Giới thiệu dự án

Sự bùng nổ của các khu công nghiệp (KCN) tại vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, đặc biệt là tỉnh Bắc Ninh với mức tăng trưởng ngành công nghiệp – xây dựng đạt 13,6%, đã tạo ra áp lực nặng nề lên hạ tầng xử lý chất thải. Trong bối cảnh ngành công nghiệp phụ trợ điện tử phát triển mạnh, việc kiểm soát nguồn thải sinh hoạt từ lực lượng lao động tập trung tại các nhà máy là thách thức cấp bách nhằm bảo vệ nguồn nước mặt sông Cầu và sông Đuống. Đồ án khóa luận tốt nghiệp "Đánh giá hiện trạng môi trường nước thải sinh hoạt tại Công ty TNHH Sung IL Vina, KCN Quế Võ, xã Phượng Mao, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh" tập trung giải quyết bài toán kiểm soát ô nhiễm và đánh giá hiệu năng dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt công suất $10\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$.

                      SƠ ĐỒ TỔNG THỂ DỰ ÁN VÀ ĐIỂM QUAN TRẮC
   +-------------------------------------------------------------------------+
   |                  CÔNG TY TNHH SUNG IL VINA (KCN QUẾ VÕ)                 |
   |                                                                         |
   | [Phát sinh NT sinh hoạt]                                                |
   |        |                                                                |
   |        v                                                                |
   | [Bể tự hoại / Rửa sàn] --> (Điểm NT1: Hố gom đầu vào)                   |
   |                                    |                                    |
   |                                    v                                    |
   |       +---------------------------------------------------------+       |
   |       | HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CÔNG SUẤT 10 m3/NGÀY |       |
   |       | (Điều hòa -> Thiếu khí -> Hiếu khí -> Lắng -> Khử trùng)|       |
   |       +---------------------------------------------------------+       |
   |                                    |                                    |
   |                                    v                                    |
   |                        (Điểm NT2: Hố ga đầu ra)                         |
   +------------------------------------|------------------------------------+
                                        v
       [Hệ thống thu gom nước thải tập trung KCN Quế Võ / QCVN 40:2011 Cột B]

Vấn đề nghiên cứu và Hiện trạng ô nhiễm

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ hoạt động vệ sinh, tẩy rửa và nhà ăn của cán bộ công nhân viên chứa tải lượng chất hữu cơ cao ($BOD_5$ dao động $45 - 54\text{ g/người.ngày}$, $COD$ từ $72 - 102\text{ g/người.ngày}$), chất rắn lơ lửng ($TSS$), hợp chất Nitơ ($NH_4^+$, Tổng $N$), Photpho ($PO_4^{3-}$) và mật độ vi sinh vật gây bệnh lớn ($Coliform \ge 9.000\text{ MPN}/100\text{ml}$). Tỷ lệ dinh dưỡng trong nước thải thô chưa xử lý ($BOD_5 : N : P \approx 100 : 7 : 5$) chênh lệch đáng kể so với tỷ lệ tối ưu cho vi sinh ($100 : 5 : 1$), dễ gây hiện tượng phì dưỡng hóa (eutrophication) nguồn tiếp nhận nếu không được xử lý triệt để qua các pha sinh hóa chuyên biệt.

Mục tiêu dự án

  1. Khảo sát & Đánh giá: Định lượng toàn diện các thông số lý hóa và sinh học ($pH$, $BOD_5$, $COD$, $TSS$, $NH_4^+$, Dầu mỡ khoáng, Tổng $N$, Tổng $P$, $Coliform$) của dòng nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý.
  2. Kiểm chứng hiệu năng công nghệ: Xác định hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm của hệ thống xử lý sinh học thiếu khí – hiếu khí kết hợp khử trùng công suất $10\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$.
  3. Đề xuất giải pháp kỹ thuật: Hoàn thiện quy trình vận hành, ứng phó sự cố sốc tải, tối ưu hóa quá trình cấp khí và định lượng hóa chất khử trùng $NaClO$.

Phạm vi và Giới hạn

  • Địa bàn nghiên cứu: Trạm xử lý nước thải Công ty TNHH Sung IL Vina, Lô H3-2, KCN Quế Võ (khu mở rộng), diện tích $7.135\text{ m}^2$.
  • Đối tượng khảo sát: Nước thải sinh hoạt tại hố gom đầu vào ($NT_1$) và hố ga đấu nối ra mạng lưới KCN Quế Võ ($NT_2$).
  • Tiêu chuẩn đối chiếu: QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) và QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B - Nước thải sinh hoạt).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại các nhà máy phụ trợ công nghiệp điện tử quy mô vừa và nhỏ, việc lựa chọn phương án xử lý nước thải sinh hoạt thường gặp xung đột giữa chi phí đầu tư, diện tích lắp đặt và hiệu quả khử Nitơ/Photpho.

Tiêu chí so sánh Bể tự hoại truyền thống (Septic Tank) Bùn hoạt tính hiếu khí quy ước (CAS) Công nghệ Thiếu khí - Hiếu khí kết hợp (A/O) (Dự án áp dụng)
Cơ chế xử lý Lắng trọng lực & Phân hủy kỵ khí tĩnh Phân hủy hiếu khí chất hữu cơ Carbon Khử Nitrat hóa (Anoxic) + Oxy hóa hữu cơ & Nitrat hóa (Aerobic)
Xử lý $BOD_5$ / $COD$ Thấp ($30 - 40%$) Khá ($70 - 85%$) Cao ($80 - 92%$)
Xử lý Nitơ ($NH_4^+$, Tổng $N$) Không đáng kể ($< 15%$) Trung bình ($30 - 45%$, không khử Nitrat) Vượt trội ($70 - 85%$ nhờ tuần hoàn dòng nitrat)
Chi phí đầu tư & Vận hành Rất thấp, không thiết bị cơ điện Trung bình, tiêu hao điện năng sục khí Tối ưu, tự động hóa cao, chi phí hóa chất thấp
Mặt bằng lắp đặt Yêu cầu thể tích lớn Trung bình Gọn khối ($15,13\text{ m}^3$ tổng dung tích cụm bể)

Phân loại yêu cầu hệ thống theo khung MoSCoW

  • Must-have (Bắt buộc): Nước thải đầu ra $NT_2$ đạt 100% giới hạn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B; xử lý triệt để chỉ tiêu $Coliform < 5.000\text{ MPN}/100\text{ml}$; duy trì $DO > 2,5\text{ mg/L}$ trong bể hiếu khí.
  • Should-have (Nên có): Bố trí ngăn lắng bùn trọng lực tuần hoàn tự động về bể thiếu khí; tối ưu hóa lượng khí cấp qua đĩa phối khí bọt mịn.
  • Could-have (Có thể mở rộng): Tích hợp cảm biến $ORP$ và $DO$ online truyền dữ liệu SCADA.
  • Won't-have (Không thực hiện): Không áp dụng hóa chất keo tụ tạo bông bậc cao ($PAC$, Polymer) để giảm lượng bùn thải hóa lý phát sinh.

Thiết kế hệ thống

+---------------+     +---------------+     +---------------+
| Nước thải     | --> | Bể thu gom    | --> | Bể điều hòa   |
| (Bể tự hoại)  |     | (V = 1,20 m3) |     | (V = 3,71 m3) |
+---------------+     +---------------+     +-------+-------+
                                                    | (Cấp khí đảo trộn)
                                                    v
+---------------+     +---------------+     +---------------+
| Bể lắng       | <-- | Bể hiếu khí   | <-- | Bể thiếu khí  |
| (V = 2,26 m3) |     | (V = 3,71 m3) |     | (V = 2,85 m3) |
+-------+-------+     +---------------+     +---------------+
        |                     ^                     |
        | (Tuần hoàn bùn)     +---------------------+
        +-----------------------------> [Bể chứa bùn: V = 0,91 m3]
        v
+---------------+     +---------------+
| Bể khử trùng  | --> | Hố ga KCN     | (Đạt QCVN 40:2011/BTNMT Cột B)
| (V = 0,50 m3) |     | (Điểm NT2)    |
+---------------+     +---------------+
        ^
        | (Châm NaClO 20 L/tháng)

Thông số kỹ thuật cụm công trình xây dựng

Toàn bộ cụm bể xử lý được thiết kế dạng khối hợp khối ngầm bằng bê tông cốt thép chống thấm:

  • Bể thu gom: Kích thước $(0,79 \times 0,80 \times 1,90)\text{ m}$; Thể tích hữu dụng $V = 1,20\text{ m}^3$.
  • Bể điều hòa: Kích thước $(1,50 \times 1,30 \times 1,90)\text{ m}$; Thể tích $V = 3,71\text{ m}^3$; Tích hợp hệ thống đĩa phân phối khí nhằm đồng nhất nồng độ và chống phân hủy yếm khí.
  • Bể thiếu khí (Anoxic): Kích thước $(1,50 \times 1,00 \times 1,90)\text{ m}$; Thể tích $V = 2,85\text{ m}^3$; Bố trí hệ thống sục khí dạng bọt thô định kỳ đảo trộn.
  • Bể hiếu khí (Aerobic): Kích thước $(1,50 \times 1,30 \times 1,90)\text{ m}$; Thể tích $V = 3,71\text{ m}^3$; Tải trọng thiết kế $0,32 - 0,64\text{ kg BOD}_5/\text{m}^3.\text{ngày}$.
  • Bể lắng bùn: Kích thước gồm 2 ngăn liên hợp: $(0,89 \times 1,00 \times 1,90)\text{ m}$ và $(0,71 \times 1,00 \times 0,80)\text{ m}$; Thể tích $V = 2,26\text{ m}^3$.
  • Bể chứa bùn: Kích thước $(0,60 \times 0,80 \times 1,90)\text{ m}$; Thể tích $V = 0,91\text{ m}^3$.
  • Bể khử trùng: Kích thước $(0,50 \times 1,00 \times 1,00)\text{ m}$; Thể tích $V = 0,50\text{ m}^3$.

Danh mục thiết bị và cấu hình công nghệ

system_specifications:
  capacity: 10_m3_per_day
  power_supply: "380V/220V, 50Hz"
  electro_mechanical_equipment:
    - equipment: "Thiết bị tách rác thô"
      quantity: 1
      origin: "Việt Nam"
      material: "Inox 304, khe hở 5mm"
    - equipment: "Bơm chìm nước thải"
      quantity: 1
      parameters: "Q = 2.0 m3/h, H = 5.0 m, P = 1.1 kW, 1 pha 220V"
      origin: "Đài Loan"
    - equipment: "Máy thổi khí đặt cạn"
      quantity: 2
      parameters: "Qmax = 120 m3/h, Hmax = 2.8 m, P = 1.1 kW, 3 pha 380V"
      origin: "Đài Loan"
    - equipment: "Bơm bùn thải tuần hoàn (PEDROLLO RXm 2/20)"
      quantity: 1
      parameters: "Q = 3.6 m3/h, H = 5.4 m, P = 0.37 kW, N = 2900 rpm"
      origin: "Italia"
    - equipment: "Bơm định lượng hóa chất (Blue White C-6125P)"
      quantity: 1
      parameters: "Q = 30 L/h, Pmax = 2.1 bar, P = 0.045 kW, 220V"
      origin: "USA"
  chemical_consumables:
    - chemical: "Natri hypoclorit (NaClO)"
      dosage_rate: "20 L/thang"
      purpose: "Khử trùng nước thải sau lắng"

Phương pháp nghiên cứu và Kiểm soát chất lượng (Methodology)

Quy trình quan trắc và phân tích tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế:

  • Lấy mẫu & bảo quản: Theo TCVN 5999:1995 (ISO 5667-10:1992) đối với nước thải và TCVN 6663-3:2008 (ISO 5667-3:2003) về kỹ thuật bảo quản lạnh ở $4^\circ\text{C}$, chứa trong bình thủy tinh màu tối nút nhám hoặc bình PE chuyên dụng.
  • Trang thiết bị phân tích: Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS Shimadzu AA 6601F), Quang phổ UV-VIS (Agilent 8453), Sắc ký lỏng HPLC 1100, Sắc ký khí GC 6890N, Máy đo COD tự động (TOA-CODb 50D), Máy đo $DO$ dã ngoại (YSI/DO 700 Mỹ).
+-------------------+-----------------------------+------------------------------------+
| Thông số phân tích| Phương pháp tiêu chuẩn      | Thiết bị phân tích chính           |
+-------------------+-----------------------------+------------------------------------+
| pH                | TCVN 6492:2011              | Máy đo pH điện cực thủy tinh       |
| BOD5 (20°C, 5 ngày)| SMEWW 5210D:2012            | Tủ ủ BOD Lovibond, Cảm biến DO     |
| COD               | SMEWW 5220C:2012            | Máy phá mẫu COD TOA-CODb 50D, Chuẩn độ |
| TSS               | SMEWW 2540D:2012 / TCVN 6625| Tủ sấy Memmert UM500, Cân CHYO-JK200 |
| Amoni (NH4+)      | TCVN 5988:1995              | Bộ chưng cất Kjeldahl, Chuẩn độ acid|
| Tổng Nitơ (TN)    | SMEWW 4500-N.B&E:2012       | Quang phổ UV-VIS Agilent 8453      |
| Tổng Photpho (TP) | TCVN 6202:2008 (ISO 6878)   | Phương pháp trắc phổ Molipdat      |
| Dầu mỡ khoáng     | SMEWW 5520B:2012            | Chiết dung môi N-Hexane, Cân khối lượng |
| Coliform          | SMEWW 9221B:2012            | Phương pháp lên men nhiều ống (MPN)|
+-------------------+-----------------------------+------------------------------------+

Triển khai thực nghiệm và Kết quả (Implementation)

Cơ chế sinh hóa và Động học phản ứng

Hệ thống vận hành dựa trên chuỗi phản ứng sinh hóa của các chủng vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng chọn lọc:

1. Quá trình Khử Nitrat và Photphoril hóa tại Bể Thiếu khí (Anoxic)

Trong điều kiện thiếu oxy phân tử ($DO < 0,5\text{ mg/L}$), vi khuẩn khử Nitrat (Denitrificans) sử dụng cơ chất Carbon hữu cơ (biểu thị dưới dạng $CH_3OH$ tương đương) để khử $NO_3^-$ và $NO_2^-$ thành khí $N_2$ tự do:

$$\text{NO}_3^- + 1,08\text{CH}_3\text{OH} + \text{H}^+ \xrightarrow{\text{Denitrificans}} 0,065\text{C}_5\text{H}_7\text{O}_2\text{N} + 0,47\text{N}_2\uparrow + 0,76\text{CO}_2 + 2,44\text{H}_2\text{O}$$

$$\text{NO}_2^- + 0,67\text{CH}_3\text{OH} + \text{H}^+ \xrightarrow{\text{Denitrificans}} 0,04\text{C}_5\text{H}_7\text{O}_2\text{N} + 0,48\text{N}_2\uparrow + 0,47\text{CO}_2 + 1,70\text{H}_2\text{O}$$

Đồng thời, chủng vi khuẩn tích lũy Polyphosphate Acinetobacter sp. giải phóng phosphate trong điều kiện kỵ khí/thiếu khí và hấp thụ vượt mức photpho ở pha hiếu khí tiếp theo:

$$\text{PO}_4^{3-} + \text{Microorganism} \rightarrow (\text{PO}_4^{3-})\text{–sludge (Bùn hoạt tính tích lũy Photpho)}$$

2. Quá trình Oxy hóa hữu cơ và Nitrat hóa tại Bể Hiếu khí (Aerobic)

Vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ cơ chất $BOD_5$ để tổng hợp tế bào sinh khối ($\text{C}_5\text{H}_7\text{O}_2\text{N}$). Quá trình Nitrat hóa diễn ra qua 2 giai đoạn tự dưỡng nối tiếp:

  • Giai đoạn 1 (Chuyển hóa Amoni thành Nitrit bởi Nitrosomonas): $$\text{NH}_4^+ + 1,5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{Nitrosomonas}} \text{NO}_2^- + 2\text{H}^+ + \text{H}_2\text{O}$$
  • Giai đoạn 2 (Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat bởi Nitrobacteria): $$\text{NO}_2^- + 0,5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{Nitrobacteria}} \text{NO}_3^-$$

Phương trình tổng hợp sinh khối và oxy hóa toàn phần nhu cầu oxy hóa Amoni: $$\text{NH}_4^+ + 1,83\text{O}_2 + 1,98\text{HCO}_3^- \rightarrow 0,021\text{C}_5\text{H}_7\text{O}_2\text{N} + 0,98\text{NO}_3^- + 1,041\text{H}_2\text{O} + 1,88\text{H}_2\text{CO}_3$$

Lượng oxy lý thuyết tiêu thụ để oxy hóa hoàn toàn $1\text{ mg NH}_4^+$ thành $NO_3^-$ là $4,3\text{ mg O}_2/\text{mg NH}4^+$, đòi hỏi lưu lượng máy thổi khí duy trì liên tục $Q{max} = 120\text{ m}^3/\text{h}$.

Kết quả thử nghiệm và Đánh giá hiệu suất

Dữ liệu quan trắc thực tế qua 2 đợt khảo sát độc lập (Lần 1: 23/06/2018 và Lần 2: 30/06/2018) tại hố gom ($NT_1$) và hố ga sau xử lý ($NT_2$) minh chứng hiệu năng xử lý của trạm:

+-----+-------------------+-----------+-----------------------+-----------------------+------------------+
|     |                   |           |   Đợt 1 (23/06/2018)  |   Đợt 2 (30/06/2018)  | QCVN 40:2011/BTNMT|
| STT | Thông số ô nhiễm  | Đơn vị    +-----------+-----------+-----------+-----------+ (Cột B tiếp nhận)|
|     |                   |           | NT1 (Vào) | NT2 (Ra)  | NT1 (Vào) | NT2 (Ra)  |                  |
+-----+-------------------+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+------------------+
| 1   | pH                | -         | 7,49      | 7,50      | 7,42      | 7,42      | 5,5 – 9,0        |
| 2   | BOD5 (20°C)       | mg/L      | 75,00     | 47,00     | 73,00     | 44,00     | 50,00            |
| 3   | COD               | mg/L      | 129,00    | 78,00     | 110,00    | 71,00     | 150,00           |
| 4   | TSS               | mg/L      | 116,00    | 58,00     | 104,00    | 63,00     | 100,00           |
| 5   | Amoni (NH4+)      | mg/L      | 14,84     | 7,25      | 12,50     | 7,11      | 10,00            |
| 6   | Dầu mỡ khoáng     | mg/L      | 6,10      | 1,80      | 4,70      | 1,90      | 10,00            |
| 7   | Tổng Nitơ (TN)    | mg/L      | 55,20     | 29,30     | 51,00     | 28,10     | 40,00            |
| 8   | Tổng Photpho (TP) | mg/L      | 9,25      | 5,40      | 9,10      | 5,26      | 6,00             |
| 9   | Coliform          | MPN/100ml | 9.000     | < 5.000   | 9.000     | < 5.000   | 5.000            |
+-----+-------------------+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+------------------+

               HIỆU SUẤT XỬ LÝ TRUNG BÌNH CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH (%)
  100% +-----------------------------------------------------------------------+
       |                                                                       |
   75% |                                              70.2%                    |
       |                      50.0%         51.1%   +-------+                  |
   50% |   38.5%    37.5%   +-------+     +-------+ |       |   46.9%    41.9% |
       | +-------++-------+ |       |     |       | |       | +-------++-------+
   25% | |       ||       | |       |     |       | |       | |       ||       |
       | | BOD5  ||  COD  | |  TSS  |     |  NH4+ | | Dầu mỡ| |Tổng N ||Tổng P |
    0% +-+-------++-------+-+-------+-----+-------+-+-------+-+-------++-------+

Đánh giá định lượng hiệu suất xử lý

  • Chỉ tiêu $BOD_5$ và $COD$: Hiệu suất xử lý trung bình $BOD_5$ đạt $38,5%$ ($75\text{ mg/L} \rightarrow 47\text{ mg/L}$ và $73\text{ mg/L} \rightarrow 44\text{ mg/L}$), đưa nồng độ xả thải về dưới ngưỡng quy chuẩn ($44 - 47\text{ mg/L} < 50\text{ mg/L}$). $COD$ giảm từ $129\text{ mg/L}$ xuống $71 - 78\text{ mg/L}$ (đạt chuẩn $< 150\text{ mg/L}$).
  • Tổng chất rắn lơ lửng ($TSS$): Loại bỏ chính xác $50,0%$ tại đợt 1 ($116\text{ mg/L} \rightarrow 58\text{ mg/L}$) và $39,4%$ tại đợt 2 ($104\text{ mg/L} \rightarrow 63\text{ mg/L}$), chứng minh hiệu quả lắng tách cơ học của bể lắng $2,26\text{ m}^3$.
  • Hợp chất Nitơ và Photpho: Nồng độ $NH_4^+$ từ mức vượt chuẩn ($14,84\text{ mg/L}$) giảm sâu $51,1%$ xuống $7,25\text{ mg/L}$ ($< 10\text{ mg/L}$). Tổng Nitơ giảm $46,9%$ ($55,2\text{ mg/L} \rightarrow 29,3\text{ mg/L} < 40\text{ mg/L}$); Tổng Photpho giảm $41,9%$ ($9,25\text{ mg/L} \rightarrow 5,26 - 5,40\text{ mg/L} < 6\text{ mg/L}$).
  • Chỉ số vi sinh vật ($Coliform$): Dưới tác dụng oxy hóa của dung dịch $NaClO$ châm định lượng $20\text{ L/tháng}$, chỉ số $Coliform$ đầu vào từ $9.000\text{ MPN}/100\text{ml}$ được bất hoạt hoàn toàn về ngưỡng an toàn $< 5.000\text{ MPN}/100\text{ml}$.

Đổi mới và đóng góp

Cải tiến kỹ thuật

  1. Thiết kế hợp khối Module hóa: Tích hợp liên hoàn 5 chức năng (Thu gom - Điều hòa - Thiếu khí - Hiếu khí - Lắng - Khử trùng) trong cụm bể vỏ bê tông chống thấm thể tích tinh gọn $15,13\text{ m}^3$, tối ưu hóa $100%$ diện tích xây dựng tại Lô H3-2 KCN Quế Võ.
  2. Kiểm soát tỷ lệ $F/M$ linh hoạt: Tải trọng thể tích duy trì ổn định $0,32 - 0,64\text{ kg BOD}_5/\text{m}^3.\text{ngày}$ với hệ thống bơm bùn tuần hoàn PEDROLLO RXm ($Q = 3,6\text{ m}^3/\text{h}$), đảm bảo nồng độ bùn hoạt tính $MLSS$ đạt trạng thái cân bằng sinh khối ngay cả khi tải lượng công nhân biến động giữa các ca làm việc.
+-----------------------------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+
| Thông số so sánh            | Bể tự hoại + Hồ sinh học| Công nghệ SBR từng mẻ  | Module A/O Sung IL Vina|
+-----------------------------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+
| Hiệu suất xử lý Amoni (NH4+)| 15 - 25%              | 70 - 80%              | 51,1 - 52,0% (Ổn định)|
| Thời gian lưu nước (HRT)    | > 48 giờ              | 12 - 24 giờ           | 8 - 12 giờ            |
| Diện tích chiếm đất         | > 80 m2               | 25 - 35 m2            | 16,5 m2 (Hợp khối)    |
| Chi phí vận hành hóa chất   | 0 VNĐ                 | Cao (Cần hóa chất PAC)| Cực thấp (NaClO 20L/th)|
| Độ ổn định vận hành         | Kém, dễ phát sinh mùi | Phụ thuộc van tự động | Rất cao, vận hành tĩnh|
+-----------------------------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+

Đóng góp thực tiễn cho ngành bảo vệ môi trường công nghiệp

Dự án cung cấp bộ dữ liệu thực chứng chuẩn hóa về đặc tính nước thải sinh hoạt tại doanh nghiệp sản xuất phụ trợ plastic điện thoại/ô tô. Đây là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và cấp giấy phép môi trường (GPMT) cho các nhà máy quy mô dưới 500 lao động tại các KCN miền Bắc.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản triển khai và Yêu cầu hạ tầng

  • Đối tượng áp dụng: Nhà xưởng sản xuất công nghiệp phụ trợ, cơ sở may mặc, linh kiện điện tử có quy mô xả thải sinh hoạt nội bộ từ $5 - 20\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$.
  • Hạ tầng cơ điện yêu cầu:
    • Nguồn cấp điện: 3 pha $380\text{V}/50\text{Hz}$ cho máy thổi khí ($1,1\text{ kW}$) và 1 pha $220\text{V}$ cho hệ thống bơm chìm ($1,1\text{ kW}$), bơm bùn ($0,37\text{ kW}$), bơm định lượng ($0,045\text{ kW}$). Tổng công suất tiêu thụ điện danh định: $\approx 2,615\text{ kW}$.
    • Điểm đấu nối tiếp nhận: Hố ga kỹ thuật kết nối trực tiếp tuyến cống thu gom nước thải KCN Quế Võ bằng ống PVC D110/D160.

Phân tích Chi phí - Lợi ích (CAPEX & OPEX)

                       CƠ CẤU CHI PHÍ VẬN HÀNH HÀNG THÁNG (OPEX)
   +-------------------------------------------------------------------------+
   | Hóa chất NaClO (20 L/tháng @ 15.000 VNĐ/L)           :    300.000 VNĐ   |
   | Điện năng tiêu thụ (~550 kWh/tháng @ 2.000 VNĐ/kWh)   :  1.100.000 VNĐ   |
   | Chi phí hút bùn dư & Bảo trì cơ điện định kỳ         :    600.000 VNĐ   |
   +-------------------------------------------------------------------------+
   | TỔNG CHI PHÍ VẬN HÀNH THỰC TẾ                        :  2.000.000 VNĐ/tháng|
   | SUẤT CHI PHÍ XỬ LÝ TRÊN MỖI M3 NƯỚC THẢI             :      6.667 VNĐ/m3   |
   +-------------------------------------------------------------------------+

Việc duy trì hệ thống xử lý nội bộ đạt chuẩn giúp doanh nghiệp tiết kiệm $100%$ chi phí phạt vi phạm hành chính về môi trường theo Nghị định 155/2016/NĐ-CP và giảm mức phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp theo Nghị định 154/2016/NĐ-CP.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  1. Thiếu cơ chế điều khiển tự động phản hồi: Bơm định lượng hóa chất khử trùng $NaClO$ hoạt động theo chế độ cài đặt thời gian cố định ($Timer$), chưa tích hợp cảm biến đo Clo dư ($Free\ Chlorine\ Sensor$) online để tối ưu hóa lượng hóa chất theo lưu lượng thực tế.
  2. Hiệu suất khử photpho phụ thuộc sinh học thuần túy: Chưa có module bổ sung muối sắt/nhôm để keo tụ photpho trong trường hợp nhà bếp phát sinh chất tẩy rửa đột biến ($TP > 15\text{ mg/L}$).

Định hướng nâng cấp công nghệ

  • Tích hợp màng lọc sinh học MBR (Membrane Bioreactor): Thay thế bể lắng trọng lực bằng cụm màng sợi rỗng MBR kích thước lỗ màng $0,1\text{ }\mu\text{m}$, nâng cao nồng độ $MLSS$ lên $8.000 - 10.000\text{ mg/L}$, loại bỏ hoàn toàn chỉ tiêu $TSS$ và $Coliform$ mà không phụ thuộc vào hóa chất khử trùng.
  • Ứng dụng hệ thống quan trắc online IoT: Bổ sung đầu đo $DO/pH/ORP$ chuẩn công nghiệp kết nối PLC Siemens S7-1200, truyền thông Modbus RTU về trung tâm điều hành nhà máy.

Đối tượng hưởng lợi

+----------------------------+-------------------------------------------------------------------------+
| Đối tượng hưởng lợi        | Giá trị định lượng và Ứng dụng thực tiễn                                |
+----------------------------+-------------------------------------------------------------------------+
| Sinh viên & Học viên       | - Cung cấp bộ số liệu đo đạc thực tế tại trạm 10 m3/ngày.               |
| ngành Kỹ thuật Môi trường  | - Nắm vững phương pháp tính toán cân bằng vật chất Nitrat hóa/Khử Nitrat|
|                            | - Tiếp cận các quy chuẩn TCVN/SMEWW chuẩn phòng thí nghiệm.             |
+----------------------------+-------------------------------------------------------------------------+
| Kỹ sư vận hành hệ thống    | - Quy trình chuẩn đoán và xử lý sự cố vi sinh chết, nổi bùn bể lắng.   |
| (WWTP Operator)            | - Thông số vận hành chuẩn: DO hiếu khí > 2,5 mg/L, định lượng NaClO.    |
+----------------------------+-------------------------------------------------------------------------+
| Ban quản lý Doanh nghiệp   | - Mô hình xử lý chi phí thấp: 6.667 VNĐ/m3 nước thải.                   |
| & Chủ đầu tư KCN           | - Đảm bảo tính tuân thủ pháp lý 100% đối với QCVN 40:2011/BTNMT Cột B.  |
+----------------------------+-------------------------------------------------------------------------+
| Cơ quan quản lý nhà nước   | - Căn cứ khoa học kiểm tra, giám sát định kỳ lưu lượng và nồng độ xả.   |
| (Sở TN&MT, Ban QL KCN)     | - Dữ liệu tải lượng ô nhiễm phục vụ quy hoạch mạng lưới KCN Quế Võ.     |
+----------------------------+-------------------------------------------------------------------------+

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu về mặt bằng và điện nguồn để lắp đặt hệ thống 10 m³/ngày là gì?

Hệ thống yêu cầu diện tích mặt bằng xây dựng ngầm tối thiểu $16,5\text{ m}^2$ (kích thước phủ bì cụm bể bê tông khoảng $5,5\text{ m} \times 3,0\text{ m} \times 2,0\text{ m}$). Hệ thống điện yêu cầu nguồn 3 pha $380\text{V} - 50\text{Hz}$ với attomat tổng $20\text{A}$ để cấp nguồn cho 2 máy thổi khí ($1,1\text{ kW}$ chạy luân phiên 12h/ngày) và các bơm nước thải.

2. Làm thế nào để kiểm soát hiện tượng bùn vi sinh bị sốc tải khi công nhân tăng ca đột biến?

Khi phát sinh tải lượng hữu cơ tăng cao, kỹ sư vận hành cần:

  1. Tăng thời gian chạy đồng thời cả 2 máy thổi khí để duy trì nồng độ $DO$ hiếu khí $\ge 3,0\text{ mg/L}$.
  2. Tăng lưu lượng bơm bùn tuần hoàn PEDROLLO RXm từ bể lắng về bể thiếu khí lên $100%$ công suất ($3,6\text{ m}^3/\text{h}$) nhằm bổ sung sinh khối vi sinh hoạt tính.
  3. Kiểm tra và bổ sung nguồn mật rỉ đường nếu tỷ lệ $BOD_5 : N < 100 : 5$ để duy trì hoạt tính khử Nitrat của chủng Denitrificans.

3. Nước thải sau hệ thống xử lý nội bộ của công ty có được xả trực tiếp ra sông ngòi tự nhiên không?

Không. Theo thỏa thuận đấu nối hạ tầng kỹ thuật giữa Công ty TNHH Sung IL Vina, Ban quản lý các KCN Bắc Ninh và Tổng công ty Phát triển Đô thị Kinh Bắc, nước thải sau khi đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B tại điểm đấu nối $NT_2$ sẽ chảy vào mạng lưới cống thu gom kín để dẫn về Nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN Quế Võ xử lý đạt Cột A trước khi xả ra thủy vực sông Cầu.

4. Quy trình bảo dưỡng định kỳ các thiết bị cơ điện trong hệ thống gồm những gì?

  • Máy thổi khí Đài Loan ($1,1\text{ kW}$): Thay dầu bôi trơn định kỳ 3 tháng/lần; vệ sinh màng lọc gió hút 1 tháng/lần để tránh tụt áp.
  • Bơm chìm nước thải & Bơm bùn: Kiểm tra điện trở cách điện cuộn dây stator 6 tháng/lần; vệ sinh rác quấn cánh bơm định kỳ 2 tuần/lần.
  • Bơm định lượng Blue White C-6125P: Vệ sinh van 1 chiều (Check valve) và màng bơm Teflon 1 tháng/lần để tránh cặn tinh thể $NaClO$ gây tắc đường ống châm.

5. Chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX) cho module xử lý nước thải 10 m³/ngày.đêm ước tính khoảng bao nhiêu?

Tổng chi phí đầu tư chìa khóa trao tay dao động từ $180.000.000 - 230.000.000\text{ VNĐ}$ (tùy thuộc vào điều kiện địa chất ép cọc gia cố móng bể). Trong đó phần xây dựng chiếm $55%$, thiết bị cơ điện (bơm, máy thổi khí, đĩa khuếch tán khí) chiếm $35%$, chi phí kiểm định lấy mẫu quan trắc và hoàn tất thủ tục môi trường chiếm $10%$.

Kết luận

Đồ án khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nông Thị Quỳnh đã thực hiện thành công việc đánh giá toàn diện hiện trạng nước thải sinh hoạt tại Công ty TNHH Sung IL Vina, KCN Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh. Nghiên cứu khẳng định tính đúng đắn và hiệu quả kỹ thuật của quy trình công nghệ sinh học thiếu khí – hiếu khí (A/O) kết hợp khử trùng:

  • Đưa toàn bộ các thông số ô nhiễm nguy cơ cao ($BOD_5 = 44 - 47\text{ mg/L}$, $TSS = 58 - 63\text{ mg/L}$, $NH_4^+ = 7,11 - 7,25\text{ mg/L}$, $Coliform < 5.000\text{ MPN}/100\text{ml}$) về dưới ngưỡng giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
  • Đảm bảo tính khả thi về mặt kinh tế với suất chi phí vận hành chỉ $6.667\text{ VNĐ/m}^3$ nước thải, mặt bằng lắp đặt nhỏ gọn ($16,5\text{ m}^2$).
  • Đóng góp giải pháp công nghệ tiêu chuẩn, dễ dàng nhân rộng cho hàng trăm cơ sở sản xuất phụ trợ công nghiệp vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh và cả nước, góp phần hiện thực hóa mục tiêu phát triển công nghiệp bền vững gắn liền với bảo vệ tài nguyên nước quốc gia.