Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Thái Nguyên, với dân số khoảng 363.000 người và mật độ dân số 1.628 người/km², đang đối mặt với thách thức lớn về xử lý nước thải sinh hoạt do sự gia tăng dân số và phát triển đô thị nhanh chóng. Ước tính lượng nước thải sinh hoạt phát sinh hàng ngày tại đây khoảng 30.000 m³, trong khi hệ thống thu gom và xử lý nước thải hiện tại chưa đáp ứng được nhu cầu, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng, với công suất thiết kế 8.000 m³/ngày đêm, được xây dựng nhằm thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt khu vực phía Bắc thành phố, góp phần cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường và bảo vệ nguồn nước tiếp nhận là sông Cầu.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống mương oxy hóa (MOT) tại Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng trong giai đoạn vận hành thử nghiệm từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019. Nghiên cứu nhằm xác định hiệu suất xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm chính như BOD5, COD, TSS, Amoni và Phốt pho, đồng thời đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển bền vững hệ thống xử lý nước thải đô thị, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng tại Thái Nguyên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải sinh hoạt, trong đó nổi bật là:

  • Lý thuyết bùn hoạt tính (Activated Sludge Theory): Mô hình xử lý sinh học hiếu khí, trong đó vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, tạo thành bùn hoạt tính lơ lửng. Đây là cơ sở cho công nghệ mương oxy hóa (MOT) được áp dụng tại Nhà máy Gia Sàng.

  • Mô hình mương oxy hóa (MOT - Mương tuần hoàn): Là dạng cải tiến của aerotank, hoạt động trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính chuyển động tuần hoàn, xử lý triệt để các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho trong nước thải sinh hoạt.

Các khái niệm chính bao gồm: nước thải sinh hoạt, các chỉ tiêu ô nhiễm (BOD5, COD, TSS, Amoni, Phốt pho), hệ thống thu gom nước thải nửa riêng, và các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (QCVN 14:2008/BTNMT).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp:

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thu thập từ Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng, các báo cáo vận hành, kết quả phân tích mẫu nước thải đầu vào và đầu ra trong giai đoạn từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019. Mẫu nước được phân tích tại Trung tâm chất lượng và Bảo vệ tài nguyên nước thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường theo các tiêu chuẩn quốc gia.

  • Phương pháp phân tích: Đánh giá chất lượng nước thải dựa trên các thông số pH, BOD5, COD, TSS, Amoni, Phốt pho, tổng Coliform và E. coli. Hiệu suất xử lý được tính toán theo công thức so sánh nồng độ trước và sau xử lý. Phân tích thống kê so sánh các tháng để đánh giá tính ổn định của hệ thống.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lấy mẫu nước thải đầu vào một lần mỗi tháng, mẫu nước thải sau xử lý lấy 8 lần/tháng, mỗi lần cách nhau 3 ngày, đảm bảo tính đại diện và liên tục của dữ liệu.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong 8 tháng, từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019, bao gồm quan sát thực tế, thu thập mẫu, phân tích và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất xử lý BOD5: Nồng độ BOD5 đầu vào dao động khoảng 200-300 mg/l, sau xử lý giảm xuống dưới 30 mg/l, đạt hiệu suất xử lý trung bình trên 85%. Ví dụ, trong tháng 1/2019, BOD5 giảm từ 250 mg/l xuống còn 28 mg/l, tương đương hiệu suất xử lý 88,8%.

  2. Hiệu suất xử lý COD: COD đầu vào trung bình khoảng 500 mg/l, sau xử lý giảm xuống dưới 60 mg/l, hiệu suất xử lý đạt khoảng 88-90%. Tháng 3/2019 ghi nhận COD giảm từ 520 mg/l xuống 55 mg/l.

  3. Hiệu suất xử lý TSS: Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) đầu vào khoảng 350 mg/l, sau xử lý giảm còn dưới 40 mg/l, hiệu suất xử lý đạt trên 88%. Tháng 5/2019, TSS giảm từ 360 mg/l xuống 38 mg/l.

  4. Xử lý Amoni và Phốt pho: Nồng độ Amoni giảm trung bình 70-75%, từ khoảng 40 mg/l xuống còn 10 mg/l sau xử lý. Phốt pho giảm khoảng 60%, từ 8 mg/l xuống còn 3 mg/l, phù hợp với quy chuẩn xả thải.

  5. Chất lượng vi sinh vật: Tổng Coliform và E. coli giảm đáng kể sau xử lý, đảm bảo an toàn cho môi trường tiếp nhận.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất xử lý cao của hệ thống MOT tại Nhà máy Gia Sàng phản ánh khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt. Việc giảm BOD5 và COD trên 85% cho thấy quá trình oxy hóa sinh học trong mương oxy hóa hoạt động ổn định, phù hợp với các nghiên cứu tương tự tại các nhà máy xử lý nước thải đô thị khác. Hiệu quả xử lý TSS cũng đạt mức cao, góp phần giảm tải cho nguồn tiếp nhận.

Khả năng xử lý Amoni và Phốt pho đạt mức tốt nhờ quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong mương tuần hoàn, giúp hạn chế hiện tượng phú dưỡng nguồn nước. So sánh với các công nghệ xử lý khác như MBBR hay SBR, hệ thống MOT có ưu điểm vận hành đơn giản, chi phí thấp và phù hợp với quy mô vừa và nhỏ.

Tuy nhiên, một số tháng ghi nhận sự biến động nhẹ về hiệu suất xử lý, nguyên nhân có thể do biến đổi lưu lượng nước thải, nồng độ ô nhiễm đầu vào và điều kiện vận hành chưa tối ưu. Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý theo tháng cho thấy xu hướng ổn định dần khi hệ thống được điều chỉnh kỹ thuật phù hợp.

Kết quả này khẳng định vai trò quan trọng của hệ thống MOT trong xử lý nước thải sinh hoạt tại Thái Nguyên, góp phần nâng cao chất lượng môi trường nước và sức khỏe cộng đồng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường vận hành và bảo dưỡng định kỳ: Thực hiện kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị và hệ thống mương oxy hóa định kỳ hàng tháng để duy trì hiệu suất xử lý ổn định, giảm thiểu sự cố kỹ thuật. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý Nhà máy, thời gian: liên tục.

  2. Nâng cấp hệ thống thu gom nước thải: Mở rộng và hoàn thiện mạng lưới thu gom nước thải nửa riêng, đảm bảo tỷ lệ dân số kết nối vào hệ thống đạt trên 80% trong vòng 3 năm tới, giảm thiểu xả thải trực tiếp ra môi trường. Chủ thể: UBND thành phố, Công ty Thoát nước.

  3. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật vận hành hệ thống MOT và xử lý sự cố cho cán bộ kỹ thuật, nâng cao năng lực quản lý vận hành trong 12 tháng tới.

  4. Áp dụng công nghệ giám sát tự động: Lắp đặt hệ thống cảm biến và giám sát trực tuyến các thông số nước thải đầu vào và đầu ra để kịp thời điều chỉnh quy trình xử lý, nâng cao hiệu quả vận hành. Chủ thể: Ban quản lý Nhà máy, thời gian triển khai 18 tháng.

  5. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Phối hợp với các cơ quan truyền thông tổ chức chiến dịch nâng cao ý thức người dân về việc sử dụng nước hợp lý và kết nối hệ thống thu gom nước thải, giảm tải cho hệ thống xử lý. Thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý môi trường và đô thị: Giúp đánh giá hiệu quả các dự án xử lý nước thải, từ đó xây dựng chính sách, quy hoạch phát triển hệ thống thoát nước và xử lý nước thải phù hợp.

  2. Các nhà quản lý và vận hành nhà máy xử lý nước thải: Cung cấp kiến thức thực tiễn về công nghệ mương oxy hóa, phương pháp vận hành và bảo dưỡng hệ thống, nâng cao hiệu quả xử lý.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Khoa học Môi trường: Là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp đánh giá hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt, cơ sở lý thuyết và thực tiễn công nghệ MOT.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp trong lĩnh vực xử lý nước thải: Hỗ trợ đánh giá tính khả thi, hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt quy mô vừa và nhỏ, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống mương oxy hóa (MOT) là gì và ưu điểm của nó?
    MOT là công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt dựa trên quá trình sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính chuyển động tuần hoàn. Ưu điểm gồm chi phí vận hành thấp, hiệu quả xử lý cao với các chất hữu cơ và dinh dưỡng, vận hành đơn giản và phù hợp với quy mô vừa và nhỏ.

  2. Hiệu suất xử lý BOD5 và COD của hệ thống MOT tại Nhà máy Gia Sàng đạt bao nhiêu?
    Hiệu suất xử lý BOD5 và COD trung bình đạt trên 85-90%, giúp nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

  3. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống xử lý nước thải?
    Cần thực hiện bảo dưỡng định kỳ, đào tạo nhân viên vận hành, áp dụng công nghệ giám sát tự động và nâng cấp hệ thống thu gom nước thải để đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả.

  4. Tại sao cần mở rộng mạng lưới thu gom nước thải?
    Mở rộng mạng lưới thu gom giúp tăng tỷ lệ nước thải được xử lý, giảm lượng nước thải xả trực tiếp ra môi trường, từ đó giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

  5. Nước thải sau xử lý có thể xả ra nguồn tiếp nhận nào?
    Tại Thái Nguyên, nước thải sau xử lý được xả ra sông Cầu, một nguồn nước quan trọng. Việc xử lý đạt chuẩn giúp bảo vệ nguồn nước này khỏi ô nhiễm và duy trì đa dạng sinh học.

Kết luận

  • Hệ thống mương oxy hóa (MOT) tại Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng đạt hiệu suất xử lý cao với BOD5, COD, TSS, Amoni và Phốt pho, đáp ứng quy chuẩn quốc gia.
  • Mạng lưới thu gom nước thải nửa riêng hiện tại có khả năng phục vụ khoảng 27% dân số, cần được mở rộng để nâng cao hiệu quả xử lý.
  • Việc vận hành, bảo dưỡng và đào tạo nhân viên là yếu tố then chốt đảm bảo hiệu quả và ổn định của hệ thống xử lý nước thải.
  • Áp dụng công nghệ giám sát tự động và nâng cấp hệ thống thu gom là giải pháp cần thiết trong giai đoạn tiếp theo.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc phát triển bền vững hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Thái Nguyên và các đô thị tương tự.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ quan quản lý và nhà máy xử lý nước thải áp dụng các đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả xử lý, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới trong xử lý nước thải sinh hoạt.