Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam đang diễn biến phức tạp do tiếp nhận đồng thời nhiều nguồn xả thải từ hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Cùng với tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, số lượng các khu công nghiệp gia tăng nhanh chóng kéo theo lượng công nhân tập trung lớn tại các nhà máy, xí nghiệp. Nước thải sinh hoạt phát sinh từ công nhân chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng (nitơ, phospho) và các vi sinh vật ký sinh gây bệnh đường ruột, tiềm ẩn nguy cơ gây suy thoái nguồn nước mặt và nước ngầm nếu không được xử lý triệt để.
Công ty TNHH Esprinta (Việt Nam) là doanh nghiệp chuyên sản xuất, gia công hàng may mặc (áo jacket, quần pant, thêu vi tính và bán thành phẩm) hoạt động tại Khu công nghiệp Sóng Thần 2, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dương. Nhằm kiểm soát nguồn ô nhiễm từ sinh hoạt của công nhân viên và góp phần tiết kiệm tài nguyên nước, đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán xử lý toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt đạt quy chuẩn xả thải môi trường, đồng thời nghiên cứu thu hồi, tái sử dụng một phần nguồn nước sau xử lý cho các mục đích nội bộ.
Mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Lựa chọn công nghệ thích hợp để xử lý và tái sử dụng nước thải sinh hoạt cho Công ty TNHH Esprinta Việt Nam.
- Đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn Cột A theo QCVN 14:2008/BTNMT trước khi xả ra nguồn tiếp nhận và đáp ứng tiêu chuẩn Cột B1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT đối với phần nước tái sử dụng.
- Áp dụng các công nghệ tiên tiến vào thiết kế kỹ thuật, giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm môi trường nước.
- Nâng cao kiến thức chuyên môn, tích lũy kinh nghiệm thực tế về tính toán và thiết kế công trình môi trường.
- Trau dồi kỹ năng trình bày, tính toán thủy lực, thiết kế và vẽ kỹ thuật các dự án chuyên ngành.
Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định thành 4 nội dung trọng tâm:
- Lựa chọn công nghệ thích hợp với thông số chất lượng nước thải đầu vào và thuyết minh quy trình công nghệ.
- Tính toán và thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý.
- Lựa chọn phương án công nghệ tối ưu thông qua so sánh kỹ thuật - kinh tế.
- Thể hiện các công trình xử lý bằng bản vẽ kỹ thuật chuyên ngành.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt phát sinh từ hoạt động của cán bộ, công nhân viên tại Công ty TNHH Esprinta Việt Nam.
- Phạm vi công suất: Thiết kế hệ thống xử lý với công suất trung bình $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ và công nghệ tinh lọc tái sử dụng $30%$ lưu lượng nước thải (tương đương $300\text{ m}^3/\text{ngày}$).
- Phạm vi không gian: Khuôn viên khu xử lý nước thải của Công ty TNHH Esprinta Việt Nam, Đường 12, Khu công nghiệp Sóng Thần 2, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dương.
- Phạm vi thời gian: Đồ án được thực hiện từ ngày 01/09/2019 đến ngày 23/12/2019.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
Đồ án dựa trên cơ sở lý thuyết xử lý nước thải bằng các phương pháp cơ học, hóa lý và sinh học:
- Quá trình cơ học: Tách rác thô qua song chắn rác nghiêng, lắng cát vô cơ trong mương dẫn, điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn bằng bể điều hòa sục khí thô nhằm chống lắng cặn và khử mùi kỵ khí.
- Quá trình hóa học: Trung hòa và hiệu chỉnh pH nước thải bằng dung dịch kiềm ($\text{NaOH}$) tạo điều kiện tối ưu cho hệ vi sinh vật sinh trưởng; khử trùng tiêu diệt vi khuẩn Coliforms bằng dung dịch $\text{NaOCl}$.
- Quá trình sinh học: Ứng dụng quá trình bùn hoạt tính phân hủy sinh học hiếu khí (Aerotank), thiếu khí (Anoxic) để thực hiện đồng thời quá trình oxy hóa cacbon hữu cơ, nitrat hóa chuyển hóa $\text{NH}_4^+$ thành $\text{NO}_3^-$ và khử nitrat thành khí $\text{N}_2$ tự do; quy trình phản ứng từng mẻ liên tục (SBR) hoạt động theo 5 pha luân phiên (Làm đầy, Sục khí, Lắng, Rút nước, Nghỉ).
- Quá trình lọc sâu và tách màng: Lọc áp lực qua lớp vật liệu cát thạch anh, than hoạt tính khử màu, mùi và chất hữu cơ khó phân hủy; siêu lọc màng Ultrafiltration (UF) kích thước lỗ lọc micromet để loại bỏ triệt để cặn lơ lửng, vi khuẩn phục vụ tái sử dụng.
Hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và tài liệu chuyên ngành làm căn cứ thiết kế:
- QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (áp dụng cho nước thải sau xử lý xả ra môi trường).
- QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B1): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (áp dụng đối với nguồn nước tái sử dụng $30%$).
- QCVN 50:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước.
- Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Các phương pháp tính toán thủy lực và công trình đơn vị theo tài liệu của TS. Trịnh Xuân Lai (2000, 2009, 2013), GS.TS. Lâm Minh Triết và PGS. Trần Hữu Uyển.
Phương pháp nghiên cứu thực tế
Tác giả phối hợp các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật môi trường bao gồm:
- Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập dữ liệu khảo sát về quy mô sản xuất may mặc, số lượng lao động, chế độ làm việc (1 ca/ngày, 8 giờ/ca) và điều kiện tự nhiên tại khu vực KCN Sóng Thần 2.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện hành (Aerotank truyền thống, MBBR, AAO, SBR, MBR, UASB, lọc sinh học dính bám).
- Phương pháp so sánh, đánh giá: Đánh giá ưu, nhược điểm về mặt kỹ thuật, diện tích chiếm đất, hiệu quả xử lý chất ô nhiễm và chi phí đầu tư giữa các phương án công nghệ.
- Phương pháp trao đổi chuyên gia: Tham khảo ý kiến hướng dẫn của giảng viên và kỹ sư thực địa thuộc Công ty TNHH MTV Công nghệ Môi trường Lê Huỳnh.
- Phương pháp tính toán kỹ thuật: Sử dụng công thức toán học và thủy lực chuyên ngành để tính toán kích thước hình học, thủy lực dòng chảy, nhu cầu cấp khí, công suất máy móc và khối lượng hóa chất tiêu thụ.
- Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Sử dụng phần mềm AutoCAD để xây dựng sơ đồ công nghệ, mặt bằng tổng thể và bản vẽ cấu tạo chi tiết các hạng mục công trình.
Nguồn dữ liệu
Số liệu về thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đầu vào của Công ty TNHH Esprinta Việt Nam được trích xuất từ kết quả quan trắc và phân tích của Công ty Cổ phần Kỹ thuật Tiêu chuẩn QCVN Việt Nam.
Nội dung chính theo từng chương
Chương Mở đầu
Chương này trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực trạng ô nhiễm nguồn nước mặt và áp lực kiểm soát nước thải sinh hoạt công nhân tại Công ty TNHH Esprinta Việt Nam. Xác lập mục tiêu thiết kế trạm xử lý $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT Cột A và thu hồi $30%$ lượng nước phục vụ tái sử dụng theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT Cột B1. Xác định rõ 4 nhiệm vụ cốt lõi, 6 phương pháp thực hiện và ý nghĩa thực tiễn của công trình trong việc bảo vệ môi trường tiếp nhận, tiết kiệm năng lượng và tài nguyên nước.
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 tổng quan về Công ty TNHH Esprinta (Việt Nam), doanh nghiệp may mặc hoạt động theo Giấy chứng nhận đầu tư số 5437682526 cấp lần đầu năm 2006, có công suất $17.000\text{ sản phẩm/năm}$ (gồm áo jacket, quần pant, gia công thêu $750.000\text{ sản phẩm/năm}$, bán thành phẩm $700.000\text{ sản phẩm/năm}$).
Phần tiếp theo hệ thống hóa lý thuyết về nước thải sinh hoạt, nguồn phát sinh (khu vệ sinh, nhà ăn, tẩy rửa), đặc tính ô nhiễm hữu cơ ($\text{BOD}_5$, $\text{COD}$), chất rắn ($\text{TSS}$), dinh dưỡng ($\text{N}$, $\text{P}$), chất hoạt động bề mặt và vi sinh vật gây bệnh ($\text{Coliforms}$, $\text{E. coli}$). Chương 1 phân tích chi tiết cơ chế hoạt động, ưu - nhược điểm của các công trình cơ học (song chắn rác, lắng cát, điều hòa, tách dầu mỡ), hóa học (trung hòa pH, oxy hóa khử, khử trùng) và sinh học (bể thiếu khí Anoxic, bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank với 3 giai đoạn oxy hóa hữu cơ - tổng hợp tế bào - phân hủy nội bào, bể phản ứng sinh học theo mẻ SBR 5 pha). Đồng thời điểm luận 8 công nghệ xử lý sinh học phổ biến hiện nay: Aerotank truyền thống, UASB, MBBR, AAO, SBR, MBR, công nghệ sinh trưởng dính bám và lọc sinh học.
Chương 2: Đề xuất và lựa chọn công nghệ xử lý
Chương 2 phân tích bảng số liệu thành phần nước thải thực tế của Công ty TNHH Esprinta Việt Nam. Trên cơ sở đối chiếu với QCVN 14:2008/BTNMT Cột A, tác giả đề xuất 2 phương án sơ đồ công nghệ xử lý:
- Phương án 1 (Công nghệ sinh học liên tục Anoxic kết hợp Aerotank): Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể điều chỉnh pH ($\text{NaOH}$) $\rightarrow$ Bể Anoxic $\rightarrow$ Bể Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng sinh học (bùn tuần hoàn về Anoxic, bùn dư xả về bể nén bùn và máy ép bùn) $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bồn lọc cát $\rightarrow$ Bồn lọc than hoạt tính $\rightarrow$ Bể khử trùng ($\text{NaOCl}$) $\rightarrow$ Tách dòng: $70%$ xả thải đạt Cột A và $30%$ qua màng lọc siêu lọc UF tái sử dụng đạt Cột B1 QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
- Phương án 2 (Công nghệ sinh học theo mẻ SBR): Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể điều chỉnh pH $\rightarrow$ Cụm bể phản ứng SBR (thực hiện làm đầy, sục khí, lắng, rút nước, nghỉ trong cùng một bể; bùn thải về bể nén bùn và máy ép bùn) $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bồn lọc cát $\rightarrow$ Bồn lọc than hoạt tính $\rightarrow$ Bể khử trùng $\rightarrow$ Tách dòng xả thải $70%$ và tái sử dụng $30%$ qua màng UF.
Chương này đồng thời lập bảng ước tính hiệu suất khử các chất ô nhiễm qua từng công trình đơn vị cho cả hai phương án, khẳng định khả năng xử lý triệt để $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{TSS}$, Tổng Nitơ và Tổng Phospho.
Chương 3: Tính toán thiết kế và lựa chọn công nghệ xử lý
Chương 3 là phần nội dung trọng tâm của đồ án, thực hiện tính toán thủy lực, xác định thông số công nghệ, kích thước hình học và lựa chọn thiết bị cơ điện cho từng công trình đơn vị của Phương án 1 và Phương án 2.
Đầu tiên, xác định lưu lượng tính toán:
- Lưu lượng trung bình ngày: $Q_{tb} = 1000\text{ m}^3/\text{ngày}$.
- Lưu lượng trung bình giờ: $Q_{tb,h} = 41.67\text{ m}^3/\text{h}$.
- Lưu lượng trung bình giây: $q_{tb} = 11.57\text{ l/s} \approx 11.6\text{ l/s}$.
- Hệ số không điều hòa chung: Tra bảng và nội suy được $K_{max} = 2.46$.
- Lưu lượng giờ lớn nhất: $Q_{max,h} = 2.46 \times 41.67 = 86.26\text{ m}^3/\text{h} = 0.024\text{ m}^3/\text{s}$.
Tính toán chi tiết các công trình theo Phương án 1:
- Song chắn rác: Mương dẫn tiết diện chữ nhật rộng $B_m = 0.5\text{ m}$, chiều cao nước $h = 0.1\text{ m}$, vận tốc $v = 0.5\text{ m/s}$, độ dốc thủy lực $i = 0.003$. Song chắn rác đặt nghiêng $60^\circ$, kích thước thanh đan vuông $8\text{ mm} \times 8\text{ mm}$, khoảng cách khe $15\text{ mm}$, số khe $n = 34$, số thanh $n_1 = 33$, chiều rộng khung song chắn $B_s = 0.774\text{ m}$, tổn thất áp lực $h_s = 0.02\text{ m}$. Chiều dài tổng cộng của mương đặt song chắn $L = 2.325\text{ m}$, chiều sâu xây dựng $H = 0.85\text{ m}$.
- Hố thu gom: Thời gian lưu nước $\text{HRT} = 15\text{ phút} = 0.25\text{ h}$. Thể tích hữu ích tính toán $21.56\text{ m}^3$, kích thước xây dựng $L \times B \times H = 3\text{ m} \times 2\text{ m} \times 4.5\text{ m}$ (chiều cao công tác $h_b = 4\text{ m}$, chiều cao bảo vệ $h_{bv} = 0.5\text{ m}$), thể tích thực $27\text{ m}^3$. Lắp đặt 02 máy bơm chìm nước thải Tsurumi Model 100C43.7 (công suất $3.7\text{ kW}$, lưu lượng $0.7\text{ m}^3/\text{phút}$, ống đẩy $\text{DN}110$, chạy luân phiên).
- Bể điều hòa: Thời gian lưu nước $t = 8\text{ h}$. Thể tích tính toán $V = 690\text{ m}^3$, chọn mặt bằng hình vuông cạnh $a = 12\text{ m}$, chiều cao xây dựng $H = 5.5\text{ m}$ (chiều cao công tác $5\text{ m}$, bảo vệ $0.5\text{ m}$), thể tích thực tế $792\text{ m}^3$. Hệ thống cấp khí xáo trộn: cường độ khí nén $12\text{ l/m}^2\cdot\text{phút}$, lưu lượng khí tổng cộng $0.24\text{ m}^3/\text{h}$, sử dụng 81 đĩa khuếch tán khí bọt thô EDI PermaCap Medium 3/4" (vật liệu ABS, đường kính $127\text{ mm}$, bố trí 9 ống nhánh $\text{DN}42\text{ mm} \times 9\text{ đĩa/nhánh}$, ống chính $\text{DN}125\text{ mm}$). Trang bị 02 máy thổi khí Tsurumi RSR2-125 ($8.32\text{ m}^3/\text{phút}$, $11\text{ kW}$) và 02 máy bơm chìm Tsurumi 100B42.2 ($2.5\text{ m}^3/\text{phút}$, $2.2\text{ kW}$, ống $\text{DN}110$, vận hành luân phiên) để bơm sang bể điều chỉnh pH.
- Bể điều chỉnh pH: Thời gian lưu nước $\text{HRT} = 0.5\text{ h}$, thể tích tính toán $20.835\text{ m}^3$, kích thước xây dựng $L \times B \times H = 4\text{ m} \times 2.8\text{ m} \times 2.5\text{ m}$ (chiều cao hữu ích $2\text{ m}$, bảo vệ $0.5\text{ m}$), thể tích thực $28\text{ m}^3$. Nâng pH từ $7.34$ lên $9.0$ bằng dung dịch $\text{NaOH } 10%$, liều lượng châm $0.05\text{ l/h}$ ($1.2\text{ l/ngày}$). Hệ thống hóa chất gồm bồn chứa Đại Thành $500\text{ lít}$, 02 bơm định lượng Nikkiso NFH 10P2MC CF (lưu lượng cực đại $6\text{ l/h}$, điều chỉnh ở $50\text{ ml/h}$). Trang bị máy khuấy trộn $1.5\text{ kW}$, cánh khuấy 4 lá nghiêng $45^\circ$, đường kính $1\text{ m}$. Đường ống tự chảy sang bể Anoxic dùng ống uPVC $\text{DN}220\text{ mm}$.
- Cụm bể sinh học và các công trình tiếp theo: Tính toán bể sinh học thiếu khí Anoxic, bể hiếu khí Aerotank (với thông số đầu vào $\text{BOD}_5 = 264.4\text{ mg/l}$, tỷ lệ $\text{BOD:COD} = 0.68$, $\text{MLSS}$, $\text{SVI} = 120\text{ ml/g}$, nhiệt độ $25^\circ\text{C}$), bể lắng sinh học tách bùn, bể trung gian, bồn lọc áp lực cát thạch anh, bồn lọc than hoạt tính, bể khử trùng tiếp xúc $\text{NaOCl}$, bể nén bùn và hệ thống màng siêu lọc UF.
Chương 4: Khái toán kinh tế
Chương 4 thiết lập bảng dự toán chi phí đầu tư và chi phí vận hành cho cả hai phương án:
- Chi phí xây dựng phần thô (kết cấu bê tông cốt thép các bể).
- Chi phí mua sắm thiết bị công nghệ (máy bơm, máy thổi khí, đĩa phân phối khí, máy khuấy, bơm định lượng, bồn lọc, màng UF, máy ép bùn).
- Chi phí vận hành định kỳ bao gồm: điện năng tiêu thụ, hóa chất ($\text{NaOH}$, $\text{NaOCl}$), nhân công quản lý vận hành và chi phí nước cấp sạch bổ sung.
Chương 5: Đánh giá các phương án xử lý và đề xuất phương án tái sử dụng 30% nước thải sinh hoạt
Chương 5 so sánh đối chiếu toàn diện hai phương án công nghệ trên các tiêu chí: hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm, độ ổn định vận hành, diện tích chiếm đất, tổng mức đầu tư xây dựng và chi phí vận hành hàng năm. Đề xuất lựa chọn phương án công nghệ tối ưu đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nhà máy. Đồng thời, trình bày chi tiết phương án kỹ thuật tích hợp màng siêu lọc UF để xử lý triệt để $300\text{ m}^3/\text{ngày}$ nước thải sau khử trùng đạt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT Cột B1 phục vụ tưới cây và vệ sinh công nghiệp.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Chất lượng nước thải đầu vào và quy chuẩn xả thải
Dữ liệu phân tích mẫu nước thải sinh hoạt của Công ty TNHH Esprinta Việt Nam phản ánh tính chất ô nhiễm điển hình với hàm lượng amoni, chất rắn lơ lửng và vi sinh vật vượt ngưỡng xả thải cho phép:
| STT |
Thông số ô nhiễm |
Đơn vị |
Giá trị đầu vào |
QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A) |
| 1 |
$\text{pH}$ |
- |
7,34 |
5 - 9 |
| 2 |
$\text{BOD}_5\text{ }(20^\circ\text{C})$ |
$\text{mg/l}$ |
113 |
30 |
| 3 |
$\text{COD}$ |
$\text{mg/l}$ |
182 |
- |
| 4 |
$\text{Nitrat }(N\text{-NO}_3^-)$ |
$\text{mg/l}$ |
2,8 |
30 |
| 5 |
$\text{TSS}$ |
$\text{mg/l}$ |
182 |
50 |
| 6 |
Tổng dầu mỡ ĐTV |
$\text{mg/l}$ |
4,25 |
10 |
| 7 |
$\text{Phosphat }(P\text{-PO}_4^{3-})$ |
$\text{mg/l}$ |
6,26 |
6 |
| 8 |
$\text{Amoni }(N\text{-NH}_4^+)$ |
$\text{mg/l}$ |
86,6 |
5 |
| 9 |
$\text{Nitrit }(N\text{-NO}_2^-)$ |
$\text{mg/l}$ |
KPH |
- |
| 10 |
$\text{Coliforms}$ |
$\text{MPN/100ml}$ |
$4,6 \times 10^6$ |
3000 |
(Nguồn: Công ty Cổ phần Kỹ thuật Tiêu chuẩn QCVN Việt Nam)
Thông số kỹ thuật các công trình đơn vị chính (Phương án 1)
Dưới đây là bảng tổng hợp kích thước và thông số thiết kế chi tiết của các hạng mục chính được tính toán trong đồ án:
| Tên công trình |
Kích thước xây dựng $(L \times B \times H)$ |
Chiều cao công tác $(h)$ / Thể tích thực $(V)$ |
Thời gian lưu $(\text{HRT})$ / Thông số chính |
Thiết bị cơ điện lựa chọn |
| Song chắn rác |
$L = 2.325\text{ m}, B_m = 0.5\text{ m}, H = 0.85\text{ m}$ |
$h = 0.1\text{ m}$ |
Khe $l = 15\text{ mm}$, nghiêng $60^\circ$, $n = 34\text{ khe}$ |
Thanh đan inox $8\text{ mm} \times 8\text{ mm}$, cào rác thủ công |
| Hố thu gom |
$3.0\text{ m} \times 2.0\text{ m} \times 4.5\text{ m}$ |
$h = 4.0\text{ m}, V = 27\text{ m}^3$ |
$\text{HRT} = 15\text{ phút}$ |
02 bơm chìm Tsurumi 100C43.7 ($3.7\text{ kW}, \text{DN}110$) |
| Bể điều hòa |
$12.0\text{ m} \times 12.0\text{ m} \times 5.5\text{ m}$ |
$h = 5.0\text{ m}, V = 792\text{ m}^3$ |
$\text{HRT} = 8\text{ h}$ |
81 đĩa thổi khí bọt thô EDI, 02 máy thổi khí Tsurumi RSR2-125 ($11\text{ kW}$), 02 bơm chìm Tsurumi 100B42.2 ($2.2\text{ kW}$) |
| Bể điều chỉnh pH |
$4.0\text{ m} \times 2.8\text{ m} \times 2.5\text{ m}$ |
$h = 2.0\text{ m}, V = 28\text{ m}^3$ |
$\text{HRT} = 0.5\text{ h}$, chỉnh pH lên 9.0 |
Bồn $\text{NaOH } 500\text{L}$, 02 bơm định lượng Nikkiso NFH ($6\text{ l/h}$), máy khuấy $1.5\text{ kW}$ cánh 4 lá $\text{DN}1\text{m}$ |
| Bể Aerotank |
Thiết kế khối chữ nhật sục khí |
- |
$\text{SVI} = 120\text{ ml/g}$, $t = 25^\circ\text{C}$ |
Đĩa phân phối khí bọt tinh EDI, máy thổi khí |
| Cụm hoàn thiện & Màng UF |
Bể trung gian, lọc cát, lọc than, khử trùng, màng UF |
- |
Tách dòng: $70%$ xả thải, $30%$ tái sử dụng |
Bơm áp lực lọc, bồn lọc áp lực composite, modul màng siêu lọc UF, bơm định lượng $\text{NaOCl}$ |
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
- Hoàn thành đầy đủ hồ sơ tính toán công nghệ và thủy lực cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ phù hợp với điều kiện mặt bằng và đặc thù phát thải của Công ty TNHH Esprinta Việt Nam.
- Thiết lập chi tiết chuỗi công trình đơn vị xử lý kết hợp sinh học - hóa lý - màng lọc, đảm bảo toàn bộ nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A với hiệu suất xử lý dự kiến: $\text{BOD}_5$ giảm từ $113\text{ mg/l}$ xuống dưới $10\text{ mg/l}$, $\text{TSS}$ giảm từ $182\text{ mg/l}$ xuống dưới $20\text{ mg/l}$, khử sạch amoni và diệt sạch vi sinh vật gây bệnh $\text{Coliforms}$.
- Đưa ra giải pháp kỹ thuật cụ thể xử lý bùn thải qua bể nén bùn trọng lực kết hợp máy ép bùn cơ học, đảm bảo bùn đầu ra tuân thủ các quy định quản lý chất thải rắn theo QCVN 50:2013/BTNMT.
- Tích hợp thành công module màng siêu lọc Ultrafiltration (UF) cho $30%$ lưu lượng ($300\text{ m}^3/\text{ngày}$), chất lượng nước sau màng đạt Cột B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cho phép tái sử dụng an toàn cho công tác tưới cây xanh, rửa đường nội bộ và vệ sinh khuôn viên.
Giải pháp và kiến nghị của tác giả
- Kiến nghị lựa chọn công nghệ: Ưu tiên triển khai dây chuyền công nghệ theo Phương án 1 (Anoxic kết hợp Aerotank và lọc áp lực kết hợp màng UF) do tính chất ổn định cao, khả năng thích ứng tốt với dao động tải lượng chất ô nhiễm hữu cơ và nitơ cao của nước thải sinh hoạt tập trung.
- Quản lý vận hành: Cần bố trí hệ thống đo đạc online pH tại bể điều chỉnh và cảm biến oxy hòa tan (DO) tại bể hiếu khí để tối ưu hóa lượng hóa chất châm và điện năng tiêu thụ cho máy thổi khí. Đội ngũ vận hành trạm xử lý cần được đào tạo kỹ thuật định kỳ về kiểm soát bùn hoạt tính và rửa màng UF.
Đóng góp thực tiễn của đề tài
Đồ án cung cấp một tài liệu thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, có tính ứng dụng cao cho việc xây dựng trạm xử lý nước thải sinh hoạt quy mô $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ tại các cơ sở may mặc tập trung đông công nhân. Đề tài đóng góp giải pháp kỹ thuật thực tế cho việc tuần hoàn tái sử dụng tài nguyên nước trong khu công nghiệp, hỗ trợ doanh nghiệp tiết kiệm chi phí mua nước cấp sạch và giảm thiểu tải lượng ô nhiễm xả ra lưu vực sông Đồng Nai - Sài Gòn.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
-
Hạn chế:
- Phạm vi tính toán thiết kế của đồ án hoàn toàn giới hạn trong dòng nước thải sinh hoạt của nhà máy, chưa tính toán phương án thu gom và xử lý phối hợp đối với các nguồn thải sản xuất khác (nếu doanh nghiệp mở rộng công đoạn in nhuộm hoặc giặt công nghiệp trong tương lai).
- Các thông số tính toán dựa trên kết quả phân tích chất lượng nước thải tại một thời điểm khảo sát cố định, chưa bao quát hết biên độ dao động nồng độ ô nhiễm theo các mùa trong năm hoặc sự thay đổi đột biến về số lượng công nhân.
- Phần khái toán kinh tế chủ yếu dựa trên đơn giá vật tư và thiết bị tại thời điểm năm 2019, chưa cập nhật biến động giá năng lượng và thiết bị màng lọc hiện nay.
-
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Nghiên cứu mô hình hóa và tự động hóa điều khiển chu trình cấp khí tự động theo nồng độ $\text{DO}$ và tải lượng $\text{NH}_4^+$ thực tế để tiết kiệm điện năng vận hành.
- Đánh giá hiện tượng nghẹt màng (fouling) và nghiên cứu tối ưu hóa quy trình rửa ngược, tẩy rửa hóa chất định kỳ (CIP) cho module màng siêu lọc UF khi vận hành liên tục với nước thải sinh hoạt thực tế.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:
- Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường: Tham khảo cấu trúc, phương pháp luận tính toán thủy lực mương dẫn, song chắn rác, bể điều hòa, bể điều chỉnh pH và các công trình sinh học phục vụ thực hiện đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
- Kỹ sư thiết kế môi trường: Tham khảo các bảng thông số kỹ thuật, cách tra cứu hệ số thủy lực, tính toán công suất thiết bị thực tế (máy thổi khí Tsurumi, đĩa phân phối khí EDI, bơm định lượng hóa chất Nikkiso, bồn lọc áp lực và màng UF).
- Cán bộ quản lý môi trường tại các nhà máy, khu công nghiệp: Sử dụng làm tài liệu tra cứu về quy trình công nghệ, các chỉ tiêu kiểm soát vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ và giải pháp thu hồi nước tái sử dụng.
Câu hỏi thường gặp
1. Lưu lượng nước thải tính toán lớn nhất theo giờ ($Q_{max,h}$) của công trình là bao nhiêu và được xác định bằng cách nào?
Lưu lượng giờ lớn nhất được xác định là $Q_{max,h} = 86.26\text{ m}^3/\text{h}$ (tương đương $0.024\text{ m}^3/\text{s}$). Giá trị này được tính toán từ lưu lượng trung bình ngày $Q_{tb} = 1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ ($Q_{tb,h} = 41.67\text{ m}^3/\text{h}$, $q_{tb} = 11.6\text{ l/s}$), kết hợp với hệ số không điều hòa chung $K_{max} = 2.46$ thu được qua phương pháp nội suy từ bảng quy chuẩn hệ số không điều hòa.
2. Nước thải sinh hoạt đầu vào của Công ty TNHH Esprinta Việt Nam có những thông số nào vượt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A)?
Theo kết quả phân tích mẫu nước thải của Công ty Cổ phần Kỹ thuật Tiêu chuẩn QCVN Việt Nam: $\text{BOD}_5$ đạt $113\text{ mg/l}$ (giới hạn Cột A là $30\text{ mg/l}$), $\text{TSS}$ đạt $182\text{ mg/l}$ (giới hạn là $50\text{ mg/l}$), Phosphat đạt $6.26\text{ mg/l}$ (giới hạn là $6\text{ mg/l}$), Amoni ($\text{N-NH}_4^+$) rất cao đạt $86.6\text{ mg/l}$ (giới hạn là $5\text{ mg/l}$) và vi sinh vật Coliforms đạt $4.6 \times 10^6\text{ MPN/100ml}$ (vượt rất xa giới hạn cho phép là $3000\text{ MPN/100ml}$).
3. Tại sao trong dây chuyền công nghệ cần bố trí bể điều chỉnh pH bằng dung dịch $\text{NaOH}$ trước cụm bể Anoxic - Aerotank?
Nước thải sinh hoạt đầu vào có $\text{pH} = 7.34$. Để đảm bảo tốc độ tăng trưởng riêng tối ưu cho các chủng vi sinh vật thực hiện quá trình nitrat hóa kết hợp khử $\text{BOD}$ (khoảng pH thích hợp từ $7.2$ đến $9.0$), hệ thống thiết kế bể điều chỉnh pH nâng lên mức $9.0$ bằng dung dịch $\text{NaOH } 10%$. Lưu lượng $\text{NaOH}$ cần châm là $0.05\text{ l/h}$ ($1.2\text{ l/ngày}$), được cấp bởi bơm định lượng Nikkiso và hòa trộn bằng máy khuấy $1.5\text{ kW}$.
4. Khác biệt cơ bản giữa quy trình sinh học của Phương án 1 và Phương án 2 trong đồ án là gì?
Phương án 1 sử dụng dòng liên tục gồm bể thiếu khí Anoxic riêng biệt kết hợp bể hiếu khí Aerotank và bể lắng sinh học, có dòng bùn tuần hoàn từ bể lắng về bể Anoxic. Phương án 2 sử dụng công nghệ phản ứng sinh học theo mẻ SBR, tích hợp toàn bộ quá trình sục khí hiếu khí, lắng bùn và gạn nước trong cùng một công trình đơn vị theo chu kỳ tuần hoàn gồm 5 pha (Làm đầy, Sục khí, Lắng, Rút nước, Nghỉ).
5. Giải pháp công nghệ nào được tác giả lựa chọn để phục vụ mục tiêu tái sử dụng $30%$ lượng nước thải sau xử lý?
Sau khi nước thải qua bể khử trùng đạt tiêu chuẩn Cột A QCVN 14:2008/BTNMT, dòng nước được tách làm hai phần: $70%$ xả ra nguồn tiếp nhận, $30%$ ($300\text{ m}^3/\text{ngày}$) được dẫn qua hệ thống siêu lọc màng Ultrafiltration (UF) kết hợp với các bồn lọc cát và than hoạt tính trước đó. Nước sau lọc màng UF đạt chất lượng Cột B1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, hoàn toàn sạch cặn lơ lửng và vi sinh vật, phục vụ tưới cây và vệ sinh công nghiệp.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Mai Nguyễn Hồng Anh đã hoàn thành xuất sắc việc tính toán thiết kế chi tiết hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ cho Công ty TNHH Esprinta Việt Nam. Dây chuyền công nghệ kết hợp xử lý sinh học bùn hoạt tính, lắng lọc áp lực và khử trùng đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn Cột A theo QCVN 14:2008/BTNMT. Việc ứng dụng màng siêu lọc UF tái sử dụng thành công $30%$ nguồn nước thải không chỉ mang lại hiệu quả bảo vệ môi trường vượt trội mà còn thể hiện định hướng phát triển bền vững và tiết kiệm tài nguyên nước trong các khu công nghiệp.
