Luận văn thạc sĩ quản lý môi trường nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng hóa chất cho trạm xlnt sinh hoạt tập trung bình hưng

Luận văn thạc sĩ môi trường phân tích quản lý môi trường nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng hóa chất cho trạm xlnt, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Lê Thị Mai Hương
• Người hướng dẫn: TS. Lê Hoàng Nghiêm
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Quản lý môi trường
• Đề tài: Giải Pháp Tiết Kiệm Năng Lượng Hóa Chất Cho Trạm Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Tại Bình Hưng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• ABSTRACT
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. MỤC TIÊU, PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.1.3. Nội dung nghiên cứu: Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nội dung sau sẽ được thực hiện
• 1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. CƠ SỞ TÀI LIỆU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU
• 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC
• 2.1.1. Sử dụng năng lượng điện hiệu quả trong trạm xử lý nước thải
• 2.1.2. Các biện pháp cải thiện hiệu quả năng lượng
• 2.1.3. Kiểm toán năng lượng
• 2.1.4. Quản lý hợp nhất quá trình
• 2.1.5. Ứng dụng công cụ ngăn ngừa ô nhiễm để đánh giá hiệu quả năng lượng tại đại học Toledo, Toledo, Ohio 43606
• 2.1.5.1. Giới thiệu đề tài
• 2.1.5.2. Bảng tính đánh giá năng lượng
• 2.1.5.3. Danh sách kiểm tra HVAC
• 2.1.5.4. Tính toán giảm phát thải
• 2.1.5.5. Kết quả nghiên cứu của đề tài
• 2.1.6. Đề tài tiết kiệm năng lượng trong hệ thống xử lý nước thải, xây dựng mức chi phí hoạt động tại Đại học Minho, Trường kỹ thuật Departamento de Produção e Sistemas, Campus de Gualtar, 4710-057 Braga, Bồ Đào Nha
• 2.1.6.1. Giới thiệu đề tài
• 2.1.6.2. Tài liệu và phương pháp
• 2.1.7. Đề tài khả năng tự tiết kiệm năng lượng trong hệ thống XLNT của Viện Cơ sở hạ tầng/Kỹ thuật Môi trường, Đại học Innsbruck
• 2.1.7.1. Giới thiệu đề tài
• 2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
• 2.2.1. Định mức đơn giá công tác vận hành và bảo dưỡng Trạm XLNT Bình Hưng Hòa
• 2.2.2. Thông tư về việc lập kế hoạch, báo cáo thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, thực hiện kiểm toán năng lượng theo thông tư số 09/2012/TT-BCT ngày 20/04/2012
• 2.2.3. Quyết định Ban hành danh mục phương tiện, thiết bị tiết kiệm năng lượng được trang bị, mua sắm đối với các cơ quan, đơn vị sử dụng ngân sách nhà nước số 68/2011/QĐ-TTg ngày 12 tháng 12 năm 2011
• 2.2.4. Quyết định Phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả số 79/2006/QĐ-TTg ngày 14 tháng 04 năm 2006
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ TRẠM XLNT BÌNH HƯNG
• 3.1. Quá trình thành lập và phát triển của trạm XLNT Bình Hưng
• 3.2. Điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội
• 3.2.1. Vị trí địa hình nhà máy XLNT Bình Hưng
• 3.2.2. Khí hậu, thời tiết, lượng mưa
• 3.2.3. Mạng lưới chợ
• 3.2.4. Hoạt động sản xuất
• 3.2.5. Vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải
• 3.2.6. Tình trạng sử dụng nước
• 3.3. CÁC HẠNG MỤC XỬ LÝ CỦA NHÀ MÁY XLNT BÌNH HƯNG
• 3.3.1. Thành phần tính chất nước thải đô thị
• 3.3.2. Sơ đồ công nghệ xử lý tại nhà máy Bình Hưng
• 3.3.3. Các hạng mục xử lý tại nhà máy Bình Hưng
• 3.3.3.1. Bể lắng sơ cấp
• 3.3.3.2. Bể lắng thứ cấp
• 3.3.3.3. Bể khử trùng
• 3.3.3.4. Hạng mục cấp nước
• 3.3.3.5. Hạng mục xử lý bùn
• 3.4. Quy trình lấy mẫu nước thải và đo nhanh hiện trường ở Nhà máy XLNT Bình Hưng
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ HÓA CHẤT CHO TRẠM XLNT BÌNH HƯNG
• 4.1. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG, HÓA CHẤT CỦA TRẠM XLNT BÌNH HƯNG
• 4.1.1. Hiện trạng sử dụng hóa chất
• 4.1.2. Hiện trạng sử dụng năng lượng cho nhà máy BH và trạm bơm ĐD
• 4.2. NHẬN DIỆN VÀ PHÂN TÍCH NHỮNG CƠ HỘI TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG, HÓA CHẤT CỦA TRẠM XLNT BÌNH HƯNG
• 4.2.1. Các cơ hội tiết kiệm hóa chất
• 4.2.2. Các cơ hội tiết kiệm điện
• 4.3. TIẾN HÀNH TÍNH TOÁN VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 4.3.1. Tính toán tiết kiệm chi phí cho các biện pháp giảm chi phí hóa chất
• 4.3.1.1. Biện pháp 1: Thử nghiệm các loại Polymer khác
• 4.3.1.2. Biện pháp 2: Thử nghiệm Jartest để xác định pH tối ưu của Polymer trong công tác trợ lắng
• 4.3.2. Tính toán tiết kiệm chi phí cho các biện pháp giảm điện năng tiêu thụ
• 4.3.2.1. Biện pháp 1 – sử dụng bể cô đặc trọng lực thay vì máy cô đặc ly tâm để cô đặc bùn dư hoạt tính (esl)
• 4.3.2.2. Biện pháp 2 – Điều chỉnh mức nước khởi động và tắt bơm ở trạm bơm Đồng Diều để giảm cột áp
• 4.3.2.3. Biện pháp 3 – Tắt bơm nước nhà máy đến các bể xử lý (nước phun xịt) trong giờ cao điểm 9:30 – 11:30 và 17:00 – 20:00 từ thứ hai đến thứ bảy
• 4.3.2.4. Biện pháp 4 – Tránh sử dụng máy tách nước ly tâm trong giờ cao điểm
• 4.3.2.5. Biện pháp 5 – Tắt máy trộn bùn compost trong giờ CAO ĐIỂM 9:30 – 11:30
• 4.3.2.6. Biện pháp 6 – Chạy máy phát khẩn cấp của nhà máy BH và trạm bơm ĐD trong giờ CAO ĐIỂM để tiết kiệm được tối đa điện năng tiêu thụ
• 4.3.2.7. Biện pháp 7 – Không vận hành các thiết bị loại bỏ cát của trạm bơm ĐD trong giờ CAO ĐIỂM 9:30 – 11:30 và 17:00 – 20:00 từ thứ Hai đến thứ Bảy
• 4.3.2.8. Biện pháp 8 – Điều chỉnh mức khởi động và tắt bơm của nhà máy BH để giảm cột áp
• 4.3.2.9. Biện pháp 9 – Giảm thiểu đèn chiếu sáng ban đêm cho đến khi qua giờ CAO ĐIỂM lúc 20:00
• 4.3.2.10. Biện pháp 10 – Ngưng máy thổi khí và các bơm dòng vào để tiến hành bảo dưỡng trong giờ CAO ĐIỂM
• 4.3.2.11. Biện pháp 11 – Giảm công suất khí của máy thổi khí, nhờ đó giảm điện năng tiêu thụ, bằng cách đóng van đầu vào nhiều hơn
• 4.3.2.12. Biện pháp 12 – Thải bùn thô (RASL) bằng trọng lực thay vì bằng bơm
• 4.3.2.13. Biện pháp 13 – Ngưng quy trình compost và chở bùn tách nước trực tiếp từ máy ly tâm đến bãi đổ
• 4.4. ĐÁNH GIÁ CHUNG LẠI CÁC CƠ HỘI VÀ ĐỀ XUẤT CÁC CƠ HỘI KHẢ THI
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Bài viết này tập trung vào việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng và hóa chất cho trạm xử lý nước thải sinh hoạt tại Bình Hưng. Trạm này có vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải đô thị, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ nguồn nước. Nước thải sinh hoạt từ các quận nội thành được đưa về trạm để xử lý trước khi thải ra môi trường. Việc tối ưu hóa quy trình xử lý không chỉ giúp giảm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả hoạt động của trạm.

1.1 Tình hình hiện tại

Trạm xử lý nước thải Bình Hưng hiện đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc sử dụng năng lượng và hóa chất. Theo số liệu thống kê, trạm này tiêu thụ một lượng lớn năng lượng tái tạo và hóa chất trong quá trình xử lý, dẫn đến chi phí vận hành cao. Để cải thiện tình hình, cần thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng và quản lý nước thải hiệu quả hơn. Việc áp dụng công nghệ mới và tối ưu hóa quy trình sẽ giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý.

II. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng có thể áp dụng tại trạm xử lý nước thải Bình Hưng. Một trong những giải pháp khả thi là điều chỉnh thời gian vận hành của các máy bơm và thiết bị xử lý, tránh sử dụng trong giờ cao điểm. Việc này không chỉ giúp giảm chi phí năng lượng mà còn tối ưu hóa hiệu suất làm việc của thiết bị. Các giải pháp khác bao gồm việc sử dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến hơn, chẳng hạn như bể cô đặc trọng lực thay vì máy cô đặc ly tâm, từ đó giảm thiểu tiêu thụ điện năng.

2.1 Tối ưu hóa quy trình vận hành

Việc tối ưu hóa quy trình vận hành bao gồm việc điều chỉnh chế độ hoạt động của các máy bơm và thiết bị xử lý theo nhu cầu thực tế. Thực hiện các biện pháp như tắt bơm trong giờ cao điểm và tăng cường sử dụng các thiết bị trong giờ thấp điểm sẽ giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể. Theo thống kê, việc này có thể giảm khoảng 20-30% lượng năng lượng tiêu thụ hàng tháng của trạm.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Các giải pháp tiết kiệm năng lượng và hóa chất đã được thử nghiệm và đánh giá tại trạm xử lý nước thải Bình Hưng. Kết quả cho thấy việc áp dụng các biện pháp này không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn nâng cao hiệu quả xử lý nước thải. Đặc biệt, việc sử dụng năng lượng tái tạo và tối ưu hóa quy trình xử lý đã góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh hiện nay khi mà các vấn đề về ô nhiễm nước ngày càng trở nên nghiêm trọng.

3.1 Tác động đến môi trường

Việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn có tác động tích cực đến môi trường. Giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng trong quá trình xử lý sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm do chất thải. Hơn nữa, việc tối ưu hóa năng lượng sẽ giảm bớt lượng khí thải carbon, góp phần vào nỗ lực bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tại các đô thị lớn ở Việt Nam, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng lưu lượng nước thải phát sinh nhưng chỉ có khoảng 6% được thu gom và xử lý tập trung. Thành phố Hồ Chí Minh thải ra môi trường xấp xỉ 1.200.000 m3 nước thải mỗi ngày đêm, gây sức ép nghiêm trọng lên hệ thống lưu vực sông Sài Gòn, kênh Bến Nghé và kênh Tàu Hủ. Nhằm giải quyết bài toán ô nhiễm nguồn nước, Nhà máy Xử lý nước thải sinh hoạt tập trung Bình Hưng giai đoạn 1 đã được xây dựng và đưa vào vận hành với công suất thiết kế 141.000 m3/ngày đêm, tiếp nhận nước thải của 11 quận huyện nội thành trước khi chuẩn bị mở rộng giai đoạn 2 với tổng mức đầu tư ước tính 500 triệu USD.

Mặc dù giữ vai trò nòng cốt trong hạ tầng môi trường đô thị, chi phí năng lượng điện chiếm tới hơn 30% tổng kinh phí vận hành thường niên của toàn bộ hệ thống. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là điều tra hiện trạng, nhận diện các điểm thất thoát và tính toán các cơ hội tiết kiệm năng lượng cùng hóa chất tại Trạm xử lý nước thải Bình Hưng và Trạm bơm nâng Đồng Diều. Phạm vi nghiên cứu bao trùm toàn bộ chuỗi dây chuyền công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính cải tiến và dây chuyền xử lý bùn trong giai đoạn vận hành liên tục hơn 5 năm.

Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi trực tiếp cắt giảm chi phí vận hành, giảm tải áp lực ngân sách nhà nước, đồng thời xác lập các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhằm phục vụ quy hoạch, vận hành tối ưu cho mạng lưới trạm xử lý nước thải tập trung trên toàn quốc theo các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp giữa lý thuyết Sản xuất sạch hơn (Cleaner Production), lý thuyết Kiểm toán năng lượng công nghiệp và Động học xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính. Trong các trạm xử lý nước thải sử dụng công nghệ bùn hoạt tính truyền thống và cải tiến, định mức tiêu thụ năng lượng trung bình dao động từ 1.100 đến 2.400 MJ cho mỗi 1.000 m3 nước thải được làm sạch. Năng lượng điện tiêu hao chủ yếu tập trung vào hai công đoạn cốt lõi: hệ thống cung cấp oxy hòa tan (sục khí) chiếm gần 50% tổng năng lượng, và hệ thống máy bơm luân chuyển dòng thải cùng quá trình xử lý bùn cặn.

Khung lý thuyết vận hành còn ứng dụng mô hình Quản lý hợp nhất quá trình (Integrated Process Management). Khái niệm này khẳng định các công trình đơn vị từ lắng sơ cấp, sục khí sinh học, lắng thứ cấp đến khử trùng và làm khô bùn không hoạt động độc lập mà tác động tương hỗ lẫn nhau. Bên cạnh đó, lý thuyết hóa lý về keo tụ - tạo bông với chất trợ keo tụ Polymer cation và điều chỉnh thế oxy hóa - khử (pH) được áp dụng nhằm mô tả cơ chế tách pha nước - bùn, xác định nồng độ phản ứng tối ưu cho bùn dư hoạt tính (ESL) và bùn thô (RASL).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp đa dạng các phương pháp định lượng và thực nghiệm kỹ thuật chuyên sâu dựa trên chuỗi dữ liệu vận hành thực tế suốt 5 năm của nhà máy:

• Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Thu thập dữ liệu vận hành từ hơn 1.800 ca làm việc liên tục; khảo sát đặc tính chất lượng nước thải đầu vào, đầu ra với các chỉ tiêu BOD, COD, TSS theo tần suất hàng ngày. Trong phần hóa chất, tiến hành thử nghiệm chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát đối với 6 chủng loại Polymer chuyên dụng trên thị trường kết hợp dải biến thiên pH từ 5,0 đến 9,0 qua thí nghiệm Jartest tiêu chuẩn.
• Phương pháp kiểm toán năng lượng và phân tích dữ liệu: Sử dụng bộ công cụ đánh giá năng lượng, danh sách kiểm tra hệ thống HVAC và phần mềm MotorMaster do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ phát triển để đo lường công suất thực, hiệu suất làm việc và hệ số tiêu hao của hơn 100 động cơ, máy bơm và quạt thổi khí.
• Lý do lựa chọn: Việc kết hợp dữ liệu kiểm toán điện năng chi tiết với mô hình tính toán phát thải (ERC) giúp đo lường chính xác lượng điện năng giảm thiểu, thời gian hoàn vốn đầu tư và mức độ cắt giảm phát thải khí nhà kính một cách khách quan nhất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Sau quá trình rà soát và đánh giá 15 phương án kỹ thuật sơ bộ, tác giả đã sàng lọc và xác định được 6 giải pháp cốt lõi mang tính khả thi cao nhất cho hệ thống:

Thứ nhất, việc sử dụng máy cô đặc bùn ly tâm tiêu tốn lượng điện năng rất lớn và đòi hỏi lượng polymer cao. Kết quả tính toán cho thấy chuyển đổi hoàn toàn việc cô đặc bùn dư hoạt tính sang bể cô đặc bùn trọng lực hiện hữu giúp cắt giảm 100% lượng điện tiêu thụ của cụm máy ly tâm cô đặc mà vẫn đảm bảo độ ẩm bùn đạt yêu cầu công nghệ.

Thứ hai, việc điều chỉnh mực nước cài đặt tự động để khởi động và dừng máy bơm tại trạm bơm Đồng Diều giúp giảm tổng cột áp động trung bình (TDH), qua đó giảm đáng kể điện năng bơm nước thô đầu vào mà không gây ứ đọng mạng lưới thu gom.

Thứ ba, việc dịch chuyển thời gian vận hành máy tách nước ly tâm, máy khuấy trộn phân compost và hệ thống bơm nước kỹ thuật ra khỏi các khung giờ cao điểm có giá điện cao (từ 9 giờ 30 đến 11 giờ 30 và từ 17 giờ 00 đến 20 giờ 00 từ thứ Hai đến thứ Bảy) giúp tiết kiệm từ 20% đến 30% chi phí hóa đơn điện hàng tháng cho nhà máy.

Thứ tư, kết quả thử nghiệm Jartest với 6 loại Polymer cho thấy việc lựa chọn đúng dòng Polymer hoạt tính cao và duy trì pH tối ưu trong khoảng trung tính giúp nâng cao hiệu suất ép bùn lên hơn 15% và tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí hóa chất mỗi năm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự lãng phí chi phí vận hành tại trạm xuất phát từ sự bất hợp lý trong việc phân bổ biểu giá điện 3 giá của ngành điện lực và việc vận hành thiết bị công suất cao trong giờ đỉnh điểm. Khi so sánh với các nghiên cứu quốc tế, tại Đức việc tối ưu hóa năng lượng trên 344 trạm xử lý nước thải đã giúp tiết kiệm trung bình 50% chi phí điện, tại Thụy Sĩ mức giảm đạt 38% tương đương 8 triệu Euro mỗi năm, và mô hình chuẩn hóa tại Áo trên 950 nhà máy đã giúp cắt giảm 30% chi phí sau 5 năm.

Dữ liệu nghiên cứu tại trạm Bình Hưng cho thấy tiềm năng to lớn nếu được biểu diễn qua ma trận phân tích 15 giải pháp kỹ thuật, kết hợp với đồ thị phụ tải điện biến thiên theo khung giờ trong ngày. Việc thay đổi phương thức quản lý vận hành không đòi hỏi chi phí vốn đầu tư ban đầu lớn nhưng mang lại dòng tiền tiết kiệm tức thì, đồng thời góp phần giảm phát thải hàng tấn khí CO2, SO2 và NOx ra môi trường đô thị theo công cụ tính toán giảm phát thải.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hiện thực hóa tiềm năng tiết kiệm chi phí, nhà máy cần khẩn trương áp dụng 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ sau:

Thứ nhất, vận hành tối đa bể cô đặc trọng lực để cô đặc bùn dư hoạt tính thay cho máy cô đặc ly tâm. Đơn vị thực hiện: Đội vận hành xử lý bùn. Mục tiêu: Cắt giảm hoàn toàn điện năng tiêu thụ của máy cô đặc ly tâm, thực hiện ngay trong vòng 1 tháng.

Thứ hai, tái lập trình cảm biến mức nước và điều chỉnh quy trình vận hành bơm chìm tại Trạm bơm Đồng Diều. Đơn vị thực hiện: Phòng Quản lý kỹ thuật trạm bơm. Mục tiêu: Giảm cột áp bơm TDH, tiết kiệm từ 10% đến 15% lượng điện năng bơm dòng vào, hoàn thành trong vòng 2 tháng.

Thứ ba, thiết lập lịch biểu làm việc linh hoạt cho các thiết bị phụ tải lớn như máy ép lọc tách nước ly tâm, máy xịt rửa áp lực và máy trộn mùn cưa compost. Đơn vị thực hiện: Trưởng ca điều hành nhà máy. Quy tắc: Nghiêm cấm chạy các thiết bị công suất lớn trong 2 khung giờ cao điểm (9:30 - 11:30 và 17:00 - 20:00 hàng ngày), chuyển dịch toàn bộ công tác xử lý bùn sang giờ bình thường và giờ thấp điểm.

Thứ tư, chuẩn hóa định mức pha chế và châm hóa chất Polymer dựa trên kết quả phân tích Jartest định kỳ theo độ ẩm bùn thực tế. Đơn vị thực hiện: Phòng Hóa nghiệm và Môi trường. Mục tiêu: Giảm từ 12% đến 18% định mức tiêu hao hóa chất trên mỗi mét khối bùn khô sinh ra.

Thứ năm, định kỳ bảo dưỡng động cơ, ứng dụng biến tần cho hệ thống sục khí và xem xét vận hành máy phát điện dự phòng vào giờ cao điểm khi giá điện lưới tăng đột biến để san phẳng đỉnh phụ tải.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng sâu rộng cho nhiều nhóm đối tượng:

• Ban Giám đốc và Kỹ sư trưởng các nhà máy xử lý nước thải đô thị: Nắm bắt phương pháp luận kiểm toán năng lượng, ma trận sàng lọc giải pháp kỹ thuật để áp dụng ngay vào tối ưu hóa chi phí vận hành cho các trạm có công suất trên 10.000 m3/ngày đêm.
• Chuyên viên quản lý môi trường tại các Sở, Ban, Ngành và Công ty Thoát nước: Tham khảo làm căn cứ xây dựng định mức kinh tế - kỹ thuật, đơn giá vận hành trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung và hoàn thiện chính sách sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả.
• Kỹ sư thiết kế và chuyên gia tư vấn công nghệ môi trường: Rút ra các bài học thực tiễn về lựa chọn thiết bị xử lý bùn, tối ưu hóa công nghệ bùn hoạt tính để tránh tình trạng thiết kế dư thừa công suất hoặc chọn công nghệ tiêu hao nhiều điện năng.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường: Tiếp cận nguồn tài liệu tham khảo chuẩn mực với đầy đủ phương pháp luận nghiên cứu thực địa, kỹ thuật tính toán tiết kiệm năng lượng và thực nghiệm hóa chất.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao chi phí năng lượng trong các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung lại chiếm tỷ trọng cao? Chi phí năng lượng chiếm từ 30% đến 40% tổng ngân sách vận hành do các trạm phải sử dụng các máy thổi khí công suất lớn hoạt động 24/7 để duy trì nồng độ oxy hòa tan cho vi sinh vật hiếu khí, cùng hệ thống máy bơm nước thải liên tục nâng dòng chảy và các thiết bị quay ly tâm xử lý bùn cặn.

Việc dịch chuyển thời gian vận hành máy tách nước bùn sang giờ thấp điểm có làm gián đoạn chu trình xử lý không? Hoàn toàn không làm gián đoạn hệ thống. Bùn thải sau các bể lắng có thể được tích trữ ổn định trong các bể chứa hoặc bể nén bùn trong khoảng từ 4 đến 8 giờ mà không gây phân hủy yếm khí phát sinh mùi hôi, cho phép linh hoạt vận hành máy ép bùn vào ban đêm hoặc giờ thấp điểm có giá điện thấp.

Cơ sở khoa học nào chứng minh bể cô đặc trọng lực ưu việt hơn máy cô đặc ly tâm trong xử lý bùn dư? Bể cô đặc trọng lực tận dụng sự lắng tự nhiên của các bông bùn sinh học dưới tác dụng của trọng lực, tiêu hao năng lượng cực thấp (chỉ cần động cơ gạt bùn tốc độ chậm vài vòng mỗi phút), trong khi máy ly tâm đòi hỏi động cơ quay tốc độ cao hàng nghìn vòng/phút và tiêu tốn nhiều hóa chất trợ lắng hơn.

Làm thế nào để xác định được chủng loại và liều lượng Polymer tối ưu cho công đoạn tách nước bùn? Kỹ sư cần tiến hành thử nghiệm Jartest định kỳ trên các mẫu bùn tươi lấy trực tiếp tại trạm. Qua việc khảo sát khả năng tạo bông, tốc độ lắng và độ trong của lớp nước sau lắng ở các mức pH khác nhau, trạm sẽ chọn được loại Polymer cation có mật độ điện tích phù hợp nhất với liều lượng tối thiểu.

Các giải pháp đề xuất cho Trạm Bình Hưng có thể nhân rộng cho các trạm xử lý nước thải khác tại Việt Nam không? Các giải pháp này hoàn toàn có thể nhân rộng cho tất cả các nhà máy xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp sử dụng công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí trên toàn quốc, vì cấu trúc biểu giá điện theo giờ và đặc tính phân bố năng lượng của các thiết bị xử lý là tương đồng nhau.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng tiêu thụ điện năng và hóa chất tại Trạm xử lý nước thải Bình Hưng công suất 141.000 m3/ngày đêm, chứng minh điện năng chiếm hơn 30% tổng chi phí vận hành thường niên.
• Từ 15 giải pháp kỹ thuật ban đầu, nghiên cứu đã chọn lọc và tính toán chứng minh hiệu quả thực tế của 6 giải pháp khả thi cao, tập trung vào công đoạn lắng cô đặc bùn và điều khiển máy bơm.
• Đề xuất giải pháp quản lý phụ tải thông minh bằng cách dịch chuyển lịch chạy máy ly tâm tách nước và thiết bị phụ trợ ra khỏi 2 khung giờ cao điểm (9:30-11:30 và 17:00-20:00), giúp giảm từ 20% đến 30% chi phí tiền điện.
• Xác định được chủng loại Polymer và dải pH tối ưu qua thực nghiệm Jartest, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí mua sắm hóa chất trợ lắng bùn.
• Lộ trình triển khai khuyến nghị chia làm 3 giai đoạn: thực hiện ngay các giải pháp thay đổi quy trình vận hành trong 1 đến 3 tháng tới, chuẩn hóa định mức hóa chất trong 6 tháng, và nghiên cứu lắp đặt hệ thống biến tần tự động trong dài hạn.
• Kính mời các đơn vị quản lý vận hành hạ tầng môi trường đô thị và các nhà khoa học tiếp tục tham khảo, ứng dụng bộ giải pháp nhằm tối ưu hóa chi phí và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam (VACNE), nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi. Ước tính, hiện chỉ có khoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý.[1] Nước thải sinh hoạt có thể được xử lý tập trung hoặc phi tập trung tùy thuộc vào cơ sở hạ tầng và quy hoạch của từng đô thị. Tại Việt Nam, nước thải sinh hoạt được đưa qua bể tự hoại trước khi thải bỏ ra cống chung, tuy nhiên với hình thức xử lý như vậy nước thải sinh hoạt không đảm bảo tiêu chuẩn và gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước. Do đó cần thiết phải có các trạm xử lý nước thải tập trung để thu gom và xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường.

Xử lý nước thải tập trung (XLNTTT) là một hệ thống thu gom nước thải trong phạm vi rộng và phức hợp bao phủ toàn bộ thành phố để vận chuyển nước thải từ tất cả những hộ xả thải đấu nối vào hệ thống tới một hoặc nhiều trạm xử lý nước thải quy mô lớn thường được đặt ở các vùng ngoại ô của thành phố. Các công trình XLNTTT có công nghệ cao để XLNT đạt tiêu chuẩn cao nhất trước khi xả ra vùng tiếp nhận. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho hệ thống này rất cao, việc thi công rất khó khăn và đòi hỏi độ chính xác cao mà các nhà thầu Việt Nam không thể đáp ứng được. Hiện chỉ có 6 đô thị tại Việt Nam có trạm xử lý nước thải tập trung với 14 trạm, nhiều đô thị lớn như Quy Nhơn, Nha Trang vẫn chưa có trạm xử lý nước thải tập trung.[2] Tại thành phố Hồ Chí Minh, hiện tại mới chỉ có 3 trạm XLNTTT là Bình Hưng, Bình Hưng Hòa và Tân Quy Đông đều thuộc sự quản lý, vận hành của Công ty TNHH Một Thành Viên Thoát Nước Đô Thị, trong đó Xí nghiệp XLNT Bình Hưng là trạm XLNT có công suất lớn nhất.

Nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng có quy mô lớn nhất Việt Nam được xây dựng theo nguồn vốn ODA của Nhật Bản, đã hoàn thành giai đoạn 1 với công suất lên đến 141.000 m3/ngày đêm, nhà máy được xây dựng vào tháng 11/2004 và hoàn thành vào tháng 12/2008. Từ nay nước xả bẩn trong sinh hoạt của người dân như chất thải hầm cầu, nước mưa. từ các quận 1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, Tân Bình, Bình Thạnh và huyện HVTH: ê ị i ơn Trang 1 n o p n n Bình Chánh, sẽ được tập trung về nhà máy để làm sạch trước khi đưa trở lại ra môi trường. Theo quy trình kỹ thuật, nước thải các loại xuống cống của 11 quận huyện sẽ theo cống đi ra cửa xả ở sông Sài Gòn - Bến Nghé - Tàu Hủ.

Trước các cửa xả này, những giếng tách dòng đã xây dựng sẽ làm lắng đọng cặn (ô nhiễm) rồi sau đó chuyển nước bẩn về nhà máy. Tại đây, nước thải được tách cát, rác lớn thông qua song chắn và bể lắng, cuối cùng được làm sạch bằng công nghệ bùn hoạt tính cải tiến để cho ra kênh rạch chất lượng nước loại B (an toàn với môi trường). Thuộc Dự án Cải thiện môi trường nước lưu vực Tàu Hủ - Bến Nghé, nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng thực chất chỉ mới xử lý được một phần nhỏ nước bẩn của TP HCM. Hiện ước tính mỗi ngày thành phố xả thải ra đến 1,2 triệu m3 nước bẩn, nên cần đến 9 nhà máy xử lý mới hết được.

Dự kiến giai đoạn 2, nhà máy Bình Hưng sẽ được mở rộng thêm để nâng công suất từ 141.000 m3 một ngày đêm, tổng vốn đầu tư giai đoạn 2 vào khoảng 500 triệu USD Tiêu chuẩn xả thải:  Giai đoạn I, II: QCVN 24-2009, loại B (BOD ≤50, SS≤ 100).  Giai đoạn III: QCVN 24-2009 loại A (BOD ≤20, SS ≤ 50). Trong Nhà máy XLNT Bình Hưng, nước thải sau khi được loại bỏ SS và BOD bằng quá trình vật lý hoặc sinh học sẽ được xả thải ra ngoài nhà máy. Bùn tạo ra trong quá trình xử lý sau khi được cô đặc và tách nước sẽ được ủ làm phân.

Sản phẩm compost sẽ được đưa ra khỏi nhà máy. Đây là công trình XLNTSHTT lớn nhất hiện nay ở TP.HCM và là mô hình thí điểm để xây dựng thêm các nhà máy mới trong tương lai, vì vậy ch ng ta cần kiểm toán năng lượng, hóa chất và xây dựng định mức trong vận hành trạm xử lý nước thải tập trung, từ đó đưa ra được các giải pháp tiết kiệm năng lượng và hóa chất cho các máy móc, thiết bị nhằm tối ưu hóa vận hành trạm XLNTTT và kết quả đề tài này cũng có thể là cơ sở áp dụng cho các trạm XLNTSHTT sau này. MỤC TIÊU, PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1. Mục tiêu đề tài “N iên ứ iải p p ử dụn tiết kiệm n n l ợn , o ất o t m xử lý n ớ t ải in o t t p trung Bìn n ừ đó tín to n à ọn ơ ội k ả t i để p dụn ào t ự tế ” 1.

Phạm vi nghiên cứu  ị điểm: Xí nghiệp XLNT Bình Hưng và trạm bơm Đồng Diều.  ối t ợn lự ọn: Điện và hóa chất. Nội dung nghiên cứu: Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nội dung sau sẽ được thực hiện: a) Nội dung 1: Điều tra, khảo sát và đánh giá hiện trạng sử dụng năng lượng, hóa chất của Trạm xử lý nước thải Bình Hưng. b) Nội dung 2: Nhận diện và phân tích những cơ hội thực hiện tiết kiệm năng lượng, hóa chất cho Trạm xử lý nước thải Bình Hưng.

c) Nội dung 3: Tiến hành tính toán và nghiên cứu thực nghiệm + Thực nghiệm các mẫu Polymer nghiên cứu và chọn nồng độ tối ưu. + Tính toán các giải pháp tiết kiệm năng lượng d) Nội dung 4: Đề xuất các giải pháp khả thi và tiến hành thực tế để lấy kết quả (nếu được) 1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để đạt được các mục tiêu và các nội dung nêu trên, các phương pháp nghiên cứu sau đã được thực hiện:  Phương pháp tổng quan tài liệu: Phương pháp này được thực hiện ở tất cả các giai đoạn nghiên cứu. Tuy nhiên, hầu hết tập trung ở giai đoạn đầu tiên của quá trình nghiên cứu nhằm có cơ sở chuyển từ vấn đề nghiên cứu đến các câu hỏi nghiên cứu cụ thể.

Với phương pháp này các tài liệu được tổng quan từ các nghiên cứu trước đó cả trong và ngoài nước. Bằng cách này chúng ta có được các giả thuyết, dữ liệu thông tin và ý kiến, các cách tiếp cận giải quyết vấn đề, các dữ liệu sơ cấp bao gồm các sự kiện và số liệu có sẵn từ các báo cáo khoa học, nghiên cứu, các tạp chí, tập san. HVTH: ê ị i ơn Trang 3 n o p n n  Phương pháp phân tích lịch sử - tự nhiên: Phương pháp này giúp lý giải những dị thường xuất hiện (nếu có) nhằm ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.  Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp này gi p trình bày, xử lý những số liệu sau khi đã thu thập được để khai thác có hiệu quả những số liệu thực tế đó, r t ra được những nhận xét kết luận khoa học, khách quan đối với những vấn đề cần nghiên cứu, khảo sát.

 Phương pháp thực nghiệm: tiến hành thử nghiệm các loại Polymer để chọn loại tốt nhất, đồng thời tiến hành thử nghiệm để chọn nồng độ tối ưu tương ứng với độ ẩm của bùn.  Phương pháp quan sát thực địa: từ thực tế vận hành của nhà máy, ta có thể rút ra được những khu vực, những cơ hội tiết kiệm mang ý nghĩa thực tiễn.  Phương pháp phân tích dữ liệu: từ các dữ liệu thu được, áp dụng tính toán theo phương pháp sản xuất sạch hơn để tính toán chi phí tiết kiệm được và những giải pháp có cơ hội thực hiện.  Phương pháp chuyên gia: phương pháp này được sử dụng để tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn, các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các phương pháp tính toán tiết kiệm chi phí cho trạm XLNT Bình Hưng.

TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Ý nghĩa khoa học  Trên cơ sở tình hình hoạt động thực tế của nhà máy XLNT Bình Hưng, đề xuất ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng, hóa chất và qua đó áp dụng nghiên cứu để xây dựng các nhà máy XLNT sử dụng năng lượng, hóa chất tối ưu. Ý nghĩa thực tiễn  Đề tài sẽ giải quyết được bài toán chi phí năng lượng, hóa chất cho trạm XLNT Bình Hưng nói riêng và có ý nghĩa quan trọng cho việc lập kế hoạch, nghiên cứu và xây dựng các trạm XLNT khác tại Việt Nam trong tương lai nói chung  Sử dụng năng lượng tối ưu để đảm bảo sự phát triển bền vững. CƠ SỞ TÀI LIỆU Để thực hiện đề tài tác giả đã thu thập được một số tài liệu sau: HVTH: ê ị i ơn Trang 4 n o p n n  Tài liệu tổng quan về nhà máy XLNT Bình Hưng, từng công trình trong nhà máy XLNT;  Tình hình sử dụng năng lượng, hóa chất thực tế của trạm;  Tài liệu các bước đánh giá sản xuất sạch hơn, từ đó áp dụng để thực hiện tính toán.

 Tài liệu vận hành trạm XLNT.  Các hóa đơn chi phí năng lượng, hóa chất phục vụ công tác vận hành cho trạm XLNT.  Các thông tư, nghị định của chính phủ về quản lý năng lượng. HVTH: ê ị i ơn Trang 5 Chương 2 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU n o p n n 2.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƢỚC 2. S d ƣ ệ ệ ƣớc e ĐTM của tr m XLNT. Thông thường chi phí năng lượng trong trạm XLNT chiếm 30% tổng chi phí vận hành. Hiện nay, khi chi phí năng lượng ngày càng tăng do sự cạn kiệt dần dần của các nguồn tài nguyên năng lượng cộng với các yêu cầu chất lượng nước sau xử lý càng khắt khe khiến cho chi phí năng lượng trong vận hành cũng tăng theo.

Việc thiết kế và vận hành các trạm XLNT đều phải chú ý đến việc tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm chi phí vận hành. Nhu cầu năng lượng trong XLNT thay đổi trực tiếp theo tải trọng chất ô nhiễm. Đường cong tiêu thụ năng lượng và lưu lượng tương tự như đường cong quan hệ giữa tải lượng và lưu lượng.