Giới thiệu dự án

Sự phát triển vượt bậc của ngành hàng không Việt Nam trong thập kỷ qua đã tạo áp lực khổng lồ lên hạ tầng kỹ thuật môi trường tại các cảng hàng không. Theo số liệu từ Cục Hàng không Việt Nam, năm 2019 sản lượng hành khách thông qua hệ thống cảng hàng không toàn quốc đạt 115,5 triệu lượt, tăng trưởng 11,8% so với năm 2018. Tại Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài, Nhà ga hành khách quốc nội (T1) đi vào vận hành từ tháng 10/2001 với công suất thiết kế ban đầu phục vụ 6 triệu lượt khách/năm (lưu lượng nước thải $600\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$). Sau khi mở rộng sảnh E vào năm 2013 nâng công suất lên 15 triệu khách/năm, đến năm 2019 lượng khách thực tế đạt tới 29 triệu lượt/năm – gấp gần 5 lần công suất ban đầu và gấp đôi so với năm 2013.

Tăng trưởng lượng khách Nhà ga T1 Nội Bài qua các giai đoạn:
2001:  6 triệu khách/năm [Thiết kế gốc: 600 m3/ngày.đêm]
2013: 15 triệu khách/năm [Mở rộng sảnh E & nâng cấp trạm]
2019: 29 triệu khách/năm [Vượt tải 193% so với thiết kế 2013]

Sự quá tải trầm trọng này dẫn tới những điểm nghẽn kỹ thuật nghiêm trọng trong công tác xử lý nước thải:

  • Tải lượng ô nhiễm tăng đột biến: Nồng độ Amoni ($\text{NH}_4^+$-N) trong nước thải đầu vào tăng từ $21,76\text{ mg/L}$ (theo Báo cáo ĐTM sửa đổi năm 2013) lên đến $184,75\text{ mg/L}$ (số liệu quan trắc năm 2020), tức tăng gấp 8,4 lần.
  • Đặc tính dòng thải phức tạp: Lưu lượng biến thiên mạnh theo giờ bay, chứa đồng thời nồng độ chất hữu cơ cao ($\text{BOD}_5$ từ $107 - 190\text{ mg/L}$), dầu mỡ từ khu vực dịch vụ ăn uống và mật độ vi sinh vật gây bệnh ($\text{Coliform}$ lên tới $2,1 \times 10^7\text{ MPN}/100\text{ mL}$).
  • Sự cố cơ khí và vận hành: Hạt giá thể vi sinh di động ($\text{MBBR}$) bị vỡ lọt qua lưới chắn gây kẹt cánh bơm bùn; tần suất pha hóa chất kiềm/axit quá dày đặc; hệ thống thu khí phát sinh mùi cục bộ.
Nồng độ Amoni (NH4+-N) đầu vào:
2013:  21.76 mg/L  ███
2020: 184.75 mg/L  ████████████████████████ (Tăng gấp 8.4 lần)
QCVN:  10.00 mg/L  █

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Khảo sát toàn diện mạng lưới thu gom và quy trình công nghệ xử lý nước thải hiện hữu tại Nhà ga T1 – Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài.
  2. Quan trắc, phân tích và đánh giá thực nghiệm hiệu suất loại bỏ các chất ô nhiễm chính ($\text{pH}$, $\text{TSS}$, $\text{TDS}$, $\text{BOD}_5$, $\text{NH}_4^+$-N, $\text{NO}_3^-$-N, $\text{PO}_4^{3-}$-P, $\text{Coliform}$) theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia $\text{QCVN 14:2008/BTNMT}$ (Cột B).
  3. Nhận diện các khiếm khuyết kỹ thuật, sự cố cơ học và nút thắt vận hành trong hệ thống xử lý hóa lý - sinh học.
  4. Đề xuất các giải pháp cải tiến công nghệ, tối ưu hóa kích thước thiết bị, kiểm soát dòng khí và lưới chắn hạt nhằm nâng cao độ ổn định của toàn hệ thống.

Giải pháp và phạm vi nghiên cứu

Đề tài đánh giá chuỗi công nghệ tích hợp: Tiền xử lý cơ học (Lưới lọc rác, tách mỡ) $\rightarrow$ Hóa lý nâng cao (Bể kiềm hóa $\text{NaOH} \rightarrow$ Tháp Stripping khử $\text{NH}_3 \rightarrow$ Bể trung hòa $\text{H}_2\text{SO}_4$) $\rightarrow$ Sinh học hiếu khí/thiếu khí kết hợp màng sinh học ($\text{AO-MBBR}$) $\rightarrow$ Lắng đứng $\rightarrow$ Khử trùng ($\text{Javel}$) $\rightarrow$ Lọc áp lực. Phạm vi nghiên cứu thực địa được tiến hành tại Trạm xử lý nước thải Nhà ga T1 (diện tích trạm nằm đối diện nhà ga khoảng 250m) trong giai đoạn từ tháng 01/2021 đến tháng 06/2021.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Nước thải sinh hoạt tại các cảng hàng không mang đặc thù khác biệt rõ rệt so với nước thải khu dân cư đô thị thông thường do sự tập trung của hàng chục nghìn hành khách vãng lai, các hoạt động ẩm thực quy mô lớn và chu kỳ bay biến động theo khung giờ.

Thông số ô nhiễm Nước thải KCN Khu dân cư đô thị Nhà ga sân bay T1 Nhà ga tàu hỏa QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B)
$\text{pH}$ 7,1 6,8 7,3 7,0 5 – 9
$\text{TSS (mg/L)}$ 220 299 270 250 100
$\text{TDS (mg/L)}$ 500 478 530 496 1000
$\text{BOD}_5\text{ (mg/L)}$ 220 107 400 155 50
$\text{NH}_4^+\text{-N (mg/L)}$ 25 184,75 (dao động) 184,75 126 10
$\text{NO}_3^-\text{-N (mg/L)}$ 0,2 5,44 0,1 4,94 50
$\text{Coliform (MPN/100mL)}$ $1,2 \times 10^7$ $2,1 \times 10^7$ $1,0 \times 10^4$ $3,5 \times 10^6$ 5000

Bảng 1: So sánh nồng độ ô nhiễm của nước thải sân bay với các nguồn thải khác.

Để giải quyết bài toán $\text{NH}_4^+$-N cao cực đoan, việc lựa chọn công nghệ cần được phân tích đa tiêu chí:

Tiêu chí so sánh Công nghệ AO truyền thống (CAS) Công nghệ mẻ sinh học SBR Công nghệ Hóa lý Stripping + AO-MBBR (Lựa chọn)
Hiệu quả xử lý Amoni cao Kém khi $\text{NH}_4^+ > 80\text{ mg/L}$, dễ ức chế vi sinh Trung bình, đòi hỏi thời gian chu kỳ sục khí kéo dài Xuất sắc (>95%), tháp Stripping tách trước 70-80% tải lượng
Độ chịu sốc tải ($Q, C$) Kém, dễ bung bùn Khá tốt nhờ chế độ theo mẻ Rất tốt nhờ bể điều hòa và đệm vi sinh bám dính $\text{MBBR}$
Chi phí hóa chất Thấp (chủ yếu dinh dưỡng) Thấp Cao hơn (cần $\text{NaOH}$ nâng $\text{pH}$ và $\text{H}_2\text{SO}_4$ trung hòa)
Diện tích xây dựng Lớn (cần bể lắng riêng) Tiết kiệm diện tích Tối ưu, mật độ vi sinh $\text{MLSS}$ cao trên diện tích nhỏ
Mức độ tự động hóa Trung bình Rất cao (yêu cầu $\text{PLC}$ điều khiển van) Cao, kiểm soát châm hóa chất theo cảm biến $\text{pH}$

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must have: Giảm $\text{NH}_4^+$-N xuống $< 10\text{ mg/L}$; loại bỏ $\text{BOD}_5 < 50\text{ mg/L}$; khử trùng triệt để $\text{Coliform} < 5000\text{ MPN}/100\text{ mL}$; tự động hóa bơm theo phao mức và kiểm soát liều lượng $\text{NaOH}/\text{H}_2\text{SO}_4$.
  • Should have: Thay thế lưới chắn đệm $\text{MBBR}$ sang mắt lưới nhỏ hơn ($5 \times 5\text{ mm}$); tăng thể tích bồn chứa hóa chất để giảm số lần pha thủ công.
  • Could have: Lắp đặt đường thu khí riêng biệt cho tháp Stripping để ngăn hiện tượng tràn ngược khí amoniac vào bể sinh học.
  • Won't have: Mở rộng diện tích xây dựng bể ngầm mới do quỹ đất sân bay bị giới hạn nghiêm ngặt.

Thiết kế hệ thống

Cấu trúc dòng công nghệ xử lý

Quy trình kỹ thuật xử lý nước thải tại Nhà ga T1 vận hành theo sơ đồ sau:

[Nước thải Nhà ga T1]

Thông số kỹ thuật hạng mục công trình & Thiết bị cơ điện

Bảng 2: Kích thước các cụm bể kỹ thuật trạm xử lý T1.

  • Bể gom nước thải: $B \times L \times H = 4,0 \times 5,2 \times 6,0\text{ m}$
  • Bể điều hòa: $D \times H = 5,0 \times 8,0\text{ m}$ (trang bị hệ thống phân phối khí xáo trộn)
  • Bể tăng $\text{pH}$: $B \times L \times H = 1,5 \times 2,0 \times 3,5\text{ m}$
  • Tháp Stripping: $D \times H = 2,0 \times 7,6\text{ m}$ (vật liệu tiếp xúc đệm vi sinh tăng diện tích tiếp xúc khí - lỏng)
  • Bể trung hòa: $B \times L \times H = 1,5 \times 2,0 \times 3,5\text{ m}$
  • Bể sinh học thiếu khí (Anoxic): $D \times H = 5,0 \times 5,5\text{ m}$
  • Bể sinh học hiếu khí (Oxic/MBBR): $D \times H = 3,5 \times 5,0\text{ m}$ (sử dụng đệm $\text{MBBR d15}$)
  • Bể lắng đứng: $D \times H = 2,5 \times 2,8\text{ m}$
  • Bể khử trùng: $B \times L \times H = 1,8 \times 5,0 \times 1,45\text{ m}$
  • Bể chứa và nén bùn: $D \times H = 3,5 \times 3,6\text{ m}$

Bảng 3: Danh mục máy móc, bơm và thiết bị phụ trợ.

  • Bơm chìm hố thu gom: Lưu lượng $Q = 25\text{ m}^3/\text{h}$, Cột áp $H = 17\text{ m}$ (vận hành luân phiên $1\text{ chạy} - 1\text{ dự phòng}$).
  • Bơm định lượng hóa chất ($\text{NaOH}$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{Javel}$, $\text{PAC}$, $\text{PAA}$): $Q = 100\text{ L/h}$, $H = 20\text{ m}$.
  • Máy thổi khí đặt cạn bể điều hòa & Aerotank: $Q = 1\text{ m}^3/\text{phút}$, áp lực $H = 0,5\text{ bar}$.
  • Bơm bùn tuần hoàn: $Q = 100\text{ m}^3/\text{phút}$, $H = 10\text{ m}$.
  • Bơm bùn thải sang máy ép: Công suất $P = 1,25\text{ kW}$; Máy ép bùn dạng băng tải.
  • Bơm cấp cột lọc áp lực: Công suất $P = 4,0\text{ kW}$.
  • Quạt hút khử mùi: Công suất $P = 0,8\text{ kW}$.

Cơ chế động học Hóa - Sinh

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TOÀN HỆ THỐNG:

1. THÁP STRIPPING (Tách Amoni vật lý):
   NH4+ + OH-  <====(pH 11-12)====>  NH3 (khí hòa tan) + H2O
   Áp dụng định luật Henry: Sục khí cưỡng bức => NH3 (bay hơi) ↑

2. BỂ HIẾU KHÍ (Nitrat hóa 2 pha):
   - Pha 1 (Nitrosomonas):
   - Pha 2 (Nitrobacter):
   - Xử lý hữu cơ BOD:

3. BỂ THIẾU KHÍ (Khử Nitrat hóa & Photphorit hóa):
   - Phản Nitrat (Pseudomonas, Bacillus):
   - Chuyển hóa Photpho (Acinetobacter):

Phương pháp nghiên cứu

  • Thu thập và tổng hợp số liệu thứ cấp: Kế thừa tài liệu hướng dẫn vận hành trạm XLNT T1, Báo cáo ĐTM các giai đoạn 2001, 2013 và hồ sơ quan trắc môi trường định kỳ của Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài ($\text{ACV}$).
  • Khảo sát thực địa và quan trắc sơ cấp: Thực hiện lấy mẫu tổ hợp tại các điểm xung yếu (đầu vào bể gom, sau tháp Stripping, sau bể lắng và đầu ra sau khử trùng) trong 3 đợt đại diện:
    • Đợt 1 ($\text{NT1}$): Ngày 31/01/2021
    • Đợt 2 ($\text{NT2}$): Ngày 06/02/2021
    • Đợt 3 ($\text{NT3}$): Ngày 11/03/2021
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Tuân thủ các Tiêu chuẩn Quốc gia ($\text{TCVN}$) và Phương pháp Chuẩn ($\text{SMEWW}$) để phân tích các chỉ tiêu lý hóa sinh.

Triển khai thực nghiệm và kết quả

Quy trình vận hành và kiểm soát tự động

Quy trình vận hành trạm được tích hợp giữa bảng điều khiển công tắc chuyển mạch $\text{MAN/AUTO}$ và mạch vi điều khiển $\text{PLC}$ giám sát tín hiệu liên động phao điện/đầu đo $\text{pH}$.

# Thuật toán điều khiển tự động chu trình Stripping và Sinh học (Mô phỏng logic PLC)
def control_stripping_and_dosing(tank_level, ph_reading):
    # Bước 1: Nâng kiềm hóa tại Bể Tăng pH
    if tank_level == "FULL":
        while ph_reading < 11.0:
            actuate_chemical_pump("NaOH_DOSING_PUMP", status="START")
            ph_reading = read_sensor("PH_PROBE_01")
        actuate_chemical_pump("NaOH_DOSING_PUMP", status="STOP")
        
        # Bước 2: Kích hoạt bơm cấp tháp Stripping & Quạt thổi khí
        actuate_blower("STRIPPING_BLOWER", status="START")
        actuate_feed_pump("PUMP_TO_STRIPPING_TOWER", status="START")
    
    # Bước 3: Trung hòa dòng ra sau Stripping trước khi vào Anoxic
    neutral_ph = read_sensor("PH_PROBE_02")
    if neutral_ph > 8.5:
        actuate_chemical_pump("H2SO4_DOSING_PUMP", status="START")
    elif neutral_ph < 6.5:
        actuate_chemical_pump("H2SO4_DOSING_PUMP", status="STOP")
        
    # Bước 4: Kiểm soát dòng tuần hoàn Anoxic - Oxic (Duy trì BOD:N:P = 100:5:1)
    maintain_dissolved_oxygen(target_do_range=(1.0, 2.0))
    maintain_sludge_recycle(target_recirculation_ratio=1.5)

Quy trình nuôi cấy vi sinh hiếu khí: Cung cấp chế phẩm vi sinh hữu hiệu để phân hủy xenluloz, protein, duy trì hàm lượng oxy hòa tan $\text{DO} = 1 - 2\text{ mg/L}$, tỷ lệ cân bằng dinh dưỡng $\text{BOD}_5:\text{N}:\text{P} = 100:5:1$, kiểm soát nồng độ bùn hoạt tính $\text{MLSS}$ ổn định sau 15 ngày vận hành khởi động.

Kiểm tra và kiểm định chất lượng nước thải

Dữ liệu đầu vào thực tế

  • $\text{pH}$: $6,80$
  • Tổng chất rắn lơ lửng ($\text{TSS}$): $299\text{ mg/L}$ (Vượt 2,99 lần QCVN Cột B)
  • Tổng chất rắn hòa tan ($\text{TDS}$): $478\text{ mg/L}$
  • Nhu cầu oxy hóa sinh học ($\text{BOD}_5$): $107 - 190\text{ mg/L}$ (Vượt 2,14 - 3,8 lần)
  • Amoni ($\text{NH}_4^+$-N): $184,75\text{ mg/L}$ (Vượt 18,47 lần)
  • Tổng $\text{Coliform}$: $9,2 \times 10^6\text{ MPN}/100\text{ mL}$ (Vượt 1840 lần)

Kết quả phân tích chất lượng nước thải đầu ra qua 3 đợt lấy mẫu

STT Thông số phân tích Đơn vị tính NT1 (31/01/2021) NT2 (06/02/2021) NT3 (11/03/2021) QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B) Đánh giá
1 $\text{pH}$ - 6,80 6,85 6,69 5 – 9 Đạt
2 $\text{TSS}$ $\text{mg/L}$ 33 35 43 100 Đạt
3 $\text{TDS}$ $\text{mg/L}$ 312 350 128 1000 Đạt
4 $\text{BOD}_5\text{ (20}^\circ\text{C)}$ $\text{mg/L}$ 38,8 41,1 18,1 50 Đạt
5 Tổng chất HĐBM $\text{mg/L}$ 0,634 0,400 0,513 10 Đạt
6 $\text{NH}_4^+\text{-N}$ $\text{mg/L}$ 6,97 8,95 1,41 10 Đạt
7 $\text{NO}_3^-\text{-N}$ $\text{mg/L}$ 15,36 19,90 0,709 50 Đạt
8 $\text{PO}_4^{3-}\text{-P}$ $\text{mg/L}$ 1,23 3,08 0,81 10 Đạt
9 Dầu mỡ ĐTV $\text{mg/L}$ 1,20 1,40 0,60 20 Đạt
10 Tổng $\text{Coliform}$ $\text{MPN}/100\text{ mL}$ 3900 2100 $\text{KPH}$ 5000 Đạt

Ghi chú: KPH: Không phát hiện.

Biểu đồ so sánh nồng độ Amoni (NH4+-N) qua các giai đoạn xử lý:
Đầu vào thô: [ 184.75 mg/L ] ======================================== (Vượt 18.5 lần)
Sau Stripping:[  35.00 mg/L ] ======= (Hiệu suất tách vật lý ~81%)
Đầu ra NT1:   [   6.97 mg/L ] == (Đạt chuẩn)
Đầu ra NT2:   [   8.95 mg/L ] == (Đạt chuẩn)
Đầu ra NT3:   [   1.41 mg/L ] = (Đạt chuẩn xuất sắc)
QCVN Cột B:   [  10.00 mg/L ] === (Ngưỡng tối đa cho phép)

Hiệu suất xử lý toàn hệ thống

  • Loại bỏ chất hữu cơ hòa tan ($\text{BOD}_5$): Đạt hiệu suất $90%$ (nồng độ giảm từ $190\text{ mg/L}$ xuống còn $18,1\text{ mg/L}$ ở đợt 3).
  • Hiệu quả xử lý Amoni ($\text{NH}_4^+$-N): Đạt từ $95,15%$ đến $99,23%$ (giảm từ $184,75\text{ mg/L}$ xuống mức thấp kỷ lục $1,41\text{ mg/L}$).
  • Hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng ($\text{TSS}$): Đạt $79%$ ($205\text{ mg/L} \rightarrow 43\text{ mg/L}$).
  • Khử trùng $\text{Coliform}$: Đạt hiệu suất tiêu diệt $100%$ (triệt tiêu hoàn toàn về mức Không Phát Hiện nhờ hệ thống tiếp xúc $\text{Javel}$).

Đổi mới và đóng góp kỹ thuật

Đổi mới công nghệ

  1. Mô hình kết hợp Hóa lý - Sinh học đa tầng: Ứng dụng kỹ thuật nâng kiềm ($\text{pH} = 11 - 12$) kết hợp tháp Stripping hiệu năng cao trước cụm bể sinh học đã loại trừ triệt để nguy cơ sốc tải Amoni cao ($>180\text{ mg/L}$) cho hệ vi sinh $\text{Nitrosomonas}/\text{Nitrobacter}$.
  2. Công nghệ màng vi sinh di động ($\text{MBBR d15}$): Bổ sung giá thể lưu động trong bể hiếu khí làm tăng diện tích tiếp xúc bám dính của vi sinh vật, nâng cao sinh khối bùn hoạt tính mà không làm tăng thể tích xây dựng công trình ngầm.

Giải pháp khắc phục các điểm nghẽn kỹ thuật

Cải tiến lưới chắn giá thể vi sinh MBBR

  • Hiện trạng sự cố: Hệ thống sử dụng lưới chắn mắt $10 \times 10\text{ mm}$. Trong quá trình lưu thông thủy lực, các hạt đệm $\text{MBBR d15}$ bị nứt vỡ hoặc sai số sản xuất đã lọt qua lưới, trôi sang bể lắng và bị cuốn vào buồng bơm bùn gây bó kẹt cánh bơm, cháy động cơ và làm ngưng trệ chu trình tuần hoàn bùn.
  • Cải tiến: Thay thế toàn bộ khung lưới chắn bằng vật liệu thép không gỉ $\text{SUS304}$ mắt lưới kích thước $5 \times 5\text{ mm}$. Hiệu quả: Loại trừ $100%$ hiện tượng lọt hạt giá thể sang buồng bơm.
CƠ CHẾ BẢO VỆ CÁNH BƠM BÙN:

Tối ưu hóa hệ thống pha và châm hóa chất

  • Hiện trạng sự cố: Trạm sử dụng bồn hóa chất dung tích nhỏ ($500\text{ L}$), buộc nhân viên vận hành phải pha $\text{NaOH}$ và $\text{H}_2\text{SO}_4$ từ $4 - 6\text{ lần/ngày.đêm}$. Việc tiếp xúc thường xuyên với axit đậm đặc và xút vảy tiềm ẩn rủi ro an toàn lao động nghiêm trọng.
  • Cải tiến: Nâng cấp thay thế cụm bồn composite dung tích $1500 - 2000\text{ L}$, đồng thời tích hợp cánh khuấy cơ học $P = 0,75\text{ kW}$. Số lần pha hóa chất giảm xuống chỉ còn $1\text{ lần/ngày}$, tăng độ đồng nhất dung dịch châm và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho kỹ thuật viên.

Tách đường ống thu khí tháp Stripping

Tách độc lập tuyến ống thoát khí thải giàu $\text{NH}_3$ từ tháp Stripping dẫn qua tháp hấp phụ khử mùi riêng, ngăn chặn triệt để hiện tượng dòng khí sục ngược về các cụm bể kín gây mất cân bằng áp suất và ức chế hệ vi sinh bề mặt.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Khả năng nhân rộng và kịch bản áp dụng

Quy trình công nghệ hóa lý kết hợp $\text{AO-MBBR}$ từ công trình Nhà ga T1 là hình mẫu chuẩn mực có thể áp dụng trực tiếp cho:

  • Các nhà ga cảng hàng không quốc nội và quốc tế có mật độ khách vãng lai biến động lớn.
  • Bến xe liên tỉnh, trung tâm logistics, trạm dừng nghỉ cao tốc quy mô lớn.
  • Các cơ sở chế biến thực phẩm hoặc cụm dịch vụ du lịch có nước thải chứa tỷ lệ $\text{N-Amoni}/\text{BOD}_5$ cao vượt bậc so với tiêu chuẩn sinh hoạt đô thị.

Kế hoạch triển khai và ước toán hiệu quả kinh tế (ROI)

Lộ trình nâng cấp và chuẩn hóa trạm XLNT:
Tháng 1: Khảo sát thủy lực & Thiết kế chế tạo lưới chắn 5x5mm
Tháng 2: Lắp đặt bồn hóa chất 2000L & Tách tuyến thu khí Stripping
Tháng 3: Hiệu chuẩn cảm biến pH/DO & Tối ưu hóa chu trình PLC
Tháng 4: Vận hành thử nghiệm, kiểm định mẫu đạt QCVN Cột B
  • Chi phí đầu tư cải tiến kỹ thuật: Ước tính khoảng $180 - 250\text{ triệu VNĐ}$ (bao gồm thay cụm bồn composite, gia công lưới $\text{SUS304}$, lắp quạt hút và tuyến ống khí).
  • Lợi ích tài chính & Vận hành:
    • Giảm $70%$ chi phí bảo trì cơ điện (loại bỏ chi phí sửa chữa, cuốn lại motor bơm bùn bị kẹt hạt $\text{MBBR}$).
    • Giảm $65%$ số giờ công nhân lực cho công đoạn pha chế hóa chất thủ công.
    • Triệt tiêu $100%$ rủi ro bị xử phạt hành chính về xả thải vượt chuẩn theo Nghị định 45/2022/NĐ-CP (mức phạt có thể lên tới hàng trăm triệu đồng đối với hành vi xả thải Amoni vượt quy chuẩn tại các cơ sở trọng điểm quốc gia).
    • Thời gian thu hồi vốn đầu tư cải tiến ($\text{ROI}$): Dưới $8\text{ tháng}$.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện hữu

  • Nhiệt độ cụm bơm cạn: Các máy bơm nước thải đặt cạn được bố trí trong hố xây kín để che mưa nắng nhưng không gian hẹp khiến nhiệt lượng động cơ tích tụ nhanh, gây nóng cục bộ vào mùa hè và hạn chế không gian thao tác tháo lắp bảo dưỡng.
  • Chi phí hóa chất điều chỉnh $\text{pH}$: Việc phải kích hoạt $\text{pH}$ lên $11 - 12$ bằng $\text{NaOH}$ rồi hạ về $6,5 - 8,5$ bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ tiêu tốn lượng hóa chất đáng kể mỗi ngày.
  • Nguy cơ pha loãng nồng độ khi mưa lớn: Mặc dù mạng lưới thoát nước mưa đã được tách riêng, các hiện tượng đấu nối tràn hoặc ngập úng sân đỗ trong các trận mưa cực đoan vẫn có khả năng gây sốc tải thể tích cho bể gom.

Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo

  • Chuyển đổi sang công nghệ $\text{Anammox}$ (Kỵ khí oxy hóa Amoni): Nghiên cứu tích hợp chu trình $\text{Sharon-Anammox}$ để xử lý triệt để Amoni nồng độ cao mà không cần tiêu tốn $\text{NaOH}$ nâng $\text{pH}$ và giảm $60%$ nhu cầu cấp khí oxy hiếu khí.
  • Hạ tầng giám sát thông minh $\text{SCADA/IoT}$: Lắp đặt hệ thống cảm biến quang học đo Amoni, $\text{Nitrat}$ và $\text{DO}$ online truyền tín hiệu trực tiếp về trung tâm điều hành sân bay, cho phép điều tiết biến tần máy thổi khí tự động theo tải lượng thời gian thực.
  • Tái sử dụng nước thải sau xử lý: Bổ sung module lọc màng siêu lọc $\text{UF}$ và khử trùng $\text{UV}$ để tái sử dụng toàn bộ nước thải sau xử lý cho mục đích tưới cây xanh cảnh quan sân bay và dội rửa vệ sinh khu vực sân đỗ.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Kỹ thuật Môi trường: Tiếp cận bộ dữ liệu thực chứng chuyên sâu về phương pháp xử lý dòng thải Amoni siêu cao ($>180\text{ mg/L}$) cùng kinh nghiệm xử lý các sự cố cơ điện thực tế tại công trình hạ tầng trọng điểm.
  • Kỹ sư vận hành & Doanh nghiệp môi trường: Sở hữu tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về tính toán chu trình Stripping, cách khắc phục lỗi kẹt giá thể $\text{MBBR}$ và chuẩn hóa an toàn hóa chất.
  • Cơ quan quản lý hạ tầng hàng không ($\text{ACV}$): Cung cấp cơ sở khoa học xác đáng để lập kế hoạch trung và dài hạn trong việc nâng cấp, cải tạo các trạm xử lý nước thải nhà ga hành khách trên toàn bộ mạng lưới sân bay toàn quốc, đáp ứng tiêu chuẩn Cảng hàng không xanh sinh thái.
  • Nhà nghiên cứu học thuật: Cung cấp nguồn số liệu thực địa có giá trị về động học phân hủy các hợp chất Nitơ trong môi trường nước thải giao thông phục vụ các công trình công bố chuyên ngành.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để vận hành hiệu quả tháp Stripping khử Amoni là gì?

Cần duy trì độ kiềm $\text{pH}$ ổn định từ $11,0 - 12,0$ tại bể nâng $\text{pH}$ trước khi bơm vào tháp. Ở mức $\text{pH}$ này, $98%$ ion $\text{NH}_4^+$ chuyển hóa thành khí hòa tan $\text{NH}_3$. Tỷ lệ cấp khí/nước ($G/L$) của quạt thổi khí phải đạt tối thiểu từ $2500 - 3000\text{ m}^3\text{ khí}/\text{m}^3\text{ nước thải}$ kết hợp lớp vật liệu đệm tiếp xúc sạch cặn để tối đa hóa diện tích bề mặt tiếp xúc pha khí - lỏng.

2. Giới hạn tải lượng Amoni tối đa mà hệ thống có thể tiếp nhận ổn định là bao nhiêu?

Hệ thống kết hợp Stripping + $\text{AO-MBBR}$ có khả năng xử lý nồng độ Amoni đầu vào lên tới $250\text{ mg/L}$. Tháp Stripping đảm nhận nhiệm vụ cắt giảm $75 - 85%$ tải lượng (đưa về khoảng $30 - 40\text{ mg/L}$), sau đó cụm bể sinh học $\text{AO-MBBR}$ hoàn tất quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa để đưa nồng độ đầu ra về $< 10\text{ mg/L}$ (đạt Cột B $\text{QCVN 14:2008/BTNMT}$).

3. Làm thế nào để loại bỏ hoàn toàn sự cố hạt đệm MBBR lọt lưới gây kẹt buồng bơm?

Giải pháp triệt để là chuyển đổi toàn bộ lưới chặn phẳng mắt $10 \times 10\text{ mm}$ sang kết cấu lưới cong bằng thép không gỉ $\text{SUS304}$ mắt lưới $5 \times 5\text{ mm}$, tích hợp ống sục khí nhẹ ngay dưới chân lưới để dòng khí liên tục làm sạch bề mặt, ngăn ngừa hiện tượng hạt đệm bám dính gây tắc nghẽn dòng chảy cục bộ.

4. Quy trình kiểm tra định kỳ hệ thống máy móc cơ điện gồm những bước nào?

  • Hàng ngày: Kiểm tra dòng điện làm việc ($A$) của bơm chìm, kiểm tra mức dầu bôi trơn máy thổi khí, kiểm tra chỉ số điện cực $\text{pH}$.
  • Hàng tuần: Tháo vệ sinh rọ chắn rác thô, kiểm tra tình trạng đóng mở của van điện từ, vệ sinh đầu đo cảm biến.
  • Hàng tháng: Kiểm tra độ căng băng tải máy ép bùn, bảo dưỡng định kỳ cánh khuấy hóa chất và súc rửa màng lọc áp lực.

5. Chi phí vận hành hóa chất hàng ngày ước tính khoảng bao nhiêu?

Chi phí hóa chất trung bình dao động từ $3.500 - 5.000\text{ VNĐ}/\text{m}^3$ nước thải, trong đó chi phí chính gồm $\text{NaOH 32%}$ (nâng $\text{pH}$), $\text{H}_2\text{SO}_4\text{ 10%}$ (trung hòa), dung dịch $\text{Javel 10%}$ (khử trùng) và polymer keo tụ phục vụ máy ép bùn.

Kết luận

Đề tài "Đánh giá hiệu quả hoạt động của nhà máy xử lý nước thải Nhà ga T1 Cảng hàng không Quốc tế Nội Bài" đã chứng minh tính đúng đắn và hiệu quả vượt trội của quy trình công nghệ tích hợp Hóa lý (Stripping) và Sinh học màng vi sinh di động ($\text{AO-MBBR}$). Mặc dù nồng độ Amoni trong nước thải đầu vào tăng đột biến gấp $8,4\text{ lần}$ ($184,75\text{ mg/L}$) do sự quá tải hành khách, hệ thống vẫn duy trì hiệu suất loại bỏ $\text{BOD}_5 > 90%$, Amoni $> 95 - 99%$ và triệt tiêu hoàn toàn $\text{Coliform}$, bảo đảm nước xả thải luôn đạt chuẩn $\text{QCVN 14:2008/BTNMT}$ (Cột B).

Các giải pháp đề xuất bao gồm: thu hẹp mắt lưới chắn hạt $\text{MBBR}$ xuống $5 \times 5\text{ mm}$, nâng thể tích bồn chứa hóa chất lên $1500 - 2000\text{ L}$ và tách độc lập đường thu khí tháp Stripping đã giải quyết dứt điểm các sự cố cơ học, giảm tải rủi ro lao động và tối ưu hóa chi phí vận hành. Đây là công trình nghiên cứu ứng dụng có giá trị thực tiễn cao, đóng góp nền tảng kỹ thuật vững chắc cho việc quản lý và phát triển bền vững hạ tầng môi trường tại các cảng hàng không quốc gia.