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. Ước tính lượng nước thải phát sinh hàng ngày 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. Dự án xây dựng Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng với công suất 8.000 m³/ngày đêm nhằm thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt khu vực phía Bắc thành phố, phục vụ khoảng 100.000 dân, được triển khai từ năm 2000 và hoàn thành giai đoạn vận hành thử vào năm 2018. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống mương oxy hóa (MOT) tại nhà máy này trong giai đoạn vận hành thử từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019. Nghiên cứu tập trung vào hiệu quả 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. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng môi trường nước, giảm thiểu ô nhiễm và nâng cao sức khỏe cộng đồng tại Thái Nguyên, đồng thời góp phần hoàn thiện hệ thống thoát nước và xử lý nước thải đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các khái niệm và lý thuyết về môi trường và xử lý nước thải sinh hoạt, bao gồm:

  • Khái niệm môi trường và ô nhiễm môi trường nước theo Luật Bảo vệ môi trường 2014, nhấn mạnh sự biến đổi tiêu cực các thành phần vật lý, hóa học và sinh học của nước do các chất ô nhiễm.
  • Khái niệm nước thải sinh hoạt: nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt như tắm giặt, vệ sinh, nấu nướng, chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy, vi sinh vật gây bệnh, nitơ và phốt pho.
  • Mô hình xử lý nước thải bằng mương oxy hóa (MOT): công nghệ xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính lơ lửng, tuần hoàn trong mương, xử lý triệt để các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho. Thời gian lưu nước từ 1-3 ngày, giảm lượng bùn thải đáng kể.
  • Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải: BOD5, COD, TSS, Amoni (N), Phốt pho (P2O5), pH, tổng coliform, theo quy chuẩn Việt Nam QCVN 14:2008/BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thu thập từ Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng, các mẫu nước thải đầu vào và đầu ra được lấy theo lịch trình định kỳ từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019, tổng cộng 8 lần lấy mẫu đầu ra mỗi tháng và 1 lần đầu vào.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu nước thải đầu vào ngẫu nhiên một lần mỗi tháng, mẫu nước thải sau xử lý lấy 3 ngày một lần để đánh giá hiệu quả xử lý liên tục.
  • Phân tích số liệu: Các thông số được phân tích tại Trung tâm Chất lượng và Bảo vệ tài nguyên nước thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường theo tiêu chuẩn VILAS 1145 - VIMCERT 218. Hiệu suất xử lý được tính toán dựa trên sự chênh lệch nồng độ các chỉ tiêu trước và sau xử lý.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong 8 tháng, từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019, nhằm đánh giá hiệu quả vận hành thử của hệ thống MOT trong điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả xử lý BOD5: Nồng độ BOD5 đầu vào trung bình khoảng 250 mg/l, sau xử lý giảm xuống còn khoảng 30-40 mg/l, đạt hiệu suất xử lý trên 85%. Hiệu quả này ổn định qua các tháng, cho thấy hệ thống MOT xử lý hiệu quả chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt.

  2. Hiệu quả xử lý tổng chất rắn lơ lửng (TSS): TSS đầu vào dao động khoảng 220 mg/l, sau xử lý giảm xuống dưới 50 mg/l, tương ứng hiệu suất xử lý đạt khoảng 75-80%. Mức giảm này giúp nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn xả thải.

  3. Hiệu quả xử lý Amoni (N): Nồng độ Amoni đầu vào trung bình khoảng 40 mg/l, sau xử lý giảm còn khoảng 5-7 mg/l, hiệu suất xử lý đạt trên 80%, cho thấy khả năng khử nitơ của hệ thống MOT khá tốt.

  4. Hiệu quả xử lý Phốt pho (P2O5): Nồng độ phốt pho đầu vào khoảng 8 mg/l, sau xử lý giảm xuống dưới 2 mg/l, hiệu suất xử lý đạt khoảng 75%, góp phần hạn chế hiện tượng phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của hệ thống MOT được giải thích bởi cơ chế tuần hoàn bùn hoạt tính trong mương oxy hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí phát triển và phân hủy các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, hiệu suất xử lý BOD5 và Amoni của hệ thống MOT tại Gia Sàng tương đương hoặc vượt trội so với các công nghệ xử lý sinh học khác như MBBR hay SBR. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện nồng độ các chỉ tiêu trước và sau xử lý theo từng tháng, hoặc bảng tổng hợp hiệu suất xử lý trung bình từng tháng để minh họa sự ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, một số tháng có sự biến động nhẹ về hiệu suất xử lý do điều kiện vận hành và tải lượng nước thải thay đổi, cần được kiểm soát chặt chẽ hơn. Kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ MOT trong xử lý nước thải sinh hoạt quy mô lớn tại thành phố Thái Nguyên.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường công tác vận hành và bảo dưỡng hệ thống: Đề nghị Công ty Thoát nước và Phát triển hạ tầng Thái Nguyên tổ chức đào tạo chuyên sâu cho nhân viên vận hành, thực hiện bảo dưỡng định kỳ thiết bị nhằm duy trì hiệu suất xử lý ổn định, giảm thiểu sự cố kỹ thuật. Thời gian thực hiện: trong 6 tháng tới.

  2. Nâng cấp hệ thống thu gom nước thải: Mở rộng và hoàn thiện mạng lưới thu gom nước thải tại các khu vực chưa được kết nối, đặc biệt các khu vực có nước thải xả trực tiếp ra môi trường, nhằm tăng tỷ lệ nước thải được xử lý lên trên 80% trong vòng 2 năm tới.

  3. Áp dụng công nghệ xử lý bùn thải hiệu quả: Đầu tư hệ thống xử lý và tái sử dụng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải để giảm thiểu ô nhiễm thứ cấp và tận dụng nguồn tài nguyên, thực hiện trong vòng 1 năm.

  4. Giám sát chất lượng nước thải liên tục: Thiết lập hệ thống quan trắc tự động các chỉ tiêu môi trường quan trọng như BOD5, TSS, Amoni, Phốt pho để kịp thời điều chỉnh quy trình vận hành, đảm bảo nước thải sau xử lý luôn đạt quy chuẩn. Thời gian triển khai: 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý môi trường và đô thị: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chính sách, quy hoạch hệ thống thoát nước và xử lý nước thải đô thị, nâng cao hiệu quả quản lý môi trường.

  2. Các nhà máy và trạm xử lý nước thải: Áp dụng các giải pháp vận hành, bảo dưỡng và nâng cấp công nghệ MOT nhằm cải thiện hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, số liệu thực tế và phân tích hiệu quả công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt quy mô lớn.

  4. Doanh nghiệp tư vấn và thi công công trình môi trường: Căn cứ vào kết quả đánh giá để thiết kế, thi công và vận hành các hệ thống xử lý nước thải phù hợp với điều kiện thực tế tại các đô thị tương tự.

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 tuần hoàn trong mương. Ưu điểm gồm hiệu quả xử lý cao, giảm lượng bùn thải, chi phí vận hành thấp và phù hợp với quy mô vừa và nhỏ.

  2. Hiệu suất xử lý BOD5 của hệ thống MOT tại Nhà máy Gia Sàng đạt bao nhiêu?
    Hiệu suất xử lý BOD5 trung bình trên 85%, giảm từ khoảng 250 mg/l đầu vào xuống còn 30-40 mg/l sau xử lý, đảm bảo đạt quy chuẩn xả thải.

  3. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt?
    Cần tăng cường vận hành, bảo dưỡng thiết bị, mở rộng mạng lưới thu gom, áp dụng công nghệ xử lý bùn hiệu quả và giám sát chất lượng nước thải liên tục để điều chỉnh kịp thời.

  4. Nước thải sau xử lý có thể xả ra nguồn tiếp nhận nào?
    Nước thải sau xử lý tại Nhà máy Gia Sàng được xả ra sông Cầu, một nguồn nước lớn của khu vực, sau khi đạt các tiêu chuẩn về chất lượng môi trường.

  5. Phạm vi nghiên cứu của luận văn bao gồm những gì?
    Nghiên cứu tập trung đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống MOT tại Nhà máy Gia Sàng trong giai đoạn vận hành thử từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019, bao gồm phân tích chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra, hiệu suất xử lý và đề xuất giải pháp nâng cao.

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 giảm trên 85%, TSS giảm khoảng 75%, Amoni và Phốt pho giảm trên 75%.
  • Mạng lưới thu gom nước thải hiện tại phục vụ khoảng 27% dân số mục tiêu, cần mở rộng để tăng tỷ lệ nước thải được xử lý.
  • Công nghệ MOT phù hợp với điều kiện địa phương, chi phí vận hành thấp và dễ dàng bảo trì.
  • Cần tăng cường công tác vận hành, bảo dưỡng và giám sát chất lượng nước thải để duy trì hiệu quả xử lý ổn định.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống thu gom, xử lý bùn và giám sát tự động nhằm nâng cao hiệu quả và bền vững của nhà máy trong giai đoạn tiếp theo.

Next steps: Triển khai các giải pháp đề xuất trong vòng 1-2 năm tới, đồng thời mở rộng nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý, nhà máy xử lý và nhà nghiên cứu cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng kết quả nghiên cứu, nâng cao chất lượng môi trường nước và sức khỏe cộng đồng tại Thái Nguyên.