nước thải mới thường không có mùi khó chịu. Tuy nhiên, khi nước thải sinh hoạt bị phân hủy sinh học trong điều kiện yếm khí, một loạt các hợp chất gây mùi khó chịu sẽ được tạo ra. Hydrosulfua (H₂S) là hợp chất gây mùi đặc trưng nhất, có mùi trứng thối. Các hợp chất khác như indol, skatol, cadaverin… cũng được tạo ra trong điều kiện yếm khí và gây ra mùi khó chịu hơn cả H₂S. Việc xác định và kiểm soát mùi hôi là một phần quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, đặc biệt là trong các khu dân cư.

Độ màu của nước thải sinh hoạt là do sự hiện diện của nhiều yếu tố khác nhau. Các chất gây ra độ màu có thể bao gồm chất mùn, các chất hòa tan, chất dạng keo, thực vật thối rữa, một số ion kim loại (như Fe, Mn), tảo, than bùn… Độ màu cao sẽ cản trở khả năng khuếch tán ánh sáng vào nguồn nước, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh. Ngoài ra, nước thải sinh hoạt có độ màu cao còn làm mất mỹ quan nguồn nước, gây phản ứng tiêu cực từ cộng đồng dân cư lân cận. Do đó, việc kiểm soát độ màu là cần thiết trong quá trình xử lý nước thải.

Ngoài mùi và độ màu, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong đánh giá chất lượng và quá trình xử lý nước thải sinh hoạt. Nhiệt độ nước thải thường cao hơn nhiệt độ nước cấp do sự xả thải nước nóng từ các hoạt động sinh hoạt và thương mại. Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến quá trình xử lý sinh học và đời sống thủy sinh vật. pH của nước thải cũng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, đặc biệt là trong các quá trình sinh học. Nhu cầu oxy sinh học (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD) phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ. Oxy hòa tan (DO) cần thiết cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí. Cuối cùng, hàm lượng Photpho (P) và Nitơ (N) cao trong nước thải gây ra hiện tượng phú dưỡng, cần được kiểm soát để bảo vệ môi trường.

Đoạn văn mô tả xử lý cơ học nhằm loại bỏ các tạp chất không tan ra khỏi nước thải. Phương pháp này tập trung vào việc loại bỏ các chất rắn, bao gồm rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, và các tạp chất nổi trên bề mặt. Xử lý cơ học cũng giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải trước khi chuyển sang các giai đoạn xử lý khác. Các công trình xử lý cơ học thông dụng bao gồm: song chắn rác, bể lắng cát, và bể điều hòa. Song chắn rác giữ lại các vật liệu có kích thước lớn, bảo vệ các thiết bị phía sau. Bể lắng cát tách các hạt cát và các hạt vô cơ nặng. Bể điều hòa duy trì dòng thải ổn định, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn. Đây là bước xử lý quan trọng, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn xử lý tiếp theo, đặc biệt là xử lý sinh học.

Xử lý hóa lý thường được áp dụng sau xử lý cơ học trong dây chuyền công nghệ. Phương pháp này được sử dụng để loại bỏ các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan trong nước thải. Xử lý hóa lý có nhiều ưu điểm trong việc làm sạch nước. Tài liệu đề cập đến việc sử dụng các muối như FeCl₃.6H₂O, Fe₂(SO₄)₃.9H₂O, MgCl₂.6H₂O, MgSO₄.7H₂O,… trong quá trình này, nhưng không đi sâu vào chi tiết cụ thể của từng loại muối và cách thức hoạt động của chúng trong quá trình xử lý nước thải.

Xử lý sinh học dựa trên khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng (cacbon, nitơ, photpho, kali…) để sinh trưởng và phát triển. Phương pháp này được xem là đơn giản nhất, ít tốn kém, và hiệu quả cao. Tài liệu đề cập đến xử lý sinh học hiếu khí với bể Aeroten và bùn hoạt tính. Trong bể Aeroten, các chất lơ lửng đóng vai trò là hạt nhân cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và tạo thành bùn hoạt tính. Quá trình này chuyển hóa chất hữu cơ thành chất vô cơ (H₂O, CO₂). Xử lý sinh học kị khí cũng được đề cập, với ưu điểm là lượng bùn sinh ra ít hơn so với xử lý hiếu khí. Bể SBR là một dạng của bể Aeroten, có ưu điểm là khử được các hợp chất nitơ và photpho.

Tài liệu mô tả chi tiết các công trình xử lý trong hệ thống xử lý nước thải, bao gồm: bể Aeroten, đĩa quay sinh học RBC, bể lắng, và bể khử trùng. Bể Aeroten được sử dụng để thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí. Đĩa quay sinh học RBC sử dụng các đĩa quay để tạo điều kiện cho vi sinh vật bám dính và phát triển. Bể lắng tách bùn hoạt tính ra khỏi nước. Bể khử trùng loại bỏ vi khuẩn gây bệnh. Cuối cùng, tài liệu nêu rõ tiêu chuẩn xả thải nước thải cần đạt được, ví dụ như QCVN 14:2008, cột B, để đảm bảo chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường. Việc lựa chọn phương pháp xử lý và thiết kế hệ thống cần dựa trên đặc điểm nước thải, chẳng hạn như tỷ lệ BOD₅/COD và hàm lượng dầu mỡ để đảm bảo hiệu quả xử lý.

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho một khu chung cư 15 tầng với 180 hộ dân (tương đương 720 người). Nước thải sinh hoạt tại khu chung cư này chủ yếu chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, với các thông số đặc trưng: COD = 370 mg/l; BOD₅ = 250 mg/l; SS = 200 mg/l. Dựa trên đặc điểm này, phương pháp xử lý sinh học hiếu khí Aeroten kết hợp với các phương pháp xử lý cơ học được lựa chọn là giải pháp tối ưu. Việc lựa chọn này ưu tiên hiệu quả xử lý cao, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh khu dân cư, đặc biệt là về mùi hôi và diện tích lắp đặt. Điều này thể hiện sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa hiệu quả xử lý nước thải và tính khả thi trong thực tế.

Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế bao gồm nhiều công trình xử lý khác nhau. Quá trình xử lý bắt đầu bằng các công trình xử lý cơ học: song chắn rác để loại bỏ rác thải thô, bể tách dầu mỡ để loại bỏ dầu mỡ động thực vật. Sau đó, nước thải được dẫn vào bể điều hòa để điều chỉnh lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm, ngăn ngừa lắng cặn và giảm mùi hôi. Tiếp theo, nước thải được xử lý bằng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí trong bể Aeroten, sử dụng bùn hoạt tính để phân hủy chất hữu cơ. Oxy được cung cấp liên tục bằng hệ thống máy thổi khí (A1, A2). Sau bể Aeroten, nước thải đi qua bể lắng để tách bùn hoạt tính và cuối cùng là bể khử trùng để đảm bảo chất lượng nước thải đạt chuẩn trước khi xả thải. Hệ thống bơm được thiết kế với 2 bơm có công suất như nhau, hoạt động luân phiên để tăng tuổi thọ.

Bùn hoạt tính sinh ra trong quá trình xử lý sẽ được tuần hoàn một phần để duy trì nồng độ sinh khối trong bể lọc sinh học (3000-4000 mgMLSS/l). Phần bùn còn lại được dẫn vào bể chứa bùn và hút định kỳ hàng năm. Nước thải sau khi tách bùn được dẫn trở lại vào mương dẫn sau song chắn rác. Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế nhằm đạt tiêu chuẩn nước thải loại B theo QCVN 14:2008, đảm bảo chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này rất quan trọng để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Hai phương án xử lý được đánh giá, nhưng phương án 1 được ưu tiên do tính khả thi về diện tích và tác động đến người dân xung quanh.