Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Quá trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ nhanh chóng tại Việt Nam dẫn đến nhu cầu nhà ở tại các đô thị lớn gia tăng mạnh mẽ. Nhiều khu đô thị mới được xây dựng và đưa vào vận hành nhằm đáp ứng chỗ ở cho người dân, song hạ tầng kỹ thuật bảo vệ môi trường thường phát triển không đồng bộ. Khu đô thị mới Văn Quán – Yên Phúc (quận Hà Đông, thành phố Hà Nội) do Tổng Công ty Đầu tư Phát triển Nhà và Đô thị (HUD) khởi công xây dựng từ năm 2003 và hoàn thành đưa vào sử dụng từ năm 2007 với quy mô diện tích 61 ha. Sau nhiều năm hoạt động, dân số cư trú thực tế tại khu đô thị đã đạt xấp xỉ mức quy hoạch dự tính khoảng 14.000 người (gồm 10 tòa chung cư cao tầng với 1.141 căn hộ cùng các dãy nhà biệt thự, liền kề). Mặc dù hệ thống thoát nước mưa và nước thải đã được thiết kế phân tách cơ bản, toàn bộ khu đô thị lại hoàn toàn chưa có trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung. Lượng nước thải sinh hoạt phát sinh hàng ngày chỉ qua hệ thống bể tự hoại của từng khối nhà rồi dẫn thẳng vào hồ Văn Quán và kênh dẫn đổ ra sông Nhuệ, gây suy thoái môi trường nước mặt, bốc mùi hôi thối và ảnh hưởng nghiêm trọng đến cảnh quan sinh thái cũng như đời sống cư dân.
Từ thực trạng cấp bách nêu trên, đề tài khóa luận “Nghiên cứu thực trạng và đề xuất thiết kế mô hình xử lý nước thải sinh hoạt khu đô thị Văn Quán, quận Hà Đông, thành phố Hà Nội” được sinh viên Ngô Văn Phi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hải Hòa tại Khoa Quản lý Tài nguyên Rừng và Môi trường, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam (2015).
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm:
- Mục tiêu chung: Góp phần tạo lập cơ sở khoa học để đề xuất thiết kế mô hình hệ thống xử lý hiệu quả nước thải sinh hoạt cho khu đô thị.
- Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá thực trạng vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt tại khu đô thị Văn Quán, quận Hà Đông, thành phố Hà Nội.
- Đề xuất mô hình xử lý nước thải phù hợp với quy mô và năng lực quản lý của khu đô thị.
Nhiệm vụ nghiên cứu tương ứng được xác định cụ thể:
- Nghiên cứu đánh giá thực trạng vấn đề nước thải sinh hoạt khu đô thị Văn Quán, Hà Đông.
- Nghiên cứu thiết kế mô hình xử lý nước thải sinh hoạt khu đô thị Văn Quán, Hà Đông.
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao công tác quản lý nước thải sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của người dân tại khu đô thị Văn Quán, quận Hà Đông, thành phố Hà Nội.
- Phạm vi không gian: Địa bàn khu đô thị mới Văn Quán – Yên Phúc, quận Hà Đông, thành phố Hà Nội (tọa độ địa lý 20°59' vĩ độ Bắc, 105°45' kinh độ Đông).
- Phạm vi thời gian: Khóa luận được hoàn thành vào tháng 05 năm 2015, sử dụng chuỗi số liệu khảo sát ngoại nghiệp, quan trắc và phân tích phòng thí nghiệm thu thập trong giai đoạn 2014 – 2015.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và văn bản quy chuẩn áp dụng
Khóa luận hệ thống hóa cơ sở lý luận về nguồn gốc, thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt đô thị. Nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (chiếm khoảng 55 – 65% tổng lượng chất bẩn), bao gồm protein (40 – 50%), hydrat cacbon (40 – 50%) và chất béo (5 – 10%), với nồng độ chất hữu cơ dao động trong khoảng 150 – 450 mg/l tính theo trọng lượng khô. Quá trình xử lý sinh học nước thải đòi hỏi tỷ lệ cân bằng dinh dưỡng tối ưu BOD5:N:P = 100:5:1.
Cơ sở kỹ thuật được tác giả tổng quan qua ba nhóm phương pháp xử lý chính:
- Phương pháp cơ học: Song chắn rác (vận tốc qua khe 0,6 – 1,0 m/s), bể lắng cát (vận tốc dòng chảy không vượt quá 0,3 m/s), bể lắng đợt 1 và đợt 2, bể lọc và thiết bị vớt dầu mỡ.
- Phương pháp hóa học và hóa lý: Quá trình keo tụ kết tủa để khử photpho, hấp phụ chất hữu cơ khó phân hủy và khử trùng bằng hóa chất (Clo, ClO2, Ozone, tia UV).
- Phương pháp sinh học: Quá trình phân hủy hiếu khí nhân tạo bằng bể bùn hoạt tính Aerotank, bể lọc sinh học hiếu khí FBR, bể tự hoại và hồ sinh học tự nhiên.
Hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và tiêu chuẩn áp dụng trong nghiên cứu:
- TCVN 6772: Tiêu chuẩn chất lượng nước thải sinh hoạt – giới hạn ô nhiễm cho phép.
- QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (áp dụng Cột A với hệ số phân vùng K = 1,0 do khu đô thị có quy mô trên 50 căn hộ, nồng độ tối đa cho phép Cmax = C).
- QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (áp dụng Cột B để đối chiếu chất lượng nước hồ Văn Quán dùng cho mục đích tưới tiêu).
Phương pháp nghiên cứu
Tác giả kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích kỹ thuật:
- Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp: Thu thập các số liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội quận Hà Đông; hồ sơ quy hoạch mạng lưới cấp thoát nước KĐT Văn Quán; các tài liệu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam (VACNE), cùng các giáo trình chuyên ngành kỹ thuật môi trường.
- Phương pháp điều tra ngoại nghiệp: Khảo sát thực địa mạng lưới thoát nước, trạm bơm, hồ tiếp nhận; điều tra xã hội học sơ bộ tại 30 hộ dân sinh sống tại khu đô thị nhằm ghi nhận đánh giá của cộng đồng về chất lượng môi trường và tình trạng ngập úng.
- Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu: Sử dụng chai polyetylen (PE) dung tích 1,5 lít sạch để thu thập mẫu tại 4 vị trí đại diện (M1: cống dẫn nước sinh hoạt nội bộ khu dân cư; M2: cống tại trạm bơm nước hồ đưa đi tưới tiêu; M3: cống nước thải trước khi xả trực tiếp vào hồ Văn Quán; M4: cống xả khu dân cư đổ ra sông Nhuệ). Mẫu phân tích các chỉ tiêu TSS, BOD5, COD, N-tổng, P-tổng được bảo quản lạnh ở 4°C; oxy hòa tan (DO) được đo và cố định tại hiện trường theo phương pháp Winkler.
- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Thực hiện tại Trung tâm Thí nghiệm Thực hành Khoa QLTNR&MT (Đại học Lâm nghiệp) theo quy trình chuẩn:
- pH: Đo bằng điện cực máy đo pH (pH meter).
- DO: Đo bằng máy đo oxy hòa tan chuyên dụng.
- Độ đục: Đo bằng máy đo độ đục quang học với các dung dịch chuẩn 0,1 NTU, 10 NTU, 1.000 NTU.
- BOD5: Xác định bằng phương pháp pha loãng mẫu với nước đệm bão hòa oxy (DO ≥ 8 mg/l) theo TCVN 6001:1995 (ISO 5815:1989), ủ trong tủ kín 5 ngày ở 20°C với hệ số pha loãng F = 5.
- COD: Oxy hóa chất hữu cơ bằng dung dịch K2Cr2O7 nồng độ mạnh có mặt xúc tác Ag2SO4 và chất khử nhiễu HgSO4 trong môi trường H2SO4, đun hồi lưu 2 giờ ở 150°C, sau đó chuẩn độ lượng K2Cr2O7 dư bằng muối Mohr Fe(NH4)2(SO4)2 với chỉ thị màu feroin.
- Nitrat (NH4+ tính theo N): Xác định bằng phương pháp trắc quang tạo phức màu vàng với axit đisunfophenic trong môi trường kiềm ở bước sóng λ = 410 nm theo TCVN 6178-1996.
- Phosphat (PO43- tính theo P): Xác định bằng phương pháp trắc quang tạo phức màu xanh với amoni molipdat và axit ascobic ở bước sóng λ = 880 nm theo TCVN 6282-1996.
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Lọc qua giấy lọc, sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 150°C đến khối lượng không đổi và cân trên cân phân tích.
- Phương pháp xử lý số liệu ngoại nghiệp: Xử lý và tính toán thống kê bằng Microsoft Excel; thiết kế mặt bằng công nghệ và cấu tạo chi tiết các công trình xử lý bằng phần mềm AutoCAD.
Nội dung chính theo từng phần của khóa luận
Phần I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Tác giả phân tích toàn diện bức tranh ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại các đô thị Việt Nam. Báo cáo của VACNE cho thấy nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng lượng nước thải đô thị nhưng tỷ lệ được xử lý mới chỉ đạt xấp xỉ 6%. Khóa luận dẫn chứng các thống kê dịch tễ của WHO (năm 2010 ghi nhận hơn 20.000 trường hợp tử vong hàng năm tại Việt Nam do điều kiện vệ sinh và nước sạch nghèo nàn) và Bộ Y tế (hơn 80% bệnh truyền nhiễm liên quan đến nguồn nước ô nhiễm). Phần này tổng kết chi tiết nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng công trình đơn vị thuộc ba phương pháp xử lý cơ học, hóa lý và sinh học, từ đó định hình cơ sở lựa chọn dây chuyền công nghệ cho đối tượng nước thải sinh hoạt đô thị.
Phần II: Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trình bày chi tiết khung thiết kế nghiên cứu từ mục tiêu chung, mục tiêu cụ thể đến 3 nội dung trọng tâm. Tác giả lập bản đồ và mô tả vị trí của 4 điểm lấy mẫu nước thải ngoại nghiệp, thiết lập quy chuẩn bảo quản mẫu đối với từng chỉ tiêu phân tích theo Bảng 2.1, đồng thời thuyết minh quy trình thực nghiệm nghiêm ngặt của 8 chỉ tiêu hóa lý tại phòng thí nghiệm chuyên ngành môi trường.
Phần III: Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội
Khu đô thị mới Văn Quán có diện tích 61 ha, tiếp giáp Quốc lộ 6 và Quốc lộ 70A. Về khí hậu, khu vực mang đặc trưng đồng bằng Bắc Bộ với nhiệt độ trung bình năm 23,8°C (nhiệt độ trạm Hà Đông dao động 23,1 – 23,3°C), lượng mưa trung bình năm 1.700 – 1.800 mm (tập trung 85 – 90% vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10). Không gian mặt nước gồm hồ Văn Quán (2.000 m2), hồ Võ và hồ Văn Yên; diện tích cây xanh, sân chơi mở đạt 75.124 m2. Nguồn nước cấp sinh hoạt đấu nối mạng lưới Công ty Cấp nước Hà Đông công suất 16.000 m3/ngày đêm qua hệ thống bể ngầm 350 m3/bể. Về hạ tầng thoát nước, mạng lưới cống thoát nước mưa ngầm tách rời, song nước thải sinh hoạt không có trạm xử lý, dẫn đến nước hồ ô nhiễm nghiêm trọng và hệ thống cống thường xuyên xảy ra tình trạng úng ngập kéo dài khi mưa lớn.
Phần IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Đây là nội dung trọng tâm của khóa luận, gồm 4 mảng phát hiện và tính toán:
- Đánh giá chất lượng nước thải qua số liệu phân tích thực nghiệm tại 4 điểm khảo sát (Bảng 4.1), chỉ rõ nồng độ các chất ô nhiễm vượt nhiều lần giới hạn Cột A của QCVN 14:2008/BTNMT.
- Đánh giá hiệu quả tự làm sạch của hồ Văn Quán, chứng minh khả năng tự làm sạch tự nhiên không đáp ứng được lưu lượng xả thải gia tăng của 14.000 dân cư.
- Tính toán thiết kế chi tiết quy trình công nghệ và kích thước xây dựng hệ thống xử lý công suất 2.100 m3/ngày đêm.
- Dự toán chi phí đầu tư xây dựng, mua sắm thiết bị và chi phí vận hành thường niên, kết hợp đề xuất các giải pháp thể chế, quản lý xã hội.
Phần V: Kết luận, tồn tại và kiến nghị
Tổng hợp các kết luận khoa học rút ra từ đề tài; thẳng thắn chỉ ra các giới hạn nghiên cứu về mặt thời gian, quy mô khảo sát; đồng thời đưa ra các kiến nghị đối với chính quyền địa phương và đơn vị quản lý đô thị.
Thiết kế và tính toán kỹ thuật hệ thống xử lý
Trên cơ sở lưu lượng tính toán đối với khu dân cư 14.000 người, định mức sử dụng nước trung bình 4,5 m3/người/tháng (tương đương 150 lít/người/ngày), lưu lượng nước thải ngày đêm trung bình của KĐT Văn Quán được xác định là Qtbngày = 2.100 m3/ngày đêm (lưu lượng giờ trung bình Qtbh = 87,5 m3/h; lưu lượng giờ cực đại Qmaxh = 175 m3/h với hệ số không điều hòa giờ Kh = 2,0).
Để đưa chất lượng nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A), mức độ làm sạch cần thiết của hệ thống được tính toán:
- Mức độ xử lý theo chất rắn lơ lửng: DSS = (628,5 - 50) / 628,5 * 100% = 92,04%.
- Mức độ xử lý theo BOD5: DBOD5 = (239,6 - 30) / 239,6 * 100% = 87,49%.
- Mức độ xử lý theo COD: DCOD = (336 - 50) / 336 * 100% = 85,12%.
Dây chuyền công nghệ đề xuất: Nước thải sinh hoạt từ các khối nhà đi qua bể tự hoại -> Mương dẫn có Song chắn rác -> Bể thu gom tiếp nhận -> Mương lắng cát & tách dầu mỡ -> Bể điều hòa (sục khí nén) -> Bể lắng I (bể lắng đứng) -> Bể bùn hoạt tính Aerotank (thổi khí liên tục) -> Bể lắng II -> Bể khử trùng (bơm hóa chất Clo) -> Nguồn tiếp nhận đạt chuẩn. Một phần bùn từ bể lắng II được tuần hoàn lại bể Aerotank, lượng bùn dư được xả về bể chứa và nén bùn để xử lý định kỳ.
| Công trình đơn vị |
Thông số thiết kế và kích thước tính toán |
Chỉ tiêu kỹ thuật chính |
| Song chắn rác |
Thanh kim loại hình chữ nhật 8 mm x 50 mm; khoảng cách khe b = 20 mm; góc nghiêng đặt α = 60°; số khe hở n = 26 (25 thanh); bề rộng mương đặt song chắn Bs = 0,7 m; chiều dài đoạn mương tổng cộng L = 2,0 m. |
Vận tốc dòng chảy cực đại vmax = 1,0 m/s; tổn thất áp lực qua song chắn hs = 4,3 cm; loại bỏ rác thô và chất thải kích thước lớn. |
| Bể thu gom |
Hình hộp chữ nhật; kích thước L x B x H = 3,5 m x 2,5 m x 2,5 m; chiều cao công tác h = 2,0 m (chiều cao an toàn hbv = 0,5 m); thể tích hữu dụng V = 21,87 m3. |
Thời gian lưu nước t = 15 phút; tập trung nước thải và cấp lưu lượng ổn định cho tuyến xử lý. |
| Bể lắng cát ngang |
Gồm 4 ngăn lắng; kích thước tổng thể L x B x Hxd = 19,5 m x 0,56 m x 1,6 m (bề rộng mỗi ngăn Bn = 0,14 m); hố thu cặn kích thước đáy 1,0 m x 1,0 m, sâu 1,5 m; thể tích chứa cặn W = 0,315 m3. |
Vận tốc dòng nước vmax = 0,3 m/s; lắng hạt cát đường kính d ≥ 0,25 mm; giảm 5% hàm lượng TSS, COD và BOD5. |
| Bể điều hòa |
Hình chữ nhật; kích thước L x B x H = 21 m x 10 m x 3,0 m (chiều sâu ngập nước h = 2,5 m, chiều cao bảo vệ 0,5 m); thể tích xây dựng V = 630 m3 (thể tích làm việc 525 m3). |
Thời gian lưu nước t = 3,0 giờ; lưu lượng khí sục Qkk = 567 m3/h qua 3 ống nhánh d = 80 mm với 423 lỗ sục khí (đường kính 4 mm/lỗ); lắp đặt 2 bơm chìm luân phiên (Q = 100 m3/h, áp lực 10 mH2O, công suất 3,4 kW); giảm 15% BOD5, COD, TSS. |
| Bể lắng I (lắng đứng) |
Thiết diện tròn đáy nón nghiêng 45°; đường kính bể D = 7,0 m (bán kính R = 3,5 m); chiều cao công tác H = 5,5 m (phần lắng 3,5 m, ngăn chứa bùn cao hb = 2,0 m); chiều cao xây dựng Hxd = 5,83 m; thể tích V = 131 m3; ống trung tâm d = 1,4 m kèm ống loe 1,9 m và tấm chắn 2,5 m. |
Thời gian lưu nước t = 1,5 giờ; vận tốc lắng thực tế vtt = 2,33 m/h; chu kỳ xả cặn T ≈ 1 ngày/lần; giảm 30% BOD5, COD và TSS của nước thải sau điều hòa. |
| Bể sinh học Aerotank |
Thể tích hữu dụng Vr = 679,85 m3; nồng độ tế bào bùn hoạt tính X = 3.000 mg/l; thời gian lưu bùn θc = 30 ngày; thời gian lưu nước t = 0,32 ngày (khoảng 7,7 giờ); tỷ số BOD5/BODL = 0,68; hệ số sản lượng tế bào Y = 0,4. |
BOD5 đầu vào bể 142,5 mg/l; BOD5 đầu ra ≤ 30 mg/l; hiệu suất khử BOD5 hòa tan đạt 92%; hiệu quả xử lý BOD5 toàn bể đạt 79%. |
| Bể lắng II, khử trùng & bùn |
Gồm cụm bể lắng đợt 2 thu hồi bùn hoạt tính; bể tiếp xúc khử trùng châm hóa chất Clo; bể chứa và nén bùn trước khi chuyển đến máy ép bùn. |
Đảm bảo nước đầu ra đạt cột A QCVN 14:2008/BTNMT; tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh; thu gom cặn ép khô đưa đi chôn lấp. |
Kết quả và đóng góp
Kết quả phân tích chất lượng nước thải và hiệu quả tự làm sạch
Kết quả phân tích mẫu nước thải thực tế tại khu đô thị Văn Quán (thực hiện tại phòng thí nghiệm) được thể hiện đối chiếu với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong bảng sau:
| STT |
Thông số phân tích |
Đơn vị |
Mẫu M1 |
Mẫu M2 |
Mẫu M3 |
Mẫu M4 |
Trung bình đầu vào |
QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A, K=1,0) |
| 1 |
pH |
- |
7,1 |
7,3 |
7,2 |
7,2 |
7,2 |
5 ÷ 9 |
| 2 |
Độ đục |
NTU |
173,3 |
56,76 |
38,13 |
117,7 |
109,7 |
- |
| 3 |
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) |
mg/l |
560 |
620 |
754 |
580 |
628,5 |
< 50 |
| 4 |
Oxy hòa tan (DO) |
mg/l |
0,50 |
0,58 |
0,52 |
0,51 |
0,51 |
- |
| 5 |
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) |
mg/l |
258,3 |
242,2 |
203,5 |
254,4 |
239,6 |
< 30 |
| 6 |
Nhu cầu oxy hóa học (COD) |
mg/l |
384 |
307,2 |
384 |
268,8 |
336,0 |
< 50 |
| 7 |
Nitrat (NH4+ tính theo N) |
mg/l |
15,0 |
25,2 |
30,0 |
13,3 |
20,9 |
< 5 |
| 8 |
Phosphat (PO43- tính theo P) |
mg/l |
11,38 |
12,82 |
12,86 |
11,93 |
12,25 |
< 6 |
Số liệu thực nghiệm phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ và cặn lơ lửng rất cao trong nước thải KĐT Văn Quán:
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) dao động từ 560 đến 754 mg/l, vượt ngưỡng quy chuẩn từ 11,2 đến 15,1 lần (trong đó điểm M3 tập trung nhiều nhà hàng, chung cư có nồng độ cao nhất là 754 mg/l).
- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) dao động từ 203,5 đến 258,3 mg/l, vượt quy chuẩn từ 6,8 đến 8,6 lần.
- Nhu cầu oxy hóa học (COD) đạt từ 268,8 đến 384 mg/l, vượt quy chuẩn từ 5,4 đến 7,7 lần.
- Hàm lượng amoni (tính theo N) từ 13,3 đến 30,0 mg/l, vượt quy chuẩn từ 2,7 đến 6,0 lần.
- Hàm lượng phosphat (tính theo P) từ 11,38 đến 12,86 mg/l, vượt ngưỡng quy chuẩn khoảng 2 lần.
- Độ pH duy trì từ 7,1 đến 7,3, nằm trong ngưỡng cho phép (5 ÷ 9). Hàm lượng oxy hòa tan (DO) rất thấp (0,50 – 0,58 mg/l), thể hiện tình trạng yếm khí nghiêm trọng.
Về hiệu quả tự làm sạch tự nhiên của hồ Văn Quán (đối chiếu giữa điểm xả cống M3 và nước hồ tại trạm bơm M2): Hồ giúp giảm TSS được 17,77% (từ 754 mg/l xuống 620 mg/l); COD giảm 20% (từ 384 mg/l xuống 307,2 mg/l); Nitrat giảm 15% (từ 30 mg/l xuống 25,2 mg/l); phosphat biến động không đáng kể (12,86 mg/l xuống 12,82 mg/l). Nước hồ sau lắng đọng tự nhiên vẫn vượt xa ngưỡng Cột B của QCVN 08:2008/BTNMT, cho thấy hồ sinh học đã bị quá tải hoàn toàn và không còn khả năng tự làm sạch nếu không có trạm xử lý nước thải tập trung.
Đóng góp của đề tài và giải pháp đề xuất
- Đóng góp khoa học và thực tiễn: Khóa luận cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về hiện trạng phát sinh và nồng độ chất ô nhiễm nước thải tại KĐT Văn Quán. Công trình hoàn thành đầy đủ bài toán tính toán kích thước hình học, thông số thủy lực, thiết bị sục khí, bơm chuyển tải cho toàn bộ các công trình đơn vị thuộc hệ thống xử lý 2.100 m3/ngày đêm.
- Giải pháp đề xuất:
- Giải pháp kỹ thuật: Khẩn trương xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung theo quy trình công nghệ kết hợp cơ học và sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Aerotank đã tính toán; bố trí trạm xử lý tại khu đất kỹ thuật phù hợp với cao độ thoát nước chung.
- Giải pháp thể chế và quản lý: Thiết lập cơ chế phối hợp chặt chẽ giữa Ban Quản lý Khu đô thị, Tổng Công ty HUD và UBND phường Văn Quán; ban hành quy chế bảo vệ môi trường cơ sở; xây dựng cơ chế thu phí thu gom và xử lý nước thải đối với các hộ dân và đơn vị kinh doanh dịch vụ.
- Giải pháp xã hội: Tuyên truyền nâng cao ý thức cộng đồng dân cư trong việc phân loại rác tại nguồn, chống xả rác thải rắn vào hệ thống thu gom thoát nước nhằm giảm tải áp lực tắc nghẽn cho mạng lưới.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Khóa luận được thực hiện trong phạm vi đồ án tốt nghiệp đại học nên giới hạn về nguồn kinh phí và thời gian nghiên cứu. Số lượng vị trí quan trắc mới dừng lại ở 4 điểm lấy mẫu đại diện trong một đợt khảo sát đơn lẻ, chưa theo dõi được chuỗi biến thiên nồng độ chất ô nhiễm theo các mùa trong năm hoặc các khung giờ dao động lưu lượng đỉnh trong ngày đêm. Đề tài cũng chưa triển khai mô hình thí nghiệm pilot tại hiện trường để kiểm chứng thực tế hệ số động học phân hủy sinh học của bùn hoạt tính.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng quan trắc tự động liên tục lưu lượng và các thông số chất lượng nước thải theo chuỗi thời gian nhiều tháng để hoàn thiện biểu đồ dùng nước và hệ số không điều hòa thực tế.
- Nghiên cứu bổ sung ngăn thiếu khí (Anoxic) kết hợp bể Aerotank (quy trình A/O hoặc A2/O) nhằm tối ưu hóa hiệu quả khử triệt để nitơ và photpho trước tình trạng nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt vượt quy chuẩn tương đối cao.
- Thử nghiệm vận hành mô hình mô phỏng pilot để xác định chính xác các thông số động học vi sinh và kiểm chứng chi phí vận hành hóa chất, điện năng trước khi triển khai thi công đại trà.
Giá trị tham khảo
Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:
- Sinh viên, học viên các ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và Cấp thoát nước khi làm đồ án tốt nghiệp hoặc các bài tập lớn môn học liên quan đến tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị công suất vừa và nhỏ (1.000 – 3.000 m3/ngày đêm).
- Cán bộ kỹ thuật môi trường, tư vấn thiết kế công trình hạ tầng đô thị có thể tham khảo trực tiếp phương pháp tính toán thủy lực, kích thước hình học chi tiết và quy cách thiết bị cho cụm công trình: Song chắn rác, Bể lắng cát ngang 4 ngăn, Bể điều hòa sục khí phân phối bằng dàn ống đục lỗ, Bể lắng đứng đáy nón và Bể bùn hoạt tính Aerotank.
- Cơ quan quản lý đô thị (UBND phường Văn Quán, chủ đầu tư HUD) có thêm luận cứ khoa học thực chứng để lập dự án đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung cho khu đô thị.
Câu hỏi thường gặp
-
Khu đô thị Văn Quán đã hoàn thành từ năm 2007 nhưng tại sao lại xảy ra tình trạng ô nhiễm nước mặt và ngập úng nghiêm trọng?
Khu đô thị hoàn thành xây dựng năm 2007 với quy mô dân số đạt ngưỡng thiết kế khoảng 14.000 người (10 tòa nhà cao tầng với 1.141 căn hộ cùng các khối biệt thự), tuy nhiên dự án hoàn toàn chưa đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung. Toàn bộ nước thải sinh hoạt chỉ qua bể tự hoại rồi dẫn thẳng ra hồ Văn Quán (diện tích 2.000 m2) và sông Nhuệ, vượt xa khả năng tự làm sạch của hồ. Đồng thời, hệ thống cống thoát nước mưa bị bồi lắng cặn rác và tiết diện thoát nước chưa tối ưu, dẫn đến khi xảy ra mưa lớn kéo dài nước cống tràn ngược lên đường và nhà dân tầng trệt.
-
Chỉ tiêu ô nhiễm nào trong nước thải sinh hoạt tại KĐT Văn Quán có mức độ vượt quy chuẩn cao nhất?
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) là chỉ tiêu có mức độ vượt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A, giới hạn 50 mg/l) nghiêm trọng nhất, dao động từ 560 mg/l đến 754 mg/l (vượt từ 11,2 đến 15,1 lần). Điểm lấy mẫu M3 (khu vực tập trung cống dẫn từ các nhà hàng, chung cư đổ vào hồ) ghi nhận giá trị TSS cao nhất đạt 754 mg/l. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) cũng vượt từ 6,8 đến 8,6 lần (203,5 – 258,3 mg/l so với mức cho phép 30 mg/l).
-
Khả năng tự làm sạch chất ô nhiễm của hồ Văn Quán đạt hiệu quả thực tế ở mức độ nào?
Số liệu quan trắc đối chứng giữa nước thải đổ vào hồ (mẫu M3) và nước hồ tại trạm bơm đưa đi tưới tiêu (mẫu M2) cho thấy: Hồ tự nhiên chỉ giúp giảm 17,77% hàm lượng TSS (từ 754 mg/l xuống 620 mg/l), giảm 20% COD (từ 384 mg/l xuống 307,2 mg/l) và giảm 15% Nitrat (từ 30 mg/l xuống 25,2 mg/l), trong khi hàm lượng phosphat gần như không thay đổi (12,86 mg/l xuống 12,82 mg/l). Nước hồ sau khi lắng đọng tự nhiên vẫn vượt quy chuẩn nước mặt Cột B của QCVN 08:2008/BTNMT, chứng minh hồ đã rơi vào trạng thái quá tải ô nhiễm và phú dưỡng hóa.
-
Quy mô công suất thiết kế và các công trình đơn vị chính của trạm xử lý nước thải đề xuất là gì?
Trạm xử lý được thiết kế với công suất trung bình 2.100 m3/ngày đêm (lưu lượng giờ cực đại 175 m3/h). Dây chuyền công trình gồm: Song chắn rác (rộng 0,7 m, 25 thanh); Bể thu gom tiếp nhận (thể tích 21,87 m3); Bể lắng cát ngang 4 ngăn (dài 19,5 m, rộng 0,56 m); Bể điều hòa sục khí (thể tích xây dựng 630 m3, cấp khí 567 m3/h); Bể lắng I dạng lắng đứng (đường kính 7,0 m, sâu 5,83 m); Bể bùn hoạt tính Aerotank (thể tích làm việc 679,85 m3, thời gian lưu nước 7,7 giờ); Bể lắng II tuần hoàn bùn; Bể tiếp xúc khử trùng và Bể chứa bùn.
-
Phương pháp phân tích COD và BOD5 trong phòng thí nghiệm được tiến hành theo quy trình kỹ thuật nào?
Chỉ tiêu BOD5 được xác định bằng phương pháp pha loãng mẫu theo TCVN 6001:1995 với dung dịch đệm photphat (pH = 7,2), CaCl2, FeCl3 sục khí đạt nồng độ oxy hòa tan ban đầu ≥ 8 mg/l, sau đó ủ mẫu cùng mẫu trắng trong tủ kín 5 ngày ở nhiệt độ 20°C (hệ số pha loãng F = 5). Chỉ tiêu COD được phân tích bằng phương pháp oxy hóa hóa học với K2Cr2O7 trong môi trường axit mạnh H2SO4, xúc tác Ag2SO4 và chất che chắn HgSO4, nung hồi lưu mẫu trong 2 giờ ở nhiệt độ 150°C, sau đó chuẩn độ lượng bicromat dư bằng muối sắt Fe(NH4)2(SO4)2 với chất chỉ thị màu feroin cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng chanh lam sang đỏ gạch.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Ngô Văn Phi đã đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại khu đô thị mới Văn Quán thông qua chuỗi số liệu thực nghiệm phòng thí nghiệm chuẩn hóa, chỉ rõ tình trạng vượt chuẩn nghiêm trọng của các chỉ tiêu hữu cơ, cặn lơ lửng và chất dinh dưỡng do sự thiếu vắng trạm xử lý tập trung. Trên cơ sở đó, đề tài hoàn thành tính toán thiết kế kỹ thuật chi tiết hệ thống xử lý nước thải công suất 2.100 m3/ngày đêm áp dụng công nghệ sinh học hiếu khí Aerotank kết hợp cụm công trình cơ học, đảm bảo nước thải đầu ra đạt Cột A theo QCVN 14:2008/BTNMT. Nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn và bản vẽ kỹ thuật tin cậy phục vụ công tác quy hoạch, đầu tư cải tạo hạ tầng bảo vệ môi trường đô thị tại quận Hà Đông và các khu dân cư tập trung có quy mô tương tự.
