Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Sự gia tăng nhanh chóng của các khu công nghiệp và dự án đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) tại Việt Nam mang lại động lực tăng trưởng kinh tế, nhưng đồng thời tạo ra áp lực lớn đối với chất lượng môi trường nước tiếp nhận. Tỉnh Thái Nguyên là một trong những trung tâm công nghiệp trọng điểm của vùng trung du và miền núi phía Bắc, nơi có sự phát triển mạnh của ngành luyện kim, khai thác khoáng sản và chế tạo linh kiện điện tử. Theo số liệu quan trắc từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên được tác giả trích dẫn, chất lượng nguồn nước mặt trên lưu vực sông Cầu và các phụ lưu đang đứng trước tình trạng suy giảm nghiêm trọng: chỉ số nhu cầu oxy sinh hóa ($BOD_5$) vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,08 đến 9,5 lần; nhu cầu oxy hóa học ($COD$) vượt từ 1,2 đến 5,8 lần; và amoni ($NH_4^+$) vượt từ 1,34 đến 20 lần.
Trong bối cảnh đó, Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina – doanh nghiệp 100% vốn đầu tư Hàn Quốc, nhà cung ứng cấp 1 (vendor) của Tập đoàn Samsung – đi vào hoạt động từ tháng 4 năm 2016 tại Khu công nghiệp Điềm Thụy (thuộc địa bàn xã Điềm Thụy, huyện Phú Bình và xã Hồng Tiến, thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên). Nhà máy chuyên gia công bản mạch in (PCB) với quy mô công suất 659 sản phẩm/đơn vị thiết kế. Quy trình sản xuất cơ khí - quang học của nhà máy không phát sinh nước thải xi mạ hay in bề mặt bằng hóa chất ướt, do đó nguồn thải lỏng phát sinh tập trung chủ yếu từ sinh hoạt của lực lượng lao động (khoảng 500 cán bộ, công nhân viên) và một phần nước làm mát tuần hoàn, nước rửa hệ thống lọc bụi xyclon. Nước thải sinh hoạt nếu không được xử lý sơ bộ đạt chuẩn trước khi dẫn vào mạng lưới thu gom tập trung của khu công nghiệp sẽ gây quá tải cho trạm xử lý trung tâm và đe dọa nguồn tiếp nhận trực tiếp là suối Văn Dương cùng sông Cầu. Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đàm Thị Thư (ngành Khoa học môi trường, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên) được triển khai nhằm giải quyết vấn đề đánh giá thực trạng vận hành và chất lượng xả thải này.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được tác giả xác định cụ thể gồm 4 nhiệm vụ:
- Nắm được hiện trạng chất lượng nước thải sinh hoạt của Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina.
- Xác định mức độ ô nhiễm và các nguồn gây ô nhiễm nước thải trong khuôn viên cơ sở.
- Tìm hiểu công nghệ xử lý nước thải đang vận hành tại nhà máy và trạm xử lý nước thải tập trung của Khu công nghiệp Điềm Thụy.
- Đề xuất một số biện pháp quản lý và công nghệ nhằm giảm thiểu ô nhiễm đối với môi trường nước tiếp nhận.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động sản xuất, các nguồn phát sinh nước thải và hệ thống xử lý nước thải của Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina.
- Phạm vi không gian: Nhà máy của Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina tại Lô CN5, Khu công nghiệp Điềm Thụy, tỉnh Thái Nguyên; địa điểm phân tích và xử lý số liệu phối hợp tại Công ty TNHH Dịch vụ Tư vấn Công nghệ Môi trường Etech (thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh).
- Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ ngày 28/05/2018 đến ngày 30/11/2018; công tác quan trắc và lấy mẫu phân tích tại hiện trường được tiến hành trong tháng 11/2018 (cụ thể vào các ngày 18/11/2018 và 27/11/2018).
Cơ sở lý thuyết, pháp lý và phương pháp nghiên cứu
Khóa luận thiết lập khung nghiên cứu dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết chuyên ngành khoa học môi trường, hệ thống văn bản quy phạm pháp luật hiện hành và các phương pháp quan trắc, phân tích thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Cơ sở lý thuyết và các khái niệm:
- Khái niệm về môi trường, thành phần môi trường và 5 chức năng cơ bản của môi trường theo quy định của Luật Bảo vệ môi trường năm 2014.
- Khái niệm nước thải và phân loại nguồn thải: phân định rõ nước thải sinh hoạt (gồm nước đen từ khu vệ sinh và nước xám từ nhà ăn, tắm giặt), nước thải công nghiệp, nước tự nhiên, nước thải đô thị, nước chảy tràn bề mặt.
- Bản chất và cơ chế chuyển hóa của các thông số ô nhiễm đặc trưng: chỉ số pH, tổng chất rắn hòa tan (TDS), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy sinh hóa ($BOD_5$), nhu cầu oxy hóa học ($COD$), hợp chất dinh dưỡng nitơ (amoni, nitrat) và photphat, sunfua ($H_2S$), chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ động thực vật và vi sinh vật chỉ thị (Tổng Coliform).
- Lý thuyết về quá trình nitrat hóa (oxy hóa amoniac thành nitrit bởi vi khuẩn nitrit, tiếp tục oxy hóa thành nitrat nhờ vi khuẩn nitrat) và quá trình khử nitrat trong xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học.
Hệ thống cơ sở pháp lý và quy chuẩn áp dụng:
- Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 (được Quốc hội thông qua ngày 23/06/2014).
- Luật Tài nguyên nước năm 2012 (được Quốc hội thông qua ngày 21/06/2012).
- Nghị định số 18/2011/NĐ-CP và Nghị định số 25/2013/NĐ-CP về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải; Thông tư liên tịch số 63/2013/TTLT-BTC-BTNMT.
- Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT ngày 19/03/2009 của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước.
- Thông tư số 08/2009/TT-BTNMT ngày 15/07/2009 quy định quản lý và bảo vệ môi trường khu kinh tế, khu công nghiệp và cụm công nghiệp.
- QCVN 14:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (áp dụng ngưỡng giá trị Cột A để đối chiếu xả thải).
- QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
- QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.
- TCVN 7222:2002 – Yêu cầu chung về môi trường đối với trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung.
- Các tiêu chuẩn kỹ thuật phân tích và lấy mẫu: TCVN 6663-3:2008 (ISO 5667-3:2003) về kỹ thuật bảo quản mẫu; TCVN 6492:1999 (ISO 10523:1994) về xác định pH; TCVN 6001-2:2008 (ISO 5813-2:2003) về xác định $BOD_n$; TCVN 6185:2008 về kiểm tra màu sắc; TCVN 6491:1999 về trắc phổ.
Phương pháp nghiên cứu thực tế:
- Phương pháp kế thừa tài liệu: Thu thập và tổng hợp các nguồn tài liệu thứ cấp, bao gồm số liệu quan trắc môi trường định kỳ, sổ sách thống kê kỹ thuật, hồ sơ báo cáo giám sát môi trường của Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina và các tài liệu chuyên ngành của Công ty Etech Bắc Ninh.
- Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu hiện trường:
- Vị trí lấy mẫu: Lấy trực tiếp tại vị trí trước xử lý (đầu vào) và sau xử lý tại cửa xả thải của trạm xử lý nước thải sinh hoạt nhà máy.
- Thời gian và tần suất: Thực hiện vào 2 đợt (ngày 18/11/2018 và ngày 27/11/2018); quy cách lấy 01 mẫu/vị trí $\times$ 02 vị trí/lần = 02 mẫu/lần lấy. Thiết bị chứa mẫu làm bằng nhựa Polyetylen (PE).
- Quy trình làm sạch và bảo quản: Bình chứa mẫu hóa học được ngâm khử trùng bằng dung dịch axit clohidric hoặc axit nitric 1 mol/l trong 1 ngày, sau đó tráng lại bằng nước cất. Kỹ thuật bảo quản tuân thủ TCVN 6663-3:2008: các mẫu phân tích $BOD_5$, TSS và Tổng Coliform được bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4 - 8°C; mẫu dầu mỡ được cố định bằng axit sunfuric ($H_2SO_4$) hoặc axit clohidric (HCl) đưa về ngưỡng pH từ 1 đến 2.
- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Mẫu nước được chuyển về phân tích tại Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường. Các phương pháp phân tích chỉ tiêu cụ thể gồm:
- pH: Đo trực tiếp bằng điện cực máy đo pH.
- $BOD_5$: Phương pháp Winkler xác định nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày ủ ở 20°C.
- $COD$: Phương pháp chuẩn độ oxy hóa bằng kali pemanganat ($KMnO_4$).
- TSS: Phương pháp khối lượng (sấy khô cặn lơ lửng ở 105°C).
- TDS: Phân tích khối lượng bằng phương pháp làm bay hơi và đo độ dẫn điện.
- Nitrat ($NO_3^-$): Phương pháp so màu quang phổ với thuốc thử natri salixylat / phenoldisulfonic.
- Amoni ($NH_4^+$): Phương pháp so màu với thuốc thử Nessler và chưng cất định phân.
- Photphat ($PO_4^{3-}$): Phương pháp so màu phức amoni molipdat.
- Sunfua ($H_2S$): Phương pháp thể tích chuẩn độ iot và phương pháp khối lượng/độ đục.
- Tổng chất hoạt động bề mặt: Chuẩn độ hai pha trực tiếp xác định chất hoạt động bề mặt anion.
- Dầu mỡ động thực vật: Chiết bằng dung môi hydrocacbon/florocacbon và xác định hàm lượng trắc quang trong dải 0,5 - 100 mg/l.
- Tổng Coliform: Nuôi cấy và định lượng chỉ thị Enterococci/Coliform.
- Phương pháp xử lý và đánh giá số liệu: Xử lý số liệu quan trắc thô trên bảng tính điện tử Microsoft Excel, tính toán giá trị trung bình, tỷ lệ hiệu suất xử lý phần trăm (%) và đối chiếu với ngưỡng giới hạn quy định tại QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A).
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Phần mở đầu luận giải vai trò thiết yếu của tài nguyên nước đối với sự sống, cân bằng sinh thái và các hoạt động sản xuất công nghiệp. Tác giả giới thiệu tổng quan về sự hình thành của Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina tại Khu công nghiệp Điềm Thụy từ ngày 15/04/2016 trên diện tích quy hoạch 180 ha, quy mô công suất 659 sản phẩm mạch PCB, trạm xử lý nước thải sinh hoạt nội bộ có công suất thiết kế 30 $m^3$/ngày đêm. Trên cơ sở đó, tác giả xác định mục đích, 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài trong việc kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ sức khỏe cộng đồng xung quanh khu công nghiệp.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
Chương này tổng kết có hệ thống cơ sở lý luận, cơ sở pháp lý và hiện trạng thực tiễn liên quan đến công tác quản lý, xử lý nước thải:
- Khái quát các khái niệm, thành phần hóa - lý - sinh của nước thải đô thị và công nghiệp, giải thích cơ chế phân hủy hữu cơ và chỉ số vi sinh vật gây bệnh (E.Coli, tả, lỵ, thương hàn).
- Phân tích bức tranh thực tiễn ô nhiễm nước trên phạm vi toàn cầu: tình trạng thiếu hụt nước sạch uống được của 1,1 tỷ người, áp lực khan hiếm nước sinh hoạt đối với 2/3 dân số thế giới vào năm 2025 và tỷ lệ gần 90% nước thải tại các nước đang phát triển xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận không qua xử lý.
- Đánh giá hiện trạng tài nguyên nước tại Việt Nam: hệ thống 2.377 con sông lớn nhỏ, 9 lưu vực sông chính chiếm 93% diện tích mạng lưới thủy văn; cảnh báo tỷ lệ thất thoát nước 37 - 50% do hạ tầng tưới tiêu xuống cấp và sự suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm nghiêm trọng (21,5% dân số chưa tiếp cận nước sạch, 21% dân số dùng nước nhiễm asen).
- Tổng kết tình hình xử lý nước thải tại các khu công nghiệp: tính đến tháng 12/2011, cả nước có 283 KCN được thành lập nhưng tỷ lệ KCN vận hành có trạm xử lý nước thải tập trung chỉ đạt khoảng 43%, tỷ lệ đấu nối của các doanh nghiệp thứ cấp còn rất thấp do hạn chế về nguồn vốn, năng lực quản lý và chế tài cưỡng chế.
- Phân tích thực trạng ô nhiễm môi trường tại tỉnh Thái Nguyên: ô nhiễm nước sông Cầu do khai thác khoáng sản, luyện gang thép và cơ khí; ô nhiễm asen tại Đại Từ (vượt 1,7 - 8,2 lần), xyanua tại Phường Quang Vinh và Phú Lương (vượt 1,9 - 12,9 lần), kim loại nặng kẽm (Zn), cadimi (Cd), chì (Pb) trong đất và nước quanh KCN Sông Công và KCN Gang Thép Thái Nguyên; thống kê toàn tỉnh có 52 cơ sở gây ô nhiễm và 48 cơ sở gây ô nhiễm nghiêm trọng nhưng mới xử lý triệt để được 10 cơ sở.
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Tác giả trình bày chi tiết về đối tượng, địa bàn và tiến trình triển khai nghiên cứu:
- Giới thiệu tổ chức phối hợp nghiên cứu là Công ty TNHH Dịch vụ Tư vấn Công nghệ Môi trường Etech Bắc Ninh (thành lập ngày 26/08/2013, mã chứng nhận Vimcerts 222 do Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp, chứng nhận quan trắc lao động số 581/TB-SYT do Sở Y tế Bắc Ninh cấp).
- Cụ thể hóa 4 nội dung nghiên cứu: khảo sát cơ cấu tổ chức và công nghệ sản xuất của nhà máy Sam Hwa; khảo sát mạng lưới thoát nước và trạm xử lý tập trung KCN Điềm Thụy; lấy mẫu và phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt; đề xuất giải pháp quản lý - công nghệ.
- Thiết lập quy trình thu thập mẫu hiện trường, quy cách thiết bị chứa mẫu PE, phương pháp bảo quản mẫu nước theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-3:2008 và nguyên lý của từng phép thử phân tích trong phòng thí nghiệm.
Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 4 là phần nội dung trọng tâm của khóa luận, phản ánh toàn bộ kết quả khảo sát thực tế và phân tích thực nghiệm:
- Đặc điểm hoạt động sản xuất của Công ty Sam Hwa Yang Heng Vina: Đơn vị là doanh nghiệp 100% vốn Hàn Quốc, do ông Kim Changhwan làm Giám đốc, mã ngành chính C26100 (Sản xuất linh kiện điện tử). Tổng quy mô lao động đạt 500 người (trong đó có 10 cán bộ quản lý, chuyên gia nước ngoài và 490 nhân sự người Việt Nam gồm 450 công nhân, 15 kỹ sư, 15 kỹ thuật viên, 7 kế toán, 1 phiên dịch, 2 lái xe). Nhà máy tổ chức làm việc 2 ca/ngày (8 giờ/ca), 26 ngày/tháng (312 ngày/năm), mức lương cơ bản trung bình 3.000.000 đồng/công nhân.
- Công nghệ gia công bản mạch in PCB: Quy trình thuần túy mang tính chất gia công cơ khí chính xác và cắt quang học, bao gồm các công đoạn: Tấm vật liệu phủ đồng đầu vào (kiểm tra ngoại quan) $\rightarrow$ Gắn cố định với phụ liệu tấm lót dưới (Backup board) và tấm phủ trên (Entry board) $\rightarrow$ Khoan lỗ tự động bằng máy CNC (sử dụng mũi khoan BIT, lập trình độ sâu không xuyên qua Backup board) $\rightarrow$ Kiểm tra kích thước lỗ bằng thiết bị quang học tự động AOI và kính hiển vi $\rightarrow$ Cắt biên dạng bảng mạch bằng máy cắt laser $CO_2$ (bước sóng bức xạ 10,4 $\mu m$, nhiệt độ hội tụ đạt 1085°C làm nóng chảy cục bộ kết hợp luồng khí nén thổi xỉ cắt) $\rightarrow$ Tháo dỡ phụ liệu $\rightarrow$ Kiểm tra sản phẩm lần cuối bằng kính hiển vi lập thể $\rightarrow$ Đóng gói xuất xưởng giao về nhà máy Samsung. Dây chuyền không sử dụng hóa chất lỏng tẩy rửa hay xi mạ, do đó không phát sinh nước thải sản xuất nguy hại.
- Hiện trạng các nguồn nước thải và hệ thống thu gom KCN Điềm Thụy: Cơ sở phát sinh nước mưa chảy tràn, nước làm mát máy móc tuần hoàn (máy nén khí, làm lạnh, lọc bụi xyclon) và nước thải sinh hoạt từ khu vệ sinh, nhà ăn. Nước thải sinh hoạt được xử lý nội bộ tại trạm công suất 30 $m^3$/ngày đêm trước khi đấu nối vào cống chung của KCN Điềm Thụy để chuyển về Trạm xử lý nước thải tập trung (công suất 3.000 $m^3$/ngày đêm, công nghệ hóa lý kết hợp sinh học làm thoáng kéo dài, bùn xả ra sân phơi bùn, nước sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A xả ra suối Văn Dương rồi thoát vào sông Cầu).
- Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt của Công ty Sam Hwa: Phân tích 11 thông số trước và sau khi qua hệ thống xử lý nội bộ của nhà máy, so sánh đối chiếu với QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A).
- Đề xuất các giải pháp: Bao gồm nhóm giải pháp quản lý (bổ sung chế phẩm vi sinh định kỳ 6 tháng/lần vào bể tự hoại, hút bùn định kỳ 12 tháng/lần, phân tách riêng mạng lưới thu gom nước mưa và nước thải) và nhóm giải pháp công nghệ (thiết kế sơ đồ quy trình công nghệ xử lý sinh học hợp khối kết hợp thiếu khí - hiếu khí Anoxic - Aerotank).
Phần 5: Kết luận và kiến nghị
Tác giả khẳng định công tác bảo vệ môi trường và hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của Công ty Sam Hwa Yang Heng Vina hoạt động ổn định, đạt hiệu quả xử lý cao, các chỉ tiêu đầu ra đều nằm trong ngưỡng an toàn của quy chuẩn quốc gia Cột A. Tác giả kiến nghị doanh nghiệp tiếp tục duy trì bảo dưỡng thiết bị, kiểm soát chặt chẽ quy trình vận hành và kiến nghị ban quản lý khu công nghiệp hoàn thiện đồng bộ hệ thống quan trắc, thoát nước riêng biệt.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận cung cấp chuỗi số liệu thực nghiệm đo đạc chất lượng nước thải sinh hoạt đầu vào và đầu ra của hệ thống xử lý tại Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina. Số liệu phân tích đối chiếu với QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A) được tổng hợp chi tiết trong bảng dưới đây:
| TT |
Thông số phân tích |
Đơn vị tính |
Nước thải trước xử lý |
Nước thải sau xử lý |
Hiệu suất xử lý (%) |
QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A) |
| 1 |
pH |
- |
7,7 |
7,2 |
6,49 |
5 - 9 |
| 2 |
$BOD_5$ (20°C) |
mg/l |
29,4 |
28,0 |
0,48 |
30 |
| 3 |
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) |
mg/l |
48,7 |
46,0 |
5,54 |
50 |
| 4 |
Tổng chất rắn hòa tan (TDS) |
mg/l |
445 |
350 |
21,34 |
500 |
| 5 |
Amoni ($NH_4^+$ tính theo N) |
mg/l |
4,65 |
4,50 |
3,23 |
5 |
| 6 |
Nitrat ($NO_3^-$ tính theo N) |
mg/l |
37,2 |
25,0 |
32,79 |
30 |
| 7 |
Photphat ($PO_4^{3-}$ tính theo P) |
mg/l |
5,7 |
5,6 |
1,75 |
6 |
| 8 |
Sunfua ($H_2S$) |
mg/l |
0,72 |
0,40 |
44,44 |
1,0 |
| 9 |
Tổng chất hoạt động bề mặt |
mg/l |
4,67 |
4,10 |
12,20 |
5 |
| 10 |
Dầu mỡ động, thực vật |
mg/l |
9,4 |
8,2 |
12,76 |
10 |
| 11 |
Tổng Coliform |
MPN/100ml |
2.500 |
2.350 |
6,00 |
3.000 |
Kết quả thực nghiệm cho thấy:
- Về mức độ tuân thủ quy chuẩn: Trước khi qua xử lý, thông số Nitrat ($NO_3^-$) có giá trị 37,2 mg/l, vượt ngưỡng cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT Cột A (ngưỡng tối đa 30 mg/l). Sau khi đi qua hệ thống xử lý, hàm lượng Nitrat giảm xuống còn 25,0 mg/l (đạt hiệu suất xử lý 32,79%), đưa nồng độ về dưới ngưỡng cho phép. Mười thông số ô nhiễm còn lại (pH, $BOD_5$, TSS, TDS, Amoni, Photphat, Sunfua, Chất hoạt động bề mặt, Dầu mỡ động thực vật, Coliform) ở dòng thải đầu vào vốn đã ở mức xấp xỉ dưới ngưỡng quy chuẩn và sau xử lý đều duy trì ở mức đạt yêu cầu Cột A.
- Về hiệu suất phân hủy và tách cặn: Hệ thống đạt hiệu suất giảm nồng độ đáng kể ở một số chỉ tiêu hóa học như Sunfua ($H_2S$) đạt 44,44% (giảm từ 0,72 mg/l xuống 0,40 mg/l), TDS đạt 21,34% (từ 445 mg/l xuống 350 mg/l), dầu mỡ giảm 12,76% (từ 9,4 mg/l xuống 8,2 mg/l) và tổng chất hoạt động bề mặt giảm 12,20% (từ 4,67 mg/l xuống 4,10 mg/l).
Giải pháp tác giả đề xuất:
- Giải pháp kỹ thuật công nghệ: Tác giả đề xuất phương án cải tạo và xây dựng trạm xử lý nước thải sinh hoạt bằng kết cấu bê tông hợp khối, vận hành theo quy trình công nghệ sinh học hiếu khí kết hợp thiếu khí:
- Thu gom riêng rẽ: Nước thải khu vệ sinh dẫn qua Bể phốt (bể tự hoại); nước thải nhà ăn dẫn qua Bể tách dầu mỡ sơ bộ để loại bỏ váng dầu.
- Bể gom (ký hiệu T-00): Kết cấu bê tông cốt thép, lắp đặt 02 bơm chìm để luân phiên bơm chuyển nước thải tập trung sang công đoạn sau.
- Song chắn rác và Bể điều hòa (ký hiệu T-01): Lắp đặt rọ chắn rác để loại bỏ rác thô kích thước lớn, trang bị đĩa phân phối khí cấp khí liên tục từ máy thổi khí nhằm xáo trộn đều, điều hòa lưu lượng và ổn định nồng độ chất ô nhiễm, tránh phân hủy yếm khí phát sinh mùi.
- Cụm xử lý sinh học: Nước thải từ bể điều hòa được bơm sang Bể thiếu khí (Anoxic) để thực hiện quá trình khử nitrat chuyển hóa $NO_3^-$ thành khí nitơ ($N_2$), sau đó chảy tiếp sang Bể hiếu khí (Aerotank) được cấp khí cưỡng bức để vi sinh vật hiếu khí phân hủy triệt để chất hữu cơ ($BOD_5$, $COD$).
- Bể lắng và hoàn lưu bùn: Nước hỗn hợp bùn hoạt tính chảy sang bể lắng để tách bùn sinh học bằng phương pháp lắng trọng lực. Một phần bùn lắng được bơm tuần hoàn lại bể thiếu khí và hiếu khí để duy trì nồng độ vi sinh, lượng bùn dư được xả định kỳ về bể chứa bùn.
- Bể chứa trung gian, thiết bị lọc và hố ga quan trắc: Nước sau lắng dẫn qua bể trung gian, bơm qua cột lọc áp lực để loại bỏ triệt để cặn lơ lửng mịn trước khi thoát ra hố ga lấy mẫu kiểm tra đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A.
- Giải pháp tổ chức và quản lý:
- Thực hiện bổ sung định kỳ chế phẩm vi sinh phân hủy sinh học vào các ngăn bể tự hoại với chu kỳ 6 tháng/lần nhằm thúc đẩy quá trình hóa lỏng bùn cặn.
- Hút bùn và nạo vét cặn lắng tại các bể tự hoại định kỳ 12 tháng/lần.
- Tăng cường tuyên truyền, phổ biến nội quy không xả hóa chất tẩy rửa đậm đặc, dầu mỡ, xà phòng vào hệ thống bồn cầu để tránh làm chết men vi sinh vật bể phốt.
- Tách rời triệt để mạng lưới thu gom nước mưa chảy tràn và đường cống dẫn nước thải sinh hoạt để ngăn ngừa quá tải thủy lực vào mùa mưa bão.
Đóng góp của khóa luận:
Tác giả đã làm sáng tỏ cơ cấu xả thải của một doanh nghiệp FDI ngành phụ trợ điện tử đặc thù (gia công bo mạch PCB khô), chứng minh thực tế nước thải của cơ sở chỉ bao gồm nước thải sinh hoạt và nước làm mát, không phát sinh dòng thải kim loại nặng độc hại như các nhà máy mạ điện tử thông thường. Đề tài cung cấp số liệu thực nghiệm gốc có độ tin cậy cao về hiệu quả vận hành của trạm xử lý sơ bộ tại doanh nghiệp, đóng góp luận cứ khoa học cho ban quản lý KCN Điềm Thụy trong việc kiểm soát tải lượng ô nhiễm đầu vào trạm xử lý tập trung.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu:
- Phạm vi quan trắc thực tế còn hẹp: Công tác lấy mẫu hiện trường để phân tích chất lượng nước thải chỉ được thực hiện trong 2 đợt tập trung vào tháng 11 năm 2018 (ngày 18/11/2018 và 27/11/2018), do đó số liệu chưa phản ánh được sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm giữa các mùa trong năm (mùa khô và mùa mưa) cũng như các biến động lưu lượng tại các thời điểm tải sản xuất thay đổi.
- Phạm vi đối tượng khảo sát: Nghiên cứu tập trung đánh giá chất lượng dòng nước thải tổng hợp tại hố ga đầu vào và đầu ra sau hệ thống xử lý, chưa tiến hành lấy mẫu phân tích đánh giá hiệu quả xử lý riêng rẽ của từng đơn nguyên công trình đơn vi (như riêng bể phốt, riêng bể tách mỡ, hoặc riêng từng ngăn vi sinh).
- Dòng nước thải sản xuất gián tiếp (nước làm mát máy nén khí, nước rửa tháp xyclon) mới chỉ được liệt kê định tính về nguồn gốc mà chưa có bảng số liệu phân tích hóa lý riêng biệt.
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng chương trình quan trắc môi trường định kỳ với tần suất lấy mẫu dày hơn (tối thiểu 4 lần/năm theo các quý) để theo dõi xu hướng biến đổi nồng độ chất ô nhiễm theo mùa và theo chu kỳ ca sản xuất.
- Thực hiện quan trắc, lấy mẫu chuyên sâu tại từng công đoạn xử lý (bể điều hòa, bể thiếu khí Anoxic, bể hiếu khí Aerotank và bể lắng) nhằm tính toán chính xác động học phản ứng, tải trọng thể tích và tỷ lệ bùn hoạt tính (MLSS, SVI), từ đó tối ưu hóa chi phí điện năng sục khí và hóa chất vận hành.
- Nghiên cứu khả năng thu gom, tái sử dụng nguồn nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt chuẩn Cột A để phục vụ cho các mục đích làm mát thiết bị gián tiếp hoặc tưới cây xanh trong khuôn viên nhà máy, hướng tới mô hình tuần hoàn nước công nghiệp.
Giá trị tham khảo
Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo ứng dụng và học thuật đối với các nhóm đối tượng cụ thể:
- Sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Tài nguyên Môi trường: Khóa luận là tài liệu tham khảo thực tế về cấu trúc của một báo cáo đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước thải tại doanh nghiệp công nghiệp; cung cấp quy trình bài bản từ bước lập kế hoạch lấy mẫu ngoài hiện trường theo chuẩn TCVN 6663-3:2008, kỹ thuật bảo quản mẫu, đến các phương pháp phân tích phòng thí nghiệm xác định 11 thông số quy chuẩn môi trường.
- Kỹ sư, cán bộ quản lý môi trường (EHS) tại các doanh nghiệp gia công điện tử: Cung cấp thông tin tham khảo hữu ích về dây chuyền công nghệ gia công bản mạch in PCB bằng máy khoan cơ khí CNC và máy cắt laser $CO_2$ không dùng hóa chất xi mạ, giúp các kỹ sư môi trường phân định rõ nguồn thải nguy hại và dòng thải sinh hoạt thông thường để xây dựng hồ sơ giám sát môi trường định kỳ phù hợp.
- Đơn vị tư vấn công nghệ môi trường: Bản thiết kế và thuyết minh quy trình xử lý nước thải sinh hoạt hợp khối (Anoxic - Aerotank) kèm sơ đồ công nghệ, danh mục máy móc (bơm chìm, máy thổi khí, rọ chắn rác, đĩa cấp khí) là phương án kỹ thuật mang tính thực tiễn cao, có thể ứng dụng trực tiếp cho các nhà máy công nghiệp vừa và nhỏ có lưu lượng xả thải dưới 50 $m^3$/ngày đêm trong các khu công nghiệp tập trung.
Câu hỏi thường gặp
1. Quy trình sản xuất gia công bản mạch PCB của Công ty Sam Hwa Yang Heng Vina có làm phát sinh nước thải nguy hại chứa kim loại nặng hay hóa chất độc hại không?
Không. Dây chuyền sản xuất của nhà máy chỉ thực hiện các công đoạn gia công cơ học và quang học trên phôi bo mạch có sẵn, bao gồm tạo lỗ mạch in bằng máy khoan CNC và cắt biên dạng mạch in bằng máy cắt laser $CO_2$. Nhà máy hoàn toàn không có công đoạn mạ thiếc, mạ đồng hay in phủ bề mặt bằng hóa chất ướt, do đó không phát sinh dòng thải công nghệ độc hại. Nguồn nước phát sinh từ sản xuất chỉ là nước làm mát tuần hoàn gián tiếp của máy nén khí, hệ thống làm lạnh và nước từ buồng lọc bụi xyclon.
2. Trong số 11 chỉ tiêu phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt tại nhà máy, chỉ tiêu nào vượt ngưỡng quy chuẩn trước khi xử lý và kết quả sau xử lý đạt được là bao nhiêu?
Chỉ tiêu Nitrat ($NO_3^-$ tính theo Nitơ) là thông số duy nhất vượt ngưỡng quy chuẩn trước khi xử lý, đạt mức 37,2 mg/l (vượt giới hạn 30 mg/l của QCVN 14:2008/BTNMT Cột A). Sau khi đi qua hệ thống xử lý nước thải nội bộ của nhà máy, nồng độ Nitrat giảm xuống còn 25,0 mg/l (đạt hiệu suất phân hủy 32,79%), đáp ứng đầy đủ yêu cầu xả thải theo quy chuẩn Cột A.
3. Quy mô hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của Công ty Sam Hwa và trạm xử lý nước thải tập trung KCN Điềm Thụy có công suất bao nhiêu?
Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt nội bộ của Công ty Sam Hwa Yang Heng Vina được thiết kế với công suất tối đa là 30 $m^3$/ngày đêm, phục vụ cho 500 cán bộ công nhân viên làm việc 2 ca/ngày. Sau khi xử lý sơ bộ đạt Cột A, nước thải được dẫn vào mạng lưới cống thu gom để đưa về Trạm xử lý nước thải tập trung của KCN Điềm Thụy có công suất thiết kế 3.000 $m^3$/ngày đêm (vận hành bằng công nghệ hóa lý kết hợp sinh học làm thoáng kéo dài).
4. Thiết bị cắt laser sử dụng trong quy trình gia công bo mạch PCB của nhà máy vận hành dựa trên nguyên lý kỹ thuật nào?
Nhà máy sử dụng thiết bị cắt laser $CO_2$ với hỗn hợp khí $CO_2$, $N_2$, He được kích thích bằng điện áp cao trên 2.000 V (sử dụng nguồn điện 3 pha/220V/50Hz qua mạch khuếch đại và điều chế xung) để tạo ra chùm tia bức xạ photon có bước sóng 10,4 $\mu m$. Năng lượng nhiệt hội tụ từ chùm tia nung nóng bề mặt tấm PCB lên tới 1085°C làm nóng chảy cục bộ vật liệu (vết cắt đường kính < 0,5 mm), đồng thời luồng khí nén đi cùng tia laser sẽ thổi bay vật liệu nóng chảy ra khỏi miệng cắt theo quỹ đạo lập trình sẵn.
5. Tác giả đề xuất quy trình công nghệ sinh học nào để tối ưu hóa công tác xử lý nước thải sinh hoạt tại doanh nghiệp?
Tác giả đề xuất xây dựng hệ thống xử lý sinh học hợp khối bằng bê tông cốt thép gồm chuỗi công trình: Nước thải khu vệ sinh qua bể phốt, nước thải nhà ăn qua bể tách mỡ tập trung về Bể gom T-00 (trang bị 02 bơm chìm) $\rightarrow$ Bơm qua Song chắn rác sang Bể điều hòa T-01 (sục khí liên tục) $\rightarrow$ Bể thiếu khí (Anoxic) $\rightarrow$ Bể hiếu khí (Aerotank) $\rightarrow$ Bể lắng sinh học (bùn lắng được bơm tuần hoàn lại bể thiếu khí/hiếu khí và một phần về bể chứa bùn) $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bơm qua Cột lọc áp lực $\rightarrow$ Hố ga kiểm tra trước khi thoát ra cống KCN.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đàm Thị Thư đã cung cấp bức tranh toàn diện và khách quan về công tác quản lý, xả thải nước thải sinh hoạt tại Công ty TNHH Sam Hwa Yang Heng Vina trong Khu công nghiệp Điềm Thụy, tỉnh Thái Nguyên. Dữ liệu thực nghiệm qua 11 thông số chất lượng nước đã minh chứng trạm xử lý nội bộ của doanh nghiệp vận hành hiệu quả, đưa thông số ô nhiễm Nitrat từ mức vượt chuẩn (37,2 mg/l) về ngưỡng cho phép (25,0 mg/l) và đảm bảo toàn bộ dòng thải đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A) trước khi đấu nối vào trạm xử lý tập trung 3.000 $m^3$/ngày đêm của khu công nghiệp. Các giải pháp quản lý định kỳ bể tự hoại kết hợp quy trình công nghệ sinh học hợp khối thiếu khí - hiếu khí (Anoxic - Aerotank) do tác giả đề xuất có tính khả thi cao, đóng góp cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc cho công tác kiểm soát ô nhiễm nguồn nước trên lưu vực sông Cầu.
