Tổng quan nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại vùng kinh tế trọng điểm phía Nam đã thúc đẩy sự hình thành của hàng loạt cơ sở sản xuất quy mô lớn. Sự tập trung của lực lượng lao động tại các nhà máy làm gia tăng áp lực xả thải sinh hoạt ra các lưu vực sông tự nhiên. Công ty Cổ phần Công nghiệp Federal Bay hoạt động trong lĩnh vực sản xuất dụng cụ thể dục thể thao và trang thiết bị bảo hộ tại huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh với quy mô 200.000 sản phẩm mỗi năm và lực lượng lao động thường trực 2.000 công nhân. Nhu cầu sử dụng nước cấp sinh hoạt của nhà máy đạt 300 m3/ngày lấy từ 5 giếng khoan ngầm, kéo theo lưu lượng phát sinh nước thải sinh hoạt trung bình 200 m3/ngày.đêm.

Hệ thống xử lý hiện hữu của cơ sở chưa được hoàn thiện, nguy cơ cao xả thải không đạt chuẩn quy định môi trường. Để giải quyết thực trạng trên, nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán cải tạo toàn diện trạm xử lý nước thải công suất 200 m3/ngày.đêm và lập hồ sơ cấp phép xả thải vào nguồn nước theo quy định hiện hành. Mục tiêu trọng tâm là đưa các thông số nước thải đầu ra đạt Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 14:2008/BTNMT Cột A, giảm thiểu tối đa tải lượng ô nhiễm xả vào suối Bà Tươi và sông Vàm Cỏ Đông, đồng thời hoàn thiện thủ tục pháp lý để xin cấp phép xả thải với thời hạn 5 năm.

Nghiên cứu được triển khai trên diện tích mặt bằng 45.790 m2 của nhà máy tại ấp Phước Đức B, huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh trong năm 2019. Đề tài đóng góp phương án công nghệ thực tiễn, giúp giảm tải lượng chất rắn lơ lửng hơn 80% và hợp chất hữu cơ hơn 87%, tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc cho việc quản lý tài nguyên nước bền vững trong doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí gián đoạn theo mẻ kết hợp bùn hoạt tính lơ lửng, được chuẩn hóa theo mô hình động học của Metcalf và Eddy. Mô hình này tích hợp toàn diện các giai đoạn làm đầy, phản ứng sinh hóa, lắng tĩnh và rút nước trong cùng một bể phản ứng, giúp tối ưu hóa hiệu quả loại bỏ các chất hữu cơ chứa cacbon và nitơ. Bên cạnh đó, lý thuyết cân bằng pha và truyền khối được vận dụng để thiết kế hệ thống sục khí cưỡng bức, bảo đảm duy trì nồng độ oxy hòa tan thích hợp cho vi sinh vật phân hủy chất nền.

Khung đánh giá sức chịu tải của nguồn tiếp nhận được xây dựng dựa trên phương pháp cân bằng tải lượng chất ô nhiễm theo quy định của Thông tư 76/2017/TT-BTNMT. Nghiên cứu sử dụng các khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: Nhu cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày, Tổng chất rắn lơ lửng, Hệ số không điều hòa lưu lượng, Tải lượng ô nhiễm tối đa và Khả năng tự làm sạch của nguồn nước mặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm số liệu đo đạc chất lượng nước thực địa và cơ sở dữ liệu thủy văn lưu vực sông Vàm Cỏ Đông. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 04 tổ hợp mẫu nước đại diện, trong đó có 02 mẫu nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý sơ bộ tại hố thu gom tọa độ VN2000 X=1231744, Y=588486, cùng 02 mẫu nước mặt tại vị trí cách cửa xả 200 mét về phía thượng nguồn và hạ nguồn suối Bà Tươi. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tổ hợp nhiều điểm theo thời gian theo tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011 và TCVN 6663-6:2008, bảo quản trong bình chuyên dụng 2 lít và chuyển giao phân tích tại Trung tâm Phân tích Quan trắc Môi trường.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích phòng thí nghiệm kết hợp tính toán thủy lực theo TCVN 7957:2008 là nhằm xác định chính xác hệ số không điều hòa chung đạt mức 2,38, từ đó tính toán được lưu lượng giờ lớn nhất 20,825 m3/h để định cỡ các công trình đơn vị. Quá trình tính toán tải lượng tiếp nhận được thực hiện cho cả hai kịch bản dòng chảy: mùa lũ với lưu lượng 1.000 m3/s và mùa kiệt với lưu lượng 10 m3/s trên sông Vàm Cỏ Đông. Timeline nghiên cứu được thực hiện khép kín trong khoảng thời gian từ tháng 5/2019 đến tháng 7/2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt đầu vào chưa qua xử lý của công ty cho thấy mức độ ô nhiễm cao vượt ngưỡng cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT Cột A:

  1. Ô nhiễm vi sinh vật cực kỳ nghiêm trọng với mật độ Coliform đạt 4,9 x 10^5 MPN/100mL, vượt 163,3 lần so với giới hạn xả thải quy định là 3.000 MPN/100mL.
  2. Hàm lượng hợp chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng ở mức cao: Nồng độ BOD5 ghi nhận ở mức 240 mg/L (vượt 8,0 lần so với quy chuẩn 30 mg/L), nồng độ TSS đạt 250 mg/L (vượt 5,0 lần so với quy chuẩn 50 mg/L), đòi hỏi công nghệ cải tạo phải đạt hiệu suất xử lý tối thiểu lần lượt là 87,5% đối với BOD5 và 80,0% đối với TSS.
  3. Các hợp chất dinh dưỡng và chất hoạt động bề mặt vượt tiêu chuẩn xả thải: Nồng độ Amoni đạt 23,05 mg/L (vượt 4,61 lần giới hạn 5 mg/L), Nitrat đạt 31,98 mg/L (vượt 1,07 lần giới hạn 30 mg/L), Photphat đạt 8,0 mg/L (vượt giới hạn 6 mg/L) và Dầu mỡ động thực vật đạt 60 mg/L (vượt 6,0 lần giới hạn 10 mg/L).
  4. Khả năng tiếp nhận của sông Vàm Cỏ Đông: Dòng chảy sông tại Gò Dầu có lưu lượng trung bình 96 m3/s, đủ năng lực hấp thụ tải lượng ô nhiễm sau khi trạm xử lý nâng cấp đạt chuẩn Cột A với lưu lượng xả tối đa 200 m3/ngày.đêm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính khiến nồng độ BOD5, Amoni và Coliform trong nước thải vượt chuẩn nhiều lần xuất phát từ thói quen sinh hoạt và quy mô tập trung của 2.000 công nhân. Hệ thống bể tự hoại hiện hữu chỉ xử lý sơ bộ cặn thô với hiệu quả lắng TSS từ 70% đến 80%, chưa xử lý triệt để các chất hữu cơ hòa tan và dinh dưỡng hòa tan.

Kết quả tính toán công nghệ cho thấy việc thay thế sơ đồ cũ bằng dây chuyền cải tạo gồm: Song chắn rác (khe hở 16 mm), Bể thu gom (thời gian lưu 30 phút, thể tích 12,6 m3), Bể điều hòa (thời gian lưu 8 giờ, thể tích 166,65 m3), Bể điều chỉnh pH (nâng pH lên 7,0 - 8,5 bằng NaOH), Bể phản ứng sinh học gián đoạn SBR tích hợp máy thổi khí công suất 3,75 kW, Bể trung gian, Bồn lọc áp lực cát thạch anh (áp lực rửa ngược 1,5 kg/cm2) và Bể khử trùng châm NaOCl mang lại hiệu quả vượt trội. Dữ liệu tính toán có thể được biểu diễn rõ ràng qua biểu đồ cột so sánh nồng độ ô nhiễm trước và sau xử lý, đi kèm bảng cân bằng vật chất thể hiện khả năng giảm thiểu tải lượng mùa kiệt từ 10 m3/s đến mùa lũ 1.000 m3/s của sông Vàm Cỏ Đông. So sánh với các nghiên cứu tương tự trong ngành may mặc và gia công dụng cụ, việc kết hợp SBR và lọc áp lực giúp giảm diện tích xây dựng khoảng 25% trong khi vẫn bảo đảm loại bỏ trên 90% Amoni và 99% Coliform.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tính toán thiết kế và hiện trạng xả thải, các giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất cụ thể như sau:

  1. Thi công nâng cấp cụm xử lý sinh học SBR và lọc áp lực: Tiến hành lắp đặt ngay bể SBR thể tích hữu ích và bồn lọc áp lực đa tầng nhằm mục tiêu đạt hiệu suất loại bỏ BOD5 trên 87,5%, TSS trên 80,0%, hoàn thành trong thời gian 90 ngày do Ban Quản lý Dự án Môi trường của nhà máy chủ trì.
  2. Tự động hóa hệ thống châm định lượng hóa chất: Lắp đặt 02 bơm định lượng công suất 0,2 kW châm dung dịch NaOH và NaOCl tự động theo tín hiệu đo pH và lưu lượng nước thải, bảo đảm giữ pH ổn định từ 7,0 đến 8,5 và nồng độ Coliform dưới 3.000 MPN/100mL, thực hiện trong vòng 30 ngày bởi Đội ngũ Kỹ sư Vận hành.
  3. Thiết lập mạng lưới quan trắc và giám sát định kỳ: Xây dựng hố kiểm tra xả thải tiêu chuẩn tại tọa độ X=1231734, Y=588485, lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng tự động ghi nhận công suất 200 m3/ngày.đêm và ký hợp đồng quan trắc định kỳ 3 tháng/lần với đơn vị có chứng chỉ VIMCERTS trong suốt 5 năm của chu kỳ cấp phép, chịu trách nhiệm bởi Phòng An toàn Môi trường.
  4. Xây dựng quy trình ứng phó sự cố và bảo dưỡng thiết bị: Bố trí máy thổi khí và máy bơm chìm dự phòng công suất 0,75 - 3,75 kW tại bể thu gom và bể SBR, duy trì kinh phí dự phòng xử lý sự cố hàng năm, triển khai ngay trong quý tiếp theo dưới sự phê duyệt của Ban Giám đốc Công ty.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu mang giá trị ứng dụng cao cho nhiều nhóm đối tượng:

  1. Kỹ sư thiết kế và vận hành trạm xử lý nước thải: Nắm bắt các bước tính toán chi tiết từ song chắn rác, bể điều hòa, bể SBR đến bồn lọc áp lực công suất 200 m3/ngày.đêm để áp dụng cho các dự án cải tạo trạm xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp tương tự.
  2. Cán bộ quản lý môi trường tại các doanh nghiệp sản xuất: Tham khảo quy trình xây dựng hồ sơ xin cấp phép xả thải vào nguồn nước theo đúng Mẫu số 35 của Thông tư 27/2014/TT-BTNMT và Thông tư 76/2017/TT-BTNMT.
  3. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng phương pháp luận đánh giá khả năng chịu tải của sông Vàm Cỏ Đông và suối Bà Tươi để thẩm định các đề án xả thải trong khu vực huyện Gò Dầu và tỉnh Tây Ninh.
  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Môi trường: Sử dụng tài liệu làm bài giảng mẫu về tính toán thủy lực, thiết kế công trình xử lý nước thải bằng phương pháp SBR và phương pháp tiếp cận lập báo cáo tác động nguồn tiếp nhận.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao công nghệ SBR lại được lựa chọn để cải tạo trạm xử lý nước thải công suất 200 m3/ngày.đêm? Công nghệ SBR tích hợp quá trình sục khí và lắng trong cùng một bể phản ứng, giúp tiết kiệm diện tích xây dựng tại khuôn viên nhà máy 45.790 m2. Chu kỳ hoạt động linh hoạt kiểm soát tốt quá trình nitrat hóa và khử nitrat, xử lý triệt để nồng độ Amoni cao 23,05 mg/L, đồng thời giảm thiểu đáng kể chi phí đầu tư bể lắng riêng biệt.

Hiệu quả xử lý nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ và vi sinh của hệ thống cải tạo đạt bao nhiêu? Dây chuyền cải tạo bảo đảm hiệu suất loại bỏ BOD5 đạt trên 87,5% (giảm từ 240 mg/L xuống dưới 30 mg/L), loại bỏ TSS đạt trên 80% (từ 250 mg/L xuống dưới 50 mg/L). Hệ thống khử trùng bằng NaOCl tiêu diệt 99,3% mật độ Coliform, đưa thông số từ 4,9 x 10^5 MPN/100mL về dưới 3.000 MPN/100mL theo chuẩn Cột A.

Hồ sơ xin cấp phép xả thải của doanh nghiệp cần tuân thủ các căn cứ pháp lý nào? Doanh nghiệp tuân thủ nghiêm ngặt Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, Nghị định 201/2013/NĐ-CP, Nghị định 18/2015/NĐ-CP, Thông tư 27/2014/TT-BTNMT về biểu mẫu đề án xả nước thải vào nguồn nước và Thông tư 76/2017/TT-BTNMT quy định về đánh giá sức chịu tải của nguồn tiếp nhận.

Nguồn tiếp nhận suối Bà Tươi và sông Vàm Cỏ Đông có đáp ứng khả năng tiếp nhận nước thải không? Với lưu lượng dòng chảy trung bình của sông Vàm Cỏ Đông là 96 m3/s, dao động từ 10 m3/s trong mùa kiệt đến 1.000 m3/s trong mùa lũ, nguồn tiếp nhận hoàn toàn đủ khả năng tự làm sạch khi tiếp nhận lưu lượng nước thải 200 m3/ngày.đêm đã được xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A.

Kế hoạch vận hành và bảo dưỡng trạm xử lý được tổ chức như thế nào? Hệ thống bố trí 2 máy bơm chìm công suất 0,75 kW hoạt động luân phiên tại hố thu gom, cùng 4 máy thổi khí 3,75 kW cung cấp oxy cho bể điều hòa và bể SBR. Bồn lọc áp lực được cài đặt chu kỳ rửa ngược định kỳ khi chênh lệch áp lực đạt 1,5 kg/cm2, bảo đảm hệ thống vận hành liên tục 24/24 giờ.

Kết luận

  • Đã xác định rõ đặc trưng nước thải sinh hoạt của 2.000 công nhân với các chỉ tiêu vượt chuẩn: BOD5 (240 mg/L), TSS (250 mg/L), Amoni (23,05 mg/L) và Coliform (4,9 x 10^5 MPN/100mL).
  • Hoàn thành thiết kế cải tạo công nghệ xử lý nước thải công suất 200 m3/ngày.đêm ứng dụng chu trình SBR kết hợp bồn lọc áp lực và khử trùng NaOCl.
  • Chứng minh tính toán thủy lực chính xác với hệ số không điều hòa Kmax = 2,38, thời gian lưu bể điều hòa 8 giờ và hiệu suất khử ô nhiễm hữu cơ đạt trên 87,5%.
  • Đánh giá sức chịu tải khẳng định nguồn nước sông Vàm Cỏ Đông tiếp nhận an toàn nước thải đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A trong cả mùa kiệt 10 m3/s và mùa lũ 1.000 m3/s.
  • Hoàn thiện đầy đủ bộ hồ sơ xin cấp phép xả thải vào nguồn nước thời hạn 5 năm theo quy chuẩn Thông tư 27/2014/TT-BTNMT.

Đóng góp lớn nhất của đề tài là cung cấp mô hình cải tạo thực tiễn với chi phí tối ưu, giải quyết triệt để bài toán xử lý nước thải sinh hoạt cho doanh nghiệp gia công quy mô lớn. Kế hoạch tiếp theo là hoàn tất thi công lắp đặt và nộp hồ sơ xin cấp phép trong vòng 60 ngày tới. Các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất công nghiệp có nhu cầu chuẩn hóa hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hãy áp dụng ngay mô hình SBR cải tiến này để bảo đảm tuân thủ pháp luật và phát triển bền vững.