Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng tại Việt Nam đã tạo ra sức ép lớn lên hệ thống hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là công tác thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt. Theo các dữ liệu thực tiễn được tác giả tổng hợp, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng lượng nước thải tại các đô thị nhưng chỉ có khoảng 6% được xử lý đạt chuẩn môi trường trước khi xả thải. Tình trạng các khu đô thị mới xả thẳng nước thải chưa qua xử lý hoặc chỉ qua bể tự hoại sơ sài vào hệ thống thoát nước chung diễn ra phổ biến (điển hình như các phản ánh thực tế tại khu đô thị Ciputra, Trung Hòa – Nhân Chính, Linh Đàm, Văn Khê), gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt và tiềm ẩn nguy cơ suy thoái nguồn nước ngầm. Báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) năm 2010 và số liệu của Bộ Y tế chỉ ra rằng ô nhiễm nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém là nguyên nhân gây ra hơn 20.000 ca tử vong mỗi năm tại Việt Nam, đồng thời hơn 80% bệnh truyền nhiễm liên quan trực tiếp đến nguồn nước bị ô nhiễm.
Xuất phát từ thực trạng trên, tác giả Thân Thị Đam đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp kỹ sư/cử nhân ngành Quản lý Tài nguyên Rừng và Môi trường tại Trường Đại học Lâm nghiệp (niên khóa 2012-2016) với đề tài: "Nghiên cứu đặc tính nước thải sinh hoạt khu đô thị Văn Phú, Hà Đông và đề xuất biện pháp xử lý thích hợp".
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:
- Mục tiêu chung: Thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm nâng cao chất lượng môi trường nước tại khu đô thị.
- Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá hiện trạng và đặc tính nước thải sinh hoạt tại khu đô thị Văn Phú thông qua hoạt động lấy mẫu và phân tích thực nghiệm các chỉ tiêu hóa lý, sinh học.
- Đề xuất quy trình công nghệ và tính toán thiết kế kỹ thuật hệ thống xử lý nước thải phù hợp với quy mô và đặc thù nguồn thải của khu đô thị.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của cư dân khu đô thị Văn Phú.
- Phạm vi không gian: Khu đô thị mới Văn Phú, phường Phú La, quận Hà Đông, thành phố Hà Nội.
- Phạm vi nội dung và thông số phân tích: Tập trung vào 6 chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng bao gồm độ pH, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Amoni ($N\text{-}NH_4^+$) và Photphat ($P\text{-}PO_4^{3-}$).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết về thành phần hóa sinh của nước thải đô thị và các cơ chế xử lý nước thải:
- Khung lý thuyết ô nhiễm: Nước thải sinh hoạt được hình thành từ ba nguồn chính gồm nước thải bài tiết của con người (chứa phân, nước tiểu, chất hữu cơ dễ phân hủy, vi sinh vật gây bệnh), nước thải từ khu vực bếp nấu (giàu dầu mỡ, cặn rác hữu cơ, chất tẩy rửa) và nước thải tắm giặt (chứa xà phòng, hoạt chất hoạt động bề mặt). Quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ dựa trên hoạt động của vi khuẩn dị dưỡng (hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi) và vi khuẩn tự dưỡng (nitrat hóa). Các chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm bao gồm BOD5, COD, tỷ lệ COD/BOD (xác định khả năng phân hủy sinh học và độc tính kìm hãm vi sinh vật), tỷ lệ dinh dưỡng BOD5 : N : P để kiểm soát hoạt tính bùn sinh học, hàm lượng chất rắn (TS, TSS, TDS, VS) và chỉ thị vi sinh Coliform.
- Quy chuẩn kỹ thuật so sánh: Tác giả sử dụng QCVN 14:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt). Do khu đô thị Văn Phú là khu dân cư tập trung quy mô trên 50 căn hộ, hệ số dung tích nguồn tiếp nhận và quy mô cơ sở $K = 1,0$, giá trị nồng độ tối đa cho phép $C_{max}$ bằng chính giá trị quy định $C$ tại Cột B (áp dụng khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt). Ngoài ra, tác giả đối chiếu với QCVN 08:2008/BTNMT đối với nước mặt để đánh giá nồng độ COD.
Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:
- Phương pháp kế thừa tài liệu: Thu thập và tổng hợp dữ liệu thứ cấp từ sách chuyên khảo, giáo trình chuyên ngành, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, cùng hồ sơ quy hoạch tự nhiên, kinh tế - xã hội khu đô thị Văn Phú.
- Phương pháp phi thực nghiệm: Quan sát trực quan hiện trường dòng chảy, cống xả, hệ thống hồ tiếp nhận và các nguồn phát thải.
- Phương pháp thực nghiệm và phân tích phòng thí nghiệm:
- Công tác lấy mẫu: Sử dụng chai Polyetylen 1,5 lít sạch để thu thập mẫu tại 6 vị trí đại diện vào ngày 10/3/2016; bảo quản mẫu theo quy trình chuẩn và đo đạc tọa độ vị trí.
- Đo độ pH: Xác định trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo nhanh pH.
- Xác định TSS: Lọc 100 ml mẫu qua giấy lọc, sấy khô mẫu ở nhiệt độ $150^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi, cân trên cân phân tích độ chính xác $\pm 0,1\text{ mg}$.
- Xác định BOD5: Sử dụng phương pháp pha loãng bằng nước cất bổ sung dung dịch đệm photphat (pH = 7,2), $\text{CaCl}_2$, $\text{MgSO}_4$, $\text{FeCl}_3$ và sục khí đạt nồng độ oxy hòa tan tối thiểu $8\text{ mg/l}$. Đo giá trị ban đầu $DO_0$, ủ mẫu và mẫu trắng 5 ngày trong tủ kín ở $20^\circ\text{C}$, sau đó đo lại $DO_5$.
- Xác định COD: Sử dụng phương pháp oxy hóa hóa học bằng chất oxy hóa mạnh Kali bicromat ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) có xúc tác $\text{Ag}_2\text{SO}_4$ và muối thủy ngân $\text{HgSO}_4$ trong môi trường axit $\text{H}_2\text{SO}_4$. Hỗn hợp được nung ở $150^\circ\text{C}$ trong 2 giờ, sau đó chuẩn độ lượng dư bằng dung dịch muối Mohr $\text{Fe}^{2+}$ với chất chỉ thị Feroin (chuyển từ vàng chanh sang đỏ gạch).
- Xác định Photphat ($PO_4^{3-}$): Tạo phức chất màu xanh dương giữa ion photphat với amoni molipdat và axit ascorbic trong môi trường pH = 8,5; đo mật độ quang ở bước sóng 880 nm trên máy quang phổ so màu.
- Xác định Amoni ($NH_4^+$): Dựa trên phản ứng giữa $NH_4^+$ với thuốc thử Netle trong môi trường kiềm tạo phức màu vàng $\text{NH}_2\text{Hg}_2\text{IO}$, dùng muối Seignetle để loại trừ ảnh hưởng của ion $\text{Ca}^{2+}$ và $\text{Mg}^{2+}$; đo mật độ quang trên máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS.
- Phương pháp xử lý dữ liệu và thiết kế kỹ thuật: Xử lý số liệu định tính và định lượng, lập bảng biểu, biểu đồ so sánh với quy chuẩn kỹ thuật; tính toán thủy lực các công trình đơn vị và thể hiện bản vẽ mặt bằng bằng phần mềm AutoCAD.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương này tổng kết toàn diện cơ sở lý luận về nguồn gốc, thành phần lý hóa, sinh học của nước thải sinh hoạt và các phương pháp xử lý truyền thống gồm cơ học (song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, gạn tách mỡ), hóa học (trung hòa, keo tụ, oxy hóa khử), hóa lý (tuyển nổi, hấp phụ) và sinh học (hiếu khí, kỵ khí, thiếu khí).
Về tình hình công nghệ trên thế giới, tác giả điểm qua các xu hướng xử lý tại các nước công nghiệp (Nhật Bản, Mỹ, Anh, Pháp) với việc tích hợp tự động hóa cao từ các hãng SIEMENS, AB, YOKOGAWA và ứng dụng các giải pháp điều khiển tiên tiến như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo. Bên cạnh đó là các giải pháp sinh thái như hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng tại Đan Mạch đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95%, nitrat hóa đạt 90% và photpho đạt 90%.
Tại Việt Nam, các mô hình đất ngập nước nhân tạo hay công nghệ yếm khí tùy nghi APT (Anoxy Process Technology của Công ty công trình đô thị Ninh Thuận) đã được thử nghiệm. Tuy nhiên, nhìn chung tỷ lệ xử lý nước thải sinh hoạt đô thị trên cả nước vẫn rất thấp (ước tính khoảng 6%), hệ thống hạ tầng chưa đồng bộ và nhiều khu đô thị lớn tại Hà Nội vẫn xả thẳng nước thải chưa qua xử lý ra môi trường.
Chương II: Mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu
Nội dung chương II cụ thể hóa các mục tiêu nghiên cứu thành hệ thống các bước triển khai kỹ thuật. Tác giả trình bày chi tiết các bước thu thập tài liệu sơ cấp, thứ cấp; quy trình thao tác lấy mẫu nước thải tại hiện trường; công thức tính toán giải tích cho từng chỉ tiêu phân tích thí nghiệm (pH, TSS, BOD5, COD, Amoni, Photphat) cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết bị phục vụ quan trắc. Chương này đóng vai trò thiết lập khung phương pháp luận thực nghiệm đồng bộ để áp dụng trực tiếp cho đối tượng khảo sát tại khu đô thị Văn Phú.
Chương III: Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội khu đô thị Văn Phú
Chương III trình bày hồ sơ điều kiện tự nhiên và hiện trạng phát triển của khu vực nghiên cứu:
- Vị trí địa lý: Khu đô thị mới Văn Phú nằm trên địa bàn phường Phú La, quận Hà Đông, Hà Nội; tiếp giáp huyện Hoài Đức, Nam Từ Liêm (phía Bắc), huyện Thanh Oai, Chương Mỹ (phía Nam), quận Thanh Xuân, huyện Thanh Trì (phía Đông).
- Khí hậu, thủy văn: Thuộc vùng tiểu khí hậu đồng bằng Bắc Bộ, nhiệt độ trung bình năm đạt $23,8^\circ\text{C}$ (trạm Hà Đông ghi nhận $23,1 - 23,3^\circ\text{C}$); lượng mưa trung bình năm $1.700 - 1.800\text{ mm}$, trong đó mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 chiếm $85 - 90%$ tổng lượng mưa cả năm; độ ẩm không khí trung bình dao động $83 - 85%$.
- Kinh tế - xã hội và quy mô hạ tầng: Dự án có diện tích quy hoạch 94,1 ha, tỷ trọng đất dành cho giao thông chiếm 34,4%. Dân số thiết kế hoàn chỉnh là 20.000 người. Hệ thống cấp nước sạch do Nhà máy nước Hà Đông (công suất $16.000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$) và Nhà máy nước La Khê (công suất $20.000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$) cung cấp; nguồn điện được cấp từ hai trạm biến áp 110 kV Ba La và Văn Quán. Trụ sở hành chính đô thị có quy mô diện tích $2.800\text{ m}^2$.
Chương IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương IV là nội dung trọng tâm của khóa luận, gồm kết quả khảo sát thực nghiệm và tính toán công nghệ xử lý:
- Kết quả phân tích chất lượng nước thải:
Mẫu nước thải được lấy tại 6 điểm vào ngày 10/3/2016 gồm: 2 cống xả tập trung (M01, M06) và 4 góc hồ chứa (M02, M03, M04, M05). Số liệu quan trắc được so sánh với Cột B của QCVN 14:2008/BTNMT:
| Ký hiệu mẫu |
Vị trí lấy mẫu |
pH (-) |
COD (mg/l) |
BOD5 (mg/l) |
TSS (mg/l) |
N-NH4+ (mg/l) |
P-PO43- (mg/l) |
| M01 |
Cống xả tập trung số 1 |
7,3 |
336 |
175,4 |
595 |
21,67 |
15,33 |
| M02 |
Góc số 1 của hồ chứa |
7,9 |
240 |
136,1 |
520 |
18,24 |
13,08 |
| M03 |
Góc số 2 của hồ chứa |
8,0 |
288 |
145,7 |
520 |
14,87 |
11,02 |
| M04 |
Góc số 3 của hồ chứa |
8,0 |
240 |
133,7 |
551 |
14,16 |
10,70 |
| M05 |
Góc số 4 của hồ chứa |
7,6 |
192 |
112,4 |
472 |
11,02 |
13,40 |
| M06 |
Cống xả tập trung số 2 |
7,6 |
288 |
148,1 |
554 |
19,83 |
12,33 |
| QCVN 14:2008 (Cột B) |
- |
5 - 9 |
- |
50 |
100 |
10 |
10 |
Phát hiện quan trọng:
- Giá trị pH dao động từ 7,3 đến 8,0, hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép (5 - 9).
- TSS dao động từ 472 đến 595 mg/l, vượt quy chuẩn từ 4,7 đến 6,0 lần.
- BOD5 dao động từ 112,4 đến 175,4 mg/l, vượt quy chuẩn từ 2,2 đến 3,5 lần.
- Nồng độ $N\text{-}NH_4^+$ từ 11,02 đến 21,67 mg/l, vượt quy chuẩn từ 1,1 đến 2,2 lần.
- Nồng độ $P\text{-}PO_4^{3-}$ từ 10,7 đến 15,33 mg/l, vượt từ 1,1 đến 1,5 lần.
- COD dao động từ 192 đến 336 mg/l (vượt từ 3,8 đến 6,7 lần nếu so sánh với Cột B của QCVN 08:2008/BTNMT đối với nước mặt).
- Các mẫu tại cống xả tập trung (M01, M06) luôn có nồng độ chất ô nhiễm cao hơn các mẫu tại hồ chứa (M02 - M05) do nước trong hồ đã trải qua quá trình pha loãng và lắng tự nhiên.
-
Xác định thông số thiết kế đầu vào:
Dựa trên quy mô dân số thiết kế là 20.000 người và tiêu chuẩn thoát nước trung bình $q_{tb} = 120\text{ l/người/ngày đêm}$, lưu lượng nước thải trung bình tính toán là:
$$Q_{tb} = \frac{20.000 \times 120}{1.000} = 2.400\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$$
Lưu lượng trung bình giờ $Q_{tbh} = 100\text{ m}^3\text{/h}$. Với hệ số không điều hòa giờ $K_h = 2,56$, lưu lượng giờ lớn nhất là $Q_{maxh} = 256\text{ m}^3\text{/h}$. Giá trị nồng độ đầu vào trung bình dùng để thiết kế gồm: pH = 7,73; TSS = 535,3 mg/l; BOD5 = 139,3 mg/l; COD = 264 mg/l; $NH_4^+ = 16,63\text{ mg/l}$; $PO_4^{3-} = 12,64\text{ mg/l}$.
-
So sánh và lựa chọn công nghệ:
Tác giả đề xuất và so sánh 2 dây chuyền công nghệ:
- Phương án 1: Nước thải $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Ngăn tiếp nhận $\rightarrow$ Bể tách dầu $\rightarrow$ Bể điều hòa (sục khí) $\rightarrow$ Bể lắng I $\rightarrow$ Bể Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng II $\rightarrow$ Bể khử trùng (bằng dung dịch NaOCl 10%) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận/tái sử dụng (tưới cây, rửa đường, chữa cháy). Bùn hoạt tính từ Bể lắng II được tuần hoàn một phần về Bể Aerotank và Bể điều hòa; bùn tươi từ Bể lắng I dẫn ra sân phơi bùn.
- Phương án 2: Nước thải $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Ngăn tiếp nhận $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng hai vỏ $\rightarrow$ Bể lọc sinh học nhỏ giọt $\rightarrow$ Bể lắng II $\rightarrow$ Mương trộn Clo và bể tiếp xúc $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận.
So sánh kỹ thuật giữa 2 phương án:
| Tiêu chí |
Phương án 1 (Bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank) |
Phương án 2 (Bể lọc sinh học nhỏ giọt) |
| Ưu điểm |
- Thích hợp cho nước thải có lượng bùn cao và khó lắng.
- Hiệu suất xử lý BOD đạt từ 70% - 75%.
- Thích hợp trạm xử lý ô nhiễm vừa và nhỏ.
- Cung cấp oxy đầy đủ, đồng đều. |
- BOD5 được xử lý triệt để.
- Vật liệu lọc giữ lại được cặn lơ lửng.
- Ít tốn diện tích mặt bằng.
- Chi phí đầu tư xây dựng thấp. |
| Nhược điểm |
- Tốn diện tích xây dựng và tiêu hao năng lượng cấp khí.
- Có thể phát sinh sự cố tắc nghẽn hệ thống phân phối khí. |
- Lớp vật liệu lọc dễ bị tắc nghẽn.
- Chỉ thích hợp với nước thải có nồng độ BOD5 thấp.
- Khó tách các hạt vật chất kích thước nhỏ.
- Tốc độ lọc phụ thuộc nhiều vào vật liệu. |
Tác giả quyết định lựa chọn Phương án 1 làm phương án tính toán thiết kế chi tiết do đặc tính nước thải khu đô thị Văn Phú có hàm lượng TSS và BOD5 cao, yêu cầu độ ổn định vận hành lớn.
- Tính toán kích thước các công trình đơn vị (Phương án 1):
- Song chắn rác (thủ công): Tiết diện thanh chữ nhật $8 \times 50\text{ mm}$, khoảng cách khe hở $b = 20\text{ mm}$, góc nghiêng đặt thanh $\alpha = 60^\circ$, vận tốc qua song $v_{max} = 1\text{ m/s}$. Số lượng khe hở $n = 8$, số thanh chắn là 7. Chiều rộng song $B_s = 0,5\text{ m}$, chiều sâu thanh $1,23\text{ m}$, tổng chiều dài xây dựng mương dẫn $L = 2,3\text{ m}$, tổn thất áp lực $h_s = 0,063\text{ m}$.
- Bể tiếp nhận: Lưu lượng tính toán $Q_{maxh} = 256\text{ m}^3\text{/h}$, thời gian lưu nước $t = 30\text{ phút}$ (0,5 h). Thể tích làm việc $V = 128\text{ m}^3$. Kích thước xây dựng: Dài $8\text{ m} \times$ Rộng $6,5\text{ m} \times$ Cao $2,5\text{ m}$.
- Bể tách dầu mỡ: Thời gian lưu nước $t = 2\text{ h}$, tải trọng bề mặt $U_0 = 20\text{ m}^3\text{/m}^2\text{.ngày đêm}$. Thể tích $V = 512\text{ m}^3$, diện tích bề mặt $F = 120\text{ m}^2$. Kích thước xây dựng: Dài $24\text{ m} \times$ Rộng $6\text{ m} \times$ Cao $4,3\text{ m}$.
- Bể điều hòa: Thời gian lưu nước $t = 2\text{ h}$, thể tích làm việc $512\text{ m}^3$, chiều sâu hữu ích $3,5\text{ m}$, chiều cao an toàn $0,5\text{ m}$. Kích thước: Dài $15\text{ m} \times$ Rộng $10\text{ m} \times$ Chiều cao xây dựng $4\text{ m}$ (thể tích xây dựng $600\text{ m}^3$). Hệ thống cấp khí: Cường độ cấp khí $v_k = 0,015\text{ m}^3\text{/m}^3\text{.phút}$, tổng lưu lượng khí cấp $Q_{kk} = 540\text{ m}^3\text{/h}$. Ống chính đường kính $D = 140\text{ mm}$; 14 ống nhánh đường kính $d = 40\text{ mm}$ chạy ngang bể (khoảng cách giữa các nhánh $0,7\text{ m}$); mỗi ống nhánh khoan 87 lỗ khuếch tán khí đường kính $4\text{ mm}$ với khoảng cách giữa các lỗ là $11\text{ cm}$. Áp lực hệ thống khí nén $H_c = 3,4\text{ m}$, áp lực khí nén $P_{kk} = 1,329\text{ atm}$.
- Bể lắng I (Bể lắng đứng hình tròn, đáy nón nghiêng $45^\circ$, có ống trung tâm): Thời gian lưu nước $t = 1,5\text{ h}$, thể tích $V = 150\text{ m}^3$, đường kính bể $D = 7,4\text{ m}$, diện tích bề mặt $42,92\text{ m}^2$. Ống trung tâm có đường kính $d = 1,6\text{ m}$, vận tốc nước qua ống $0,015\text{ m/s}$; đường kính phần ống loe $d_{loe} = 2,16\text{ m}$, đường kính tấm chắn $2,8\text{ m}$. Chiều cao phần hình nón chứa bùn $h_b = 2,2\text{ m}$. Tổng chiều cao xây dựng của bể $H_{xd} = 6,0\text{ m}$.
- Bể Aerotank: Sau khi qua bể điều hòa (hiệu suất giảm 15%) và bể lắng I (hiệu suất giảm 30%), nồng độ đi vào Aerotank còn lại: $\text{BOD}_5 = 82,88\text{ mg/l}$, $\text{COD} = 157,1\text{ mg/l}$, $\text{TSS} = 318,5\text{ mg/l}$. Tính toán công nghệ hiếu khí với các thông số: thời gian lưu bùn $\theta_c = 30\text{ ngày}$, hệ số sản lượng tế bào $Y = 0,4$, hàm lượng tế bào chất (MLSS) $X = 3.000\text{ mg/l}$, hệ số phân hủy nội bào $K_d = 0,013\text{ ngày}^{-1}$, nồng độ BOD5 hòa tan đầu ra sau lắng II $S = 31,17\text{ mg/l}$. Hiệu quả xử lý theo BOD5 hòa tan đạt $E = 62%$, hiệu quả khử BOD5 của bể Aerotank đạt $40%$. Thể tích làm việc tính toán của bể Aerotank là $V_r = 357,13\text{ m}^3$.
Kết quả và đóng góp
Nghiên cứu của tác giả Thân Thị Đam đã mang lại các kết quả định lượng cụ thể:
- Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm đầy đủ về 6 chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt tại khu đô thị Văn Phú, phản ánh trung thực mức độ vượt chuẩn theo QCVN 14:2008/BTNMT Cột B (TSS vượt 4,7 - 6,0 lần; BOD5 vượt 2,2 - 3,5 lần; Amoni vượt 1,1 - 2,2 lần; Photphat vượt 1,1 - 1,5 lần).
- Hoàn thiện tính toán thiết kế chi tiết một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất $2.400\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ sử dụng công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank kết hợp bể lắng đứng và khử trùng NaOCl 10%. Toàn bộ các hạng mục đơn vị từ song chắn rác, ngăn tiếp nhận, bể tách dầu mỡ, bể điều hòa, bể lắng I đến bể Aerotank đều có thông số kích thước hình học, thông số thủy lực và chế độ phân phối khí cụ thể.
- Đề xuất giải pháp tuần hoàn bùn hoạt tính dư về bể điều hòa nhằm kích thích quá trình đông tụ sinh học, đồng thời tận dụng nguồn nước sau xử lý đạt chuẩn Cột B để tái phục vụ việc tưới cây, rửa đường và cứu hỏa trong khuôn viên khu đô thị.
So với các công trình nghiên cứu trước đó vốn chỉ khảo sát lý thuyết hoặc áp dụng các mô hình đất ngập nước nhân tạo đòi hỏi diện tích mặt bằng lớn, công trình này đóng góp một phương án thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, bám sát các điều kiện địa bàn thực tế và chỉ tiêu quy hoạch hạ tầng của khu đô thị mới Văn Phú.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận còn tồn tại một số hạn chế được tác giả và dữ liệu văn bản ghi nhận:
- Dữ liệu thực nghiệm phân tích chất lượng nước thải chỉ được lấy tập trung vào một đợt khảo sát duy nhất (ngày 10/3/2016) tại 6 vị trí, do đó chưa phản ánh được sự biến động tải lượng ô nhiễm theo các chu kỳ mùa khác nhau trong năm (đặc biệt là giữa mùa mưa và mùa khô của miền Bắc).
- Do giới hạn về thời gian và kỹ năng thực hành, các hạng mục tính toán kinh tế (vốn đầu tư xây dựng, chi phí máy móc thiết bị, điện năng tiêu thụ) và phần bản vẽ kỹ thuật chi tiết bằng phần mềm AutoCAD chỉ dừng ở mức tính toán lý thuyết công nghệ, chưa đi sâu vào cơ chế tự động hóa giám sát hoặc kiểm nghiệm thực tế trên mô hình pilot.
Hướng mở rộng nghiên cứu:
- Cần tiếp tục quan trắc bổ sung chất lượng nước thải theo chuỗi thời gian dài nhằm đánh giá hệ số không điều hòa theo ngày và theo mùa.
- Nghiên cứu sâu hơn về phương án xử lý bùn thải (bùn tươi và bùn hoạt tính dư) và lập dự toán kinh tế chi tiết cho công tác vận hành, bảo dưỡng trạm xử lý.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và kỹ thuật thực hành rõ ràng:
- Nhóm đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và các kỹ sư thiết kế hệ thống cấp thoát nước - xử lý nước thải.
- Phần nội dung có giá trị tham khảo cao:
- Quy trình thực nghiệm phân tích các chỉ tiêu hóa lý, sinh học trong phòng thí nghiệm (đặc biệt là kỹ thuật xác định BOD5 bằng phương pháp pha loãng, đo COD bằng chuẩn độ Kali bicromat và đo Amoni bằng máy quang phổ UV-VIS).
- Toàn bộ quy trình tính toán thủy lực công nghệ chi tiết từ công thức đến kết quả thực tế cho từng công trình đơn vị thuộc hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất $2.400\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$.
Câu hỏi thường gặp
1. Lưu lượng nước thải tính toán thiết kế của hệ thống xử lý KĐT Văn Phú là bao nhiêu và được xác định trên cơ sở nào?
Lưu lượng nước thải trung bình tính toán của hệ thống là $Q_{tb} = 2.400\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ (tương đương $Q_{tbh} = 100\text{ m}^3\text{/h}$ và lưu lượng giờ lớn nhất $Q_{maxh} = 256\text{ m}^3\text{/h}$ với hệ số vượt tải $K_h = 2,56$). Giá trị này được xác định dựa trên quy mô dân số thiết kế hoàn chỉnh của khu đô thị là 20.000 người và tiêu chuẩn thoát nước trung bình $q_{tb} = 120\text{ l/người/ngày đêm}$.
2. Vì sao tác giả lựa chọn công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank (Phương án 1) thay vì Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Phương án 2)?
Tác giả lựa chọn Phương án 1 vì nước thải sinh hoạt KĐT Văn Phú có nồng độ chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ cao (TSS lên đến 595 mg/l, BOD5 lên đến 175,4 mg/l). Công nghệ Aerotank thích hợp cho nước thải có lượng bùn cao, khó lắng, khả năng cấp khí đồng đều và hiệu suất khử BOD đạt $70 - 75%$. Ngược lại, Phương án 2 (bể lọc sinh học nhỏ giọt) rất dễ bị tắc nghẽn lớp vật liệu lọc, chỉ phù hợp với nước thải có tải lượng BOD thấp và không tách được các hạt vật chất kích thước nhỏ.
3. Chỉ tiêu ô nhiễm nào trong nước thải sinh hoạt KĐT Văn Phú vượt quy chuẩn xả thải nghiêm trọng nhất?
Chỉ tiêu vượt quy chuẩn nghiêm trọng nhất là tổng chất rắn lơ lửng (TSS), dao động từ 472 đến 595 mg/l, vượt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT Cột B (100 mg/l) từ 4,7 đến 6,0 lần. Tiếp theo là nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) dao động từ 112,4 đến 175,4 mg/l, vượt quy chuẩn (50 mg/l) từ 2,2 đến 3,5 lần.
4. Bể điều hòa và hệ thống sục khí của trạm xử lý được thiết kế với các thông số kỹ thuật nào?
Bể điều hòa có kích thước xây dựng Dài $15\text{ m} \times$ Rộng $10\text{ m} \times$ Cao $4\text{ m}$ (chiều sâu ngập nước làm việc $3,5\text{ m}$), tổng thể tích xây dựng $600\text{ m}^3$, thời gian lưu nước 2 giờ. Hệ thống cấp khí có tổng lưu lượng $540\text{ m}^3\text{/h}$ (cường độ cấp $0,015\text{ m}^3\text{/m}^3\text{.phút}$). Đường ống chính có đường kính $140\text{ mm}$, dẫn vào 14 ống nhánh đường kính $40\text{ mm}$ đặt ngang đáy bể; trên mỗi ống nhánh khoan 87 lỗ khuếch tán khí đường kính $4\text{ mm}$ với khoảng cách giữa các lỗ là $11\text{ cm}$.
5. Quy trình phân tích chỉ tiêu BOD5 và COD trong phòng thí nghiệm được tác giả thực hiện như thế nào?
Chỉ tiêu BOD5 được xác định bằng phương pháp pha loãng: mẫu được bổ sung dung dịch dinh dưỡng và nước cất bão hòa oxy hòa tan ($DO \ge 8\text{ mg/l}$), đo $DO_0$ ban đầu rồi ủ kín 5 ngày ở $20^\circ\text{C}$ để đo $DO_5$. Chỉ tiêu COD được xác định bằng phương pháp oxy hóa hóa học: sử dụng $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ có xúc tác $\text{Ag}_2\text{SO}_4$ và $\text{HgSO}_4$ trong môi trường axit mạnh, đun nung ở nhiệt độ $150^\circ\text{C}$ trong vòng 2 giờ, sau đó chuẩn độ lượng dư bằng dung dịch $\text{Fe}^{2+}$ với chất chỉ thị Feroin.
Kết luận
Khóa luận của tác giả Thân Thị Đam đã phản ánh khách quan hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại khu đô thị mới Văn Phú thông qua hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, chỉ ra sự vượt ngưỡng nghiêm trọng của các chỉ tiêu hữu cơ, cặn lơ lửng và chất dinh dưỡng so với QCVN 14:2008/BTNMT. Trên cơ sở đó, tác giả đã hoàn thiện tính toán công nghệ và thiết kế kỹ thuật trạm xử lý nước thải công suất $2.400\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ theo công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank đồng bộ. Đề tài là tài liệu kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác quản lý và bảo vệ môi trường nước đô thị.
