Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Phan Rang – Tháp Chàm, tỉnh Ninh Thuận, là đô thị loại II với dân số dự kiến tăng từ khoảng 110.720 người năm 2014 lên 461.000 người vào năm 2025, tương đương tăng gần 2,8 lần trong vòng 10 năm. Quá trình đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự phát triển công nghiệp và dịch vụ đã tạo áp lực lớn lên hệ thống hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. Hiện tại, nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt của thành phố có công suất 5.000 m³/ngày đêm, tuy nhiên lượng nước thải phát sinh ngày càng tăng khiến công suất này không còn đáp ứng đủ. Chất lượng nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT loại A, với chỉ tiêu BOD5 và SS vượt lần lượt hơn 2 lần và 1,2 lần so với quy chuẩn cho phép. Hiệu suất xử lý BOD5 và SS chỉ đạt khoảng 40% và 45%, đồng thời nhiều công trình trong nhà máy xuống cấp, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành.

Mục tiêu nghiên cứu là cải tạo, nâng cấp nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Phan Rang – Tháp Chàm nhằm đáp ứng công suất xử lý đến năm 2025, đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 14:2008/BTNMT, góp phần cải thiện môi trường, nâng cao chất lượng cuộc sống và tạo điều kiện phát triển kinh tế xã hội bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của thành phố, với dữ liệu thu thập từ năm 2015 đến 2017. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp, tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý nước thải đô thị trong bối cảnh phát triển nhanh của thành phố.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải sinh hoạt hiện đại, bao gồm:

  • Lý thuyết bùn hoạt tính (Activated Sludge Process): Quá trình sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, tạo thành bùn hoạt tính. Đây là nền tảng cho các công nghệ xử lý sinh học như bể Aeroten, SBR.

  • Mô hình xử lý sinh học gián đoạn (Sequencing Batch Reactor - SBR): Hệ thống xử lý nước thải theo chu kỳ gồm các giai đoạn trộn, sục khí, lắng và xả nước, giúp kiểm soát linh hoạt các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí.

  • Khái niệm về công nghệ mương oxy hóa tuần hoàn: Sử dụng mương dài có sục khí và khuấy trộn để tạo điều kiện hiếu khí và thiếu khí luân phiên, xử lý hiệu quả BOD, COD và các chất dinh dưỡng như Nito, Photpho.

  • Công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane Bio Reactor): Kết hợp xử lý sinh học và lọc màng để giữ lại bùn hoạt tính, nâng cao hiệu quả xử lý và chất lượng nước đầu ra.

  • Các chỉ tiêu môi trường quan trọng: BOD5 (Nhu cầu oxy sinh học 5 ngày), COD (Nhu cầu oxy hóa học), SS (Chất rắn lơ lửng), DO (Oxy hòa tan), tổng N, tổng P, Coliform.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Phan Rang – Tháp Chàm, số liệu khí tượng thủy văn, dân số, kinh tế xã hội, cùng các tài liệu, tiêu chuẩn QCVN, TCVN liên quan.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê mô tả để đánh giá hiện trạng; so sánh với các tiêu chuẩn môi trường và các nhà máy xử lý nước thải tương tự trong nước và quốc tế; áp dụng các công thức tính toán thiết kế kỹ thuật để dự báo công suất và thiết kế cải tạo.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu nước thải đầu vào, đầu ra và các điểm trung gian trong nhà máy để phân tích chất lượng nước, đánh giá hiệu quả xử lý.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2015-2017, bao gồm khảo sát hiện trạng, thu thập số liệu, phân tích, đề xuất phương án và thiết kế cải tạo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng công suất và hiệu quả xử lý: Nhà máy xử lý nước thải hiện có công suất 5.000 m³/ngày đêm, trong khi lượng nước thải phát sinh ngày càng tăng, dự báo đến năm 2025 cần công suất khoảng 20.000 m³/ngày đêm. Hiệu suất xử lý BOD5 và SS chỉ đạt 40% và 45%, thấp hơn nhiều so với yêu cầu kỹ thuật.

  2. Chất lượng nước thải sau xử lý chưa đạt chuẩn: Nồng độ BOD5 sau xử lý là 120 mg/l, gấp hơn 2 lần so với quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT loại A (50 mg/l). TSS đạt 120 mg/l, vượt 20% so với tiêu chuẩn (100 mg/l). Tổng N và Coliform cũng vượt mức cho phép.

  3. Tình trạng xuống cấp của công trình: Lớp chống thấm HDPE của hồ hiếu khí bị phồng rộp, hệ thống đo DO và lưu lượng bị hỏng, các mương dẫn nước chưa hợp lý, thiếu phai chắn phân phối nước đều giữa các bể, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành.

  4. Phương án nâng cấp đề xuất: Hai phương án chính được đề xuất gồm sử dụng công nghệ bể SBR và công nghệ mương oxy hóa tuần hoàn. Phương án SBR phù hợp với quy mô vừa và nhỏ, hiệu quả xử lý BOD5 sau xử lý có thể đạt dưới 20 mg/l. Phương án mương oxy hóa có hiệu quả xử lý BOD5 đạt 85-95%, khả năng khử nitơ đạt 40-80%, tuy nhiên yêu cầu diện tích đất lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả xử lý thấp chủ yếu do công nghệ cũ, thiết bị xuống cấp và vận hành chưa tối ưu. So với các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tại Bắc Giang (công suất 10.000 m³/ngày đêm) và Nha Trang (40.000 m³/ngày đêm) sử dụng công nghệ mương oxy hóa và bùn hoạt tính, nhà máy Phan Rang còn nhiều hạn chế về công suất và chất lượng xử lý. Việc áp dụng công nghệ SBR hoặc mương oxy hóa tuần hoàn sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý, giảm tải ô nhiễm ra môi trường, đồng thời phù hợp với điều kiện kinh tế và diện tích đất của thành phố.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ BOD5, SS trước và sau xử lý giữa hiện trạng và các phương án đề xuất, bảng tổng hợp chi phí đầu tư và vận hành, cũng như sơ đồ mặt bằng nhà máy cải tạo.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp công nghệ xử lý: Áp dụng công nghệ bể SBR hoặc mương oxy hóa tuần hoàn để tăng công suất xử lý lên khoảng 20.000 m³/ngày đêm, đảm bảo chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 14:2008/BTNMT. Thời gian thực hiện dự kiến 2-3 năm.

  2. Cải tạo và sửa chữa công trình hiện hữu: Thay thế lớp chống thấm HDPE bị hỏng, sửa chữa hệ thống đo DO, lưu lượng, lắp đặt van lật tại cổng xả để tránh nước tràn ngược, nâng cấp hệ thống mương phân phối nước thải giữa các bể. Chủ thể thực hiện là Ban quản lý nhà máy và đơn vị thi công chuyên ngành.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo vận hành, bảo dưỡng cho công nhân nhà máy, xây dựng quy trình vận hành chuẩn, nhật ký vận hành đầy đủ, áp dụng hệ thống giám sát tự động SCADA để kiểm soát chất lượng nước đầu vào, đầu ra liên tục.

  4. Tăng cường công tác quản lý và bảo trì: Thiết lập kế hoạch bảo trì định kỳ, sửa chữa kịp thời các thiết bị hỏng hóc, đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả lâu dài. Chủ thể là Ban quản lý nhà máy phối hợp với các đơn vị bảo trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý đô thị và môi trường: Giúp hiểu rõ về thực trạng và giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý nước thải đô thị, từ đó hoạch định chính sách phát triển hạ tầng kỹ thuật phù hợp.

  2. Chuyên gia kỹ thuật môi trường và kỹ sư xử lý nước thải: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp thiết kế và đánh giá công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt, hỗ trợ trong việc lựa chọn và triển khai công nghệ phù hợp.

  3. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp xây dựng hạ tầng: Tham khảo các phương án kỹ thuật, chi phí đầu tư và vận hành để đưa ra quyết định đầu tư hiệu quả, bền vững.

  4. Sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành kỹ thuật môi trường: Là tài liệu tham khảo học tập, nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải, phương pháp thiết kế và quản lý vận hành nhà máy xử lý nước thải đô thị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nhà máy xử lý nước thải hiện tại không đáp ứng được nhu cầu?
    Do công suất thiết kế chỉ 5.000 m³/ngày đêm trong khi lượng nước thải phát sinh tăng nhanh, cùng với thiết bị xuống cấp và hiệu quả xử lý thấp, nhà máy không thể xử lý hết lượng nước thải và đạt chất lượng theo quy chuẩn.

  2. Công nghệ bể SBR có ưu điểm gì so với công nghệ hiện tại?
    Bể SBR hoạt động theo chu kỳ gián đoạn, dễ điều chỉnh các giai đoạn hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí, giúp xử lý hiệu quả BOD, SS và các chất dinh dưỡng, tiết kiệm diện tích và chi phí vận hành, phù hợp với quy mô vừa và nhỏ.

  3. Mương oxy hóa tuần hoàn có hạn chế gì?
    Mương oxy hóa yêu cầu diện tích đất lớn do thời gian lưu nước dài, thích hợp cho các khu vực có quỹ đất rộng và chi phí vận hành thấp, nhưng không phù hợp với khu vực đô thị có diện tích hạn chế.

  4. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả vận hành nhà máy?
    Cần đào tạo nhân viên vận hành, áp dụng hệ thống giám sát tự động, bảo trì thiết bị định kỳ, sửa chữa kịp thời các hư hỏng và xây dựng quy trình vận hành chuẩn.

  5. Chi phí đầu tư nâng cấp nhà máy có cao không?
    Chi phí đầu tư phụ thuộc vào công nghệ lựa chọn và quy mô nâng cấp. Phương án sử dụng bể SBR có chi phí đầu tư và vận hành hợp lý hơn so với mương oxy hóa, đồng thời tiết kiệm diện tích đất và dễ dàng mở rộng trong tương lai.

Kết luận

  • Thành phố Phan Rang – Tháp Chàm đang đối mặt với áp lực lớn về xử lý nước thải sinh hoạt do dân số tăng nhanh và phát triển đô thị.
  • Nhà máy xử lý nước thải hiện tại có công suất thấp, hiệu quả xử lý chưa đạt tiêu chuẩn môi trường, nhiều công trình xuống cấp.
  • Nghiên cứu đề xuất hai phương án nâng cấp chính: công nghệ bể SBR và mương oxy hóa tuần hoàn, phù hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu phát triển.
  • Cần thực hiện đồng bộ các giải pháp kỹ thuật, đào tạo vận hành và quản lý bảo trì để đảm bảo hiệu quả lâu dài.
  • Giai đoạn tiếp theo là triển khai thiết kế chi tiết, huy động nguồn lực đầu tư và xây dựng kế hoạch vận hành, bảo dưỡng nhà máy nâng cấp.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường và phát triển bền vững thành phố Phan Rang – Tháp Chàm!