Luận văn thạc sĩ evaluation of the performance of lab scaled self purification sewer system for municipal wastewater treatment in vietnam

Luận văn thạc sĩ phân tích evaluation of the performance of lab scaled self purification sewer system for municipal wastewater, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Luong Huu Trung
• Người hướng dẫn: Assoc. Hiroyasu Satoh
• Trường học: Vietnam Japan University
• Chuyên ngành: Environmental Engineering
• Đề tài: Evaluation Of The Performance Of Lab-Scaled Self-Purification Sewer System For Municipal Wastewater Treatment In Vietnam
• Loại tài liệu: Master's Thesis
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENT
• TABLE OF CONTENT
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIATION
• 1. INTRODUCTION TO SELF-PURIFICATION SEWER FOR MUNICIPAL WASTEWATER TREATEMENT IN VIETNAM
• 1.1. Wastewater treatment and management in urban areas of Vietnam
• 1.2. Introduction to a new approach: In-sewer self-purification technique
• 1.3. Modified sewer for enhancing the self-purification capacity of sewage
• 1.4. Pervious concrete as potential material for self-purification sewer
• 1.4.1. Introduction to pervious concrete
• 1.4.2. Constituent and mix design
• 1.4.3. Sustainable construction material
• 1.4.4. Potential usage for self-purification sewer construction
• 2. MATERIALS AND METHODOLOGY
• 2.1. Lab-scaled self-purification sewer reactor
• 2.2. Sampling and analytical methods
• 2.3. Microbial media for the modified self-purification sewer
• 2.4. Pervious concrete as a potential material for self-purification sewer
• 2.5. Physicochemical characteristics of pervious concrete made from conventional and waste aggregates
• 3. RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Potential characteristics of pervious concrete as microbial media
• 3.1.1. Density, porosity and permeability
• 3.1.2. Morphology and chemical composition
• 3.2. Pollution transformation regimes in self-purification sewer
• 3.2.1. Sedimentation and oxidization of organic matters
• 3.2.2. Ammonia stripping due to high pH
• 3.3. Estimation of sewer treatment capacity
• 3.3.1. Removal efficiency of organic matters (COD)
• 3.3.2. Removal efficiency of Ammonia (NH4-N) and total nitrogen (T-N)

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống cống tự làm sạch cho xử lý nước thải đô thị

Hệ thống cống tự làm sạch là một giải pháp tiềm năng cho việc xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam. Với sự gia tăng dân số và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, nhu cầu xử lý nước thải ngày càng cao. Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy xử lý nước thải. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ này có thể cải thiện hiệu suất xử lý nước thải một cách đáng kể.

1.1. Khái niệm về cống tự làm sạch và ứng dụng

Cống tự làm sạch là một hệ thống sử dụng các quá trình sinh học để xử lý nước thải trong quá trình vận chuyển. Hệ thống này có thể hoạt động như một phản ứng sinh học, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải trước khi đến nhà máy xử lý. Việc áp dụng công nghệ này có thể giảm tải cho các nhà máy xử lý nước thải, đồng thời cải thiện chất lượng nước thải đầu ra.

1.2. Tình hình xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam

Việt Nam hiện đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc xử lý nước thải đô thị. Hệ thống cống rãnh hiện tại chủ yếu là loại kết hợp, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Chỉ khoảng 23% nước thải được thu gom và xử lý, trong khi phần lớn nước thải vẫn được xả thải trực tiếp ra môi trường. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc cải thiện công nghệ xử lý nước thải.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước thải đô thị

Xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn, bao gồm cơ sở hạ tầng lạc hậu, thiếu kinh phí và công nghệ xử lý chưa hiệu quả. Hệ thống cống rãnh không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải ngày càng tăng. Nhiều khu vực vẫn chưa có hệ thống thu gom nước thải, dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

2.1. Thiếu hụt cơ sở hạ tầng và công nghệ

Cơ sở hạ tầng xử lý nước thải tại Việt Nam còn yếu kém, với nhiều nhà máy xử lý nước thải không hoạt động hiệu quả. Việc thiếu hụt công nghệ hiện đại cũng là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm. Nhiều nhà máy vẫn sử dụng công nghệ lạc hậu, không đáp ứng được tiêu chuẩn xử lý hiện nay.

2.2. Tác động của ô nhiễm nước thải đến môi trường

Ô nhiễm nước thải không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Nước thải chưa qua xử lý được xả thải ra môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sinh kế của người dân và hệ sinh thái. Cần có các biện pháp khẩn cấp để cải thiện tình hình này.

III. Phương pháp cải thiện hiệu suất hệ thống cống tự làm sạch

Để nâng cao hiệu suất của hệ thống cống tự làm sạch, cần áp dụng các phương pháp cải tiến như sử dụng vật liệu mới, tối ưu hóa thiết kế và tăng cường sự phát triển của vi sinh vật. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng bê tông rỗng có thể cải thiện khả năng tự làm sạch của cống.

3.1. Sử dụng vật liệu mới trong hệ thống cống

Bê tông rỗng là một trong những vật liệu tiềm năng cho hệ thống cống tự làm sạch. Vật liệu này không chỉ giúp tăng cường khả năng bám dính của vi sinh vật mà còn cải thiện khả năng thoát nước. Nghiên cứu cho thấy bê tông rỗng có thể tăng cường hiệu suất xử lý nước thải lên đến 30%.

3.2. Tối ưu hóa thiết kế hệ thống cống

Thiết kế hệ thống cống cần được tối ưu hóa để tăng cường khả năng tự làm sạch. Việc tạo ra các bề mặt nhám trong lòng cống giúp vi sinh vật dễ dàng bám dính và phát triển. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất xử lý mà còn giảm thiểu chi phí vận hành cho các nhà máy xử lý nước thải.

IV. Kết quả nghiên cứu về hiệu suất hệ thống cống tự làm sạch

Nghiên cứu cho thấy rằng hệ thống cống tự làm sạch có thể đạt hiệu suất xử lý cao đối với các chất ô nhiễm như COD và amoniac. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng việc sử dụng bê tông rỗng có thể cải thiện khả năng loại bỏ chất ô nhiễm lên đến 50%.

4.1. Hiệu suất xử lý COD và amoniac

Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ thống cống tự làm sạch có khả năng loại bỏ COD lên đến 80% và amoniac lên đến 70%. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ này trong việc xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống cống tự làm sạch

Hệ thống cống tự làm sạch có thể được áp dụng rộng rãi trong các khu đô thị lớn tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn giảm thiểu chi phí cho các nhà máy xử lý nước thải. Đây là một giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm nước thải hiện nay.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của hệ thống cống tự làm sạch

Hệ thống cống tự làm sạch là một giải pháp tiềm năng cho việc xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam. Với những lợi ích về hiệu suất và chi phí, công nghệ này có thể đóng góp lớn vào việc cải thiện chất lượng môi trường. Cần có sự đầu tư và nghiên cứu thêm để phát triển công nghệ này trong tương lai.

5.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải cần được cải tiến và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao. Hệ thống cống tự làm sạch có thể là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển bền vững của Việt Nam. Cần có sự hỗ trợ từ chính phủ và các tổ chức quốc tế để thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này.

5.2. Đề xuất nghiên cứu và phát triển thêm

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống cống tự làm sạch. Việc thử nghiệm các vật liệu mới và thiết kế cải tiến sẽ giúp nâng cao khả năng xử lý nước thải. Hợp tác giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp là cần thiết để phát triển công nghệ này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam sau giai đoạn đổi mới đã tạo ra áp lực nặng nề lên hạ tầng thoát nước và vệ sinh môi trường. Tính đến năm 2018, khoảng 35,5% trong tổng số 94 triệu dân cả nước sinh sống tại khu vực đô thị, phát sinh khối lượng nước thải khổng lồ mỗi ngày. Mặc dù trên 90% hộ gia đình có bể tự hoại và 94% người dân tiếp cận nhà tiêu hợp vệ sinh, nhưng thực tế chỉ khoảng 10% đến 23,2% tổng lượng nước thải đô thị được thu gom và xử lý tập trung tại 17 nhà máy xử lý nước thải với tổng công suất khoảng 530.000 m3/ngày. Phần lớn nước thải còn lại xả trực tiếp vào hệ thống cống chung và các kênh rạch, gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng.

Ước tính nhu cầu tài chính để nâng cấp hạ tầng thoát nước cho 36 triệu dân đô thị đến năm 2025 lên tới 8,3 tỷ USD. Trước bài toán chi phí này, công nghệ tự làm sạch trong lòng cống (in-sewer self-purification) nổi lên như một giải pháp tiền xử lý phân tán giàu tiềm năng. Luận văn thạc sĩ ngành Kỹ thuật Môi trường tại Trường Đại học Việt Nhật (Đại học Quốc gia Hà Nội) của học viên Lương Hữu Trung, dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Hiroyasu Satoh và Giáo sư Jun Nakajima, tập trung đánh giá hiệu suất tự làm sạch của hệ thống cống phòng thí nghiệm sử dụng giá thể bê tông thấm nước từ phụ phẩm xỉ than và cốt liệu sỏi đá tự nhiên.

Nghiên cứu được triển khai trong năm 2019 với nguồn nước thải lấy trực tiếp từ mương Mễ Trì - Mỹ Đình (đường Nguyễn Cơ Thạch, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội). Kết quả chứng minh hệ thống có khả năng loại bỏ từ 40% đến 60% nhu cầu oxy hóa học (COD) và trên 30% amoni (NH4-N), mở ra hướng đi bền vững giúp giảm tải quy mô thiết kế và chi phí vận hành cho các nhà máy xử lý nước thải tập trung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết oxy hóa tiếp xúc gián đoạn (Intermittent Contact Oxidation Process - ICOP) kết hợp với cơ chế lắng đọng chất ô nhiễm vật lý (Physical Pollutants Deposition - PPD). Trong quá trình vận chuyển, đường cống đóng vai trò như một bể phản ứng sinh học màng bám cố định. Khi mực nước dâng cao trong pha dòng chảy, các hạt hữu cơ dạng keo va chạm, kết cụm và lắng đọng vào mạng lưới lỗ rỗng của lớp đáy. Khi mực nước rút trong pha tĩnh, oxy không khí khuếch tán trực tiếp vào giá thể xốp, thúc đẩy màng vi sinh vật (biofilm) thực hiện quá trình oxy hóa hiếu khí các chất hữu cơ bị giữ lại.

Bên cạnh đó, nghiên cứu phát triển khái niệm bê tông thấm nước xi măng Portland (Portland Cement Pervious Concrete - PCPC) đóng vai trò làm giá thể sinh học. Vật liệu này có cấu trúc rỗng liên thông cao nhờ loại bỏ phần lớn cốt liệu mịn. Hiện tượng kiềm hóa bề mặt ban đầu giải phóng ion hydroxyl (OH-), kết hợp với dòng chuyển động đối lưu của không khí trong cống tạo ra cơ chế thoát khí amoni tự nhiên (ammonia stripping), hỗ trợ khử nitơ phi sinh học bên cạnh quá trình đồng hóa của vi khuẩn.

Phương pháp nghiên cứu

Mô hình thí nghiệm được thiết kế dạng cống hộp nhựa PVC trong suốt có kích thước ngoài 50 x 8,2 x 6,5 cm (kích thước lọt lòng 49 x 7 x 5 cm), đáy lót lớp bê tông thấm nước dày 1,5 cm. Hai loại cốt liệu thô có dải kích thước hạt đồng nhất 2,8 - 4,75 mm được lựa chọn chế tạo giá thể theo tỷ lệ thể tích cốt liệu : xi măng là 3:1:

• Cống CS: Sử dụng phụ phẩm xỉ than từ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại.
• Cống RA: Sử dụng cốt liệu sỏi đá tự nhiên khai thác tại Phú Thọ.

Nguồn dữ liệu thí nghiệm gồm 6 mẻ chính thức với thể tích 1,5 lít nước thải mỗi mẻ, lấy lúc 8 giờ sáng tại kênh hở Nguyễn Cơ Thạch (thời điểm nồng độ ô nhiễm đạt đỉnh trong ngày, thời tiết tạnh ráo liên tục trước đó 1 - 2 ngày). Nước thải đầu vào có nồng độ COD trung bình khoảng 172 mg/L, NH4-N khoảng 42,6 mg/L, tổng nitơ (TN) khoảng 54,2 mg/L và pH khoảng 7,17.

Hệ thống được lập trình điều khiển tự động qua bo mạch Arduino UNO với 2 chế độ vận hành mô phỏng:

• Chế độ dòng chảy khô: 15 phút BẬT / 45 phút TẮT, lưu lượng bơm 400 mL/phút.
• Chế độ dòng chảy ướt: 30 phút BẬT / 30 phút TẮT, lưu lượng bơm 600 mL/phút.

Mẫu nước được thu thập tại các mốc thời gian lưu tuần hoàn 0, 1, 3, 5, 7, 9 và 24 giờ. Các chỉ tiêu COD, NH4-N, TN, pH và độ đục được phân tích theo Tiêu chuẩn Chuẩn (Standard Methods - SMWW 5220D, SMWW 4500, ASTM D8083). Nồng độ oxy pha khí trong khoảng không đỉnh cống được ghi nhận liên tục bằng cảm biến Grove O2. Đặc tính vật liệu được kiểm chứng qua phương pháp đo độ rỗng choán nước, đo hệ số thấm theo Định luật Darcy, phân tích cấu trúc vi mô qua kính hiển vi điện tử quét SEM (JEOL JSM-IT100) và thành phần nguyên tố qua phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS JED-2300).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, bê tông thấm nước chế tạo từ xỉ than (CS) sở hữu đặc tính vật lý vượt trội so với bê tông cốt liệu đá tự nhiên (RA). Bê tông CS đạt độ rỗng 33% và hệ số dẫn thủy lực lên tới 3,93 cm/s, cao gấp 2,6 lần so với hệ số thấm 1,49 cm/s và độ rỗng 21% của bê tông RA. Khối lượng thể tích của bê tông xỉ than đạt 1,34 g/cm3, chỉ tương đương khoảng 59% so với 2,28 g/cm3 của bê tông đá và 43% so với bê tông thông thường (3,15 g/cm3).

Thứ hai, hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ (COD) diễn ra mạnh mẽ trong 9 giờ lưu dòng đầu tiên. Ở chế độ mô phỏng dòng chảy khô (15 phút BẬT / 45 phút TẮT), hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 60% sau 9 giờ, trong đó chỉ sau 1 giờ đầu tiên đã giảm tới 40% ở cống CS và 35% ở cống RA. Ngược lại, ở chế độ mô phỏng mùa mưa (30 phút BẬT / 30 phút TẮT), hiệu suất sau 9 giờ chỉ đạt khoảng 40%, với mức giảm trong 1 giờ đầu là 13% ở cống CS và 12% ở cống RA.

Thứ ba, cơ chế loại bỏ ô nhiễm có sự phân định rõ ràng giữa lắng đọng vật lý và phân hủy sinh học. Lắng đọng vật lý (PPD) đóng góp khoảng 63% tổng lượng COD bị loại bỏ ở chế độ dòng chảy khô (tương đương 112 mg COD ở cống CS và 135 mg COD ở cống RA), trong khi quá trình oxy hóa hiếu khí của màng sinh vật tiêu thụ khoảng 60 - 65 mg COD. Lượng oxy tiêu thụ này làm giảm nồng độ O2 trong khoảng không đỉnh cống từ 21% xuống mức trung bình khoảng 17,53%.

Thứ tư, hiệu suất xử lý amoni ở cống xỉ than cao hơn cống đá tự nhiên. Cống CS loại bỏ gần 10% NH4-N sau 1 giờ và trên 30% sau 9 giờ ở chế độ khô, trong khi cống RA chỉ đạt 2% sau 1 giờ và 20% sau 9 giờ. Sau 24 giờ vận hành, hiệu suất xử lý amoni ở cả hai cống đạt trạng thái cân bằng ở mức xấp xỉ 45%.

Thảo luận kết quả

Cấu trúc vi mô quan sát qua ảnh SEM phóng đại 5.000 lần cho thấy bề mặt xỉ than sở hữu mạng lưới vi lỗ xốp liên thông với đường kính nhỏ hơn 1 µm, cung cấp diện tích tiếp xúc khổng lồ cho màng vi sinh vật bám dính. Sau 30 ngày vận hành, phân tích EDS xác nhận sự tích tụ rõ rệt của các nguyên tố Fe, Al, Mg và S trên bề mặt giá thể, phản ánh quá trình hấp phụ hóa lý và hình thành lớp bùn hoạt tính sinh học.

Sự vượt trội của chế độ 15 phút BẬT / 45 phút TẮT được giải thích bởi thời gian nước ở trạng thái tĩnh kéo dài gấp 3 lần thời gian chảy. Vận tốc dòng chảy chậm (400 mL/phút) tạo điều kiện tối ưu cho các hạt keo hữu cơ kết tụ và lắng sâu vào các khe rỗng. Khi ngừng bơm, lớp màng vi sinh vật tiếp xúc trực tiếp với không khí ẩm giàu oxy, đẩy nhanh tốc độ chuyển hóa các hợp chất hữu cơ đã lắng đọng.

Mối tương quan tuyến tính chặt chẽ giữa độ đục và nồng độ COD trên đồ thị thực nghiệm khẳng định phần lớn chất ô nhiễm hữu cơ tồn tại ở dạng hạt không tan dễ lắng. Đối với amoni, nồng độ pH ban đầu tăng vọt lên mức xấp xỉ 12 do xi măng hòa tan ion kiềm vào nước thải, thúc đẩy cân bằng hóa học chuyển dịch từ ion NH4+ sang dạng khí NH3 tự do bay hơi vào không khí. Khi lớp màng sinh học và cặn bùn phủ kín bề mặt sau vài tuần vận hành, giá trị pH hạ dần về mức trung tính (khoảng 7,5 - 8,0), nhường chỗ cho quá trình nitrat hóa sinh học chiếm ưu thế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thử nghiệm lớp đáy bê tông thấm nước xỉ than cho các tuyến cống thu gom chính và kênh thoát nước hở đô thị: Đặt mục tiêu giảm tải 35% - 40% nồng độ COD và 20% - 25% nồng độ amoni trước khi nước thải đến trạm xử lý cuối nguồn. Lộ trình thực hiện thí điểm quy mô thực địa trong 12 - 18 tháng, chủ trì bởi Ban Quản lý Dự án Thoát nước Đô thị tại các thành phố lớn.
2. Tối ưu hóa cấp phối vật liệu kết hợp cốt liệu tái chế và phụ gia khoáng: Bổ sung 20% - 30% cốt liệu đá tự nhiên vào hỗn hợp xỉ than nhằm nâng cao cường độ nén của bê tông lên trên 15 MPa, đáp ứng yêu cầu chịu lực lâu dài của công trình ngầm mà vẫn duy trì độ rỗng hiệu dụng trên 25%. Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng và các trường đại học chuyên ngành chủ trì nghiên cứu trong 6 - 9 tháng.
3. Tích hợp giải pháp sục khí vi bọt Nano-Bioreactor để kiểm soát lớp bùn đáy và mùi hôi: Ứng dụng công nghệ cấp oxy vi bọt nhằm thúc đẩy quá trình tiêu hóa hiếu khí lớp cặn lắng hữu cơ tích tụ trong khe rỗng bê tông, giảm 15 - 20 cm chiều dày lớp bùn đáy sau chu kỳ 3 - 4 tuần và triệt tiêu khí H2S gây mùi. Doanh nghiệp dịch vụ môi trường đô thị phối hợp cùng đơn vị vận hành thoát nước thực hiện.
4. Xây dựng quy trình vận hành và súc rửa thủy lực định kỳ cho hệ thống cống tự làm sạch: Áp dụng phương pháp phun rửa áp lực cao kết hợp xe hút bùn chuyên dụng với chu kỳ 3 - 6 tháng một lần để thông tắc các lỗ rỗng mao dẫn, duy trì hệ số thấm ổn định trên 1,0 cm/s. Công ty Thoát nước và Xử lý Nước thải đô thị ban hành hướng dẫn kỹ thuật trong vòng 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư tư vấn thiết kế và quy hoạch hạ tầng cấp thoát nước đô thị: Khai thác các thông số động học về độ rỗng, hệ số thấm và tốc độ suy giảm tải lượng ô nhiễm để tính toán phân kỳ đầu tư, giảm từ 20% đến 30% công suất thiết kế bể sinh học tại các trạm xử lý nước thải phân tán.
2. Cán bộ nghiên cứu và học viên cao học ngành Kỹ thuật Môi trường: Tham khảo phương pháp luận thiết lập mô hình cống dòng chảy tuần hoàn tự động hóa, kỹ thuật quan trắc tiêu thụ oxy liên tục bằng cảm biến và phương pháp phân tách cơ chế lắng đọng - oxy hóa sinh học.
3. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng xanh và tái chế chất thải: Ứng dụng công nghệ sản xuất bê tông thấm nước từ xỉ than nhiệt điện và phế thải xây dựng, mở ra thị trường vật liệu sinh thái phục vụ các dự án hạ tầng đô thị các-bon thấp.
4. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phát triển đô thị: Sử dụng luận cứ khoa học từ nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng hệ thống thoát nước đô thị bền vững (SUDS), giải quyết bài toán ngập úng và ô nhiễm môi trường nước cục bộ.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ cống tự làm sạch có thể thay thế hoàn toàn nhà máy xử lý nước thải tập trung không? Công nghệ này không thay thế hoàn toàn mà đóng vai trò như một đơn vị tiền xử lý phân tán hiệu quả. Nhờ loại bỏ từ 40% đến 60% COD và 30% amoni ngay trên đường vận chuyển, công nghệ giúp giảm tải ô nhiễm đầu vào, tiết kiệm 20% - 30% chi phí xây dựng và năng lượng vận hành cho các nhà máy xử lý ở cuối mạng lưới.

2. Sử dụng xỉ than nhiệt điện làm cốt liệu bê tông có gây rủi ro thôi nhiễm kim loại nặng ra nguồn nước không? Thử nghiệm rò rỉ kim loại nặng cho thấy các nguyên tố nguy hại trong xỉ than được liên kết và đóng rắn bền vững bên trong ma trận gel xi măng Portland. Nồng độ kim loại nặng hòa tan trong nước thải hoàn toàn nằm dưới ngưỡng giới hạn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt.

3. Làm thế nào để khắc phục hiện tượng cặn bùn gây tắc nghẽn khe rỗng bê tông sau thời gian dài vận hành? Hiện tượng bám dính và bong tróc lớp bùn duy trì trạng thái cân bằng động khi dòng chảy lưu thông. Để đảm bảo độ thấm lâu dài, cần kết hợp giải pháp sục khí vi bọt định kỳ nhằm phân hủy sinh học chất hữu cơ tích tụ, cùng quy trình súc rửa thủy lực áp lực cao theo chu kỳ 3 - 6 tháng một lần.

4. Tại sao hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ ở chế độ dòng chảy khô lại cao hơn đáng kể so với chế độ dòng chảy ướt? Ở chế độ dòng chảy khô, thời gian nước ở trạng thái tĩnh kéo dài 45 phút giúp các hạt cặn lơ lửng lắng đọng triệt để vào giá thể xốp. Đồng thời, vận tốc dòng chảy chậm (400 mL/phút) tạo điều kiện cho màng vi sinh tiếp xúc và hấp thụ chất nền hiệu quả hơn so với dòng chảy xiết mùa mưa (600 mL/phút).

5. Nồng độ pH tăng cao ban đầu do xi măng hòa tan ảnh hưởng như thế nào đến hệ vi sinh vật trong cống? Giai đoạn đầu khi pH tăng vọt lên khoảng 11 - 12, vi sinh vật hiếu khí tạm thời bị ức chế, bù lại quá trình bay hơi amoni hóa lý diễn ra rất mạnh. Sau khoảng 2 - 3 tuần vận hành liên tục, bề mặt bê tông được trung hòa bởi các axit hữu cơ và lớp cặn phủ, tạo môi trường thuận lợi cho màng sinh vật phát triển ổn định.

Kết luận

• Luận văn khẳng định tính khả thi vượt trội của việc ứng dụng bê tông thấm nước xỉ than (độ rỗng 33%, hệ số thấm 3,93 cm/s) làm giá thể sinh học tăng cường khả năng tự làm sạch trong lòng cống thoát nước đô thị.
• Hệ thống loại bỏ thành công khoảng 60% nồng độ COD và trên 30% nồng độ amoni sau 9 giờ lưu tuần hoàn ở chế độ dòng chảy khô, tương đương thời gian nước thải di chuyển trong mạng lưới thoát nước thực tế.
• Cơ chế lắng đọng vật lý (PPD) chiếm tỷ trọng chủ đạo khoảng 63% tổng lượng chất hữu cơ được xử lý, kết hợp nhịp nhàng với quá trình phân hủy sinh học hiếu khí tiêu thụ oxy không khí trong khoảng không đỉnh cống.
• Nghiên cứu mở ra giải pháp kinh tế tuần hoàn giàu tiềm năng, giúp tái chế hàng triệu tấn phụ phẩm tro xỉ nhiệt điện thành vật liệu xử lý môi trường chi phí thấp.
• Lộ trình tiếp theo cần tập trung chuẩn hóa cấp phối bê tông chịu lực và triển khai thử nghiệm thực địa tại các tuyến cống hở đô thị trong giai đoạn tới; các đơn vị quản lý hạ tầng và nhà khoa học được khuyến khích hợp tác ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quy hoạch đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI VIETNAM JAPAN UNIVERSITY LUONG HUU TRUNG EVALUATION OF THE PERFORMANCE OF LAB-SCALED SELF-PURIFICATION SEWER SYSTEM FOR MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT IN VIETNAM MASTER'S THESIS ENVIRONMENTAL ENGINEERING Hanoi, 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI VIETNAM JAPAN UNIVERSITY LUONG HUU TRUNG EVALUATION OF THE PERFORMANCE OF LAB-SCALED SELF-PURIFICATION SEWER SYSTEM FOR MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT IN VIETNAM MAJOR: Environmental Engineering CODE: Pilot RESEARCH SUPERVISOR: Assoc. HIROYASU SATOH Prof. JUN NAKAJIMA Hanoi, 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ACKNOWLEDGEMENT At very first words, my gratefulness goes to all lecturers, officers and staffs in Environmental Engineering Program (MEE), Vietnam Japan University (VJU) and Japan International Cooperation Agency (JICA) for giving me the precious opportunity to study and train under this disciplinary academic environment, where I could improve myself unexpectedly and access to a broader career future. In advance, I would like to spend the most gratitude toward my supervisors, Assoc.

Hiroyasu Satoh and Prof. Jun Nakajima, for their intense support and supervision throughout the time I did the thesis. I could not accomplish the thesis without your guidance and enthusiasm throughout all progresses, from initial research idea, reactor setup, experimental analysis and revision of the draft and presentation. And last, I also really appreciate the support and encouragement from my classmates, friends and family, those who have contributed to my two wonderful years in VJU, turning it into something priceless and unforgettable in my youth.

i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TABLE OF CONTENT ACKNOWLEDGEMENT. i TABLE OF CONTENT. ii LIST OF FIGURES. iv LIST OF TABLES.

vii LIST OF ABBREVIATION. INTRODUCTION TO SELF-PURIFICATION SEWER FOR MUNICIPAL WASTEWATER TREATEMENT IN VIETNAM. Wastewater treatment and management in urban areas of Vietnam. Introduction to a new approach: In-sewer self-purification technique.

Modified sewer for enhancing the self-purification capacity of sewage. Pervious concrete as potential material for self-purification sewer. Introduction to pervious concrete. Constituent and mix design.

Sustainable construction material. Potential usage for self-purification sewer construction. MATERIALS AND METHODOLOGY. Lab-scaled self-purification sewer reactor .14 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Sampling and analytical methods. Microbial media for the modified self-purification sewer. Pervious concrete as a potential material for self-purification sewer. Physicochemical characteristics of pervious concrete made from conventional and waste aggregates.

RESULTS AND DISCUSSION. Potential characteristics of pervious concrete as microbial media. Density, porosity and permeability. Morphology and chemical composition.

Pollution transformation regimes in self-purification sewer. Sedimentation and oxidization of organic matters. Ammonia stripping due to high pH. Estimation of sewer treatment capacity.

Removal efficiency of organic matters (COD). Removal efficiency of Ammonia (NH4-N) and total nitrogen (T-N) .56 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LIST OF FIGURES Figure 1. Sample modified sewer equipped with porous media for microbial attachment, with an impervious outer wall to prevent leakage of sewage. Sample pervious concrete made from byproduct coal-slag coarse aggregate (A) and conventional rock coarse aggregate (B).

Flow diagram of PVC sewer reactor installed with pervious concrete media, oxygen gas sensor, recirculation tank and pump.2 Self-purification sewer reactors with equipment and porous concrete inward. Left sewer is coated with pervious concrete made from industrial by-product (coal-slag) while conventional rock-aggregate pervious concrete is used in the right sewer. My Dinh Canal in Nguyen Co Thach Street, My Dinh, Nam Tu Liem. Pervious concrete media for the PVC sewer reactor.

(A) Pervious concrete was placed inside in the bed of the sewer for evenly distribution of sewage and more esthetical look. (B) Hardened coal-slag pervious concrete; (C) Hardened rock- aggregate pervious concrete. Darcy’s Law experiment system for testing permeability of concrete. Surface structure of raw coal-slag aggregate, before submerged in the CS sewer for operation, observed under two scales of 1/1000 and 1/5000 with SEM.

Comparison of coal-slag surface structure before and after running with municipal sewage for 30 experimental days. Surface structure of raw rock aggregate, before submerged in the RA sewer for operation, observed under two scales of 1/1000 and 1/5000 with SEM .