Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ tại Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất thiết bị điện và điện tử, đã thúc đẩy sự tăng trưởng của ngành sản xuất pin và ắc quy. Vào giai đoạn năm 2000, thị trường trong nước chủ yếu tiêu thụ sản phẩm từ các cơ sở truyền thống như Ắc quy Đồng Nai, Ắc quy Sài Gòn, Xí nghiệp ắc quy Pin Con Ó (chiếm khoảng 79 – 80% thị phần). Tuy nhiên, công nghệ thời kỳ này chủ yếu sản xuất ắc quy kiểu hở, làm phát tán hơi khí độc và gây ô nhiễm môi trường. Giai đoạn 2005–2015 ghi nhận sự chuyển dịch công nghệ sang sản xuất ắc quy kín khí nhằm giảm thiểu rủi ro sinh thái. Đồng thời, sự ban hành của Luật Bảo vệ môi trường tạo hành lang pháp lý bắt buộc các doanh nghiệp sản xuất ắc quy phải đầu tư hệ thống xử lý chất thải nghiêm ngặt.

Nước thải tại nhà máy sản xuất ắc quy axit chì phát sinh từ hai nguồn chính:

  • Nước thải sinh hoạt: Phát sinh từ các hoạt động vệ sinh cá nhân, giặt giũ, nhà ăn của cán bộ, công nhân viên; mang đặc trưng ô nhiễm hữu cơ, chất lơ lửng và vi sinh vật gây bệnh cao.
  • Nước thải sản xuất: Phát sinh từ các công đoạn trộn cao chì (chứa chì và axit $H_2SO_4$), trát cao chì (tính chất tương tự công đoạn trộn), công đoạn hóa thành (nhiễm axit), công đoạn kiểm tra/làm mát/rửa bình (nhiễm axit nồng độ thấp), cùng nước thải định kỳ từ hệ thống xử lý khí thải (chứa axit sunfuric loãng).

Nước thải sản xuất có lưu lượng không quá lớn, nồng độ các chất hữu cơ ($BOD_5$, $COD$) tương đối thấp, nhưng có tính axit rất cao ($pH$ dao động từ 1 đến 5) và hàm lượng kim loại nặng chì ($Pb$) đặc biệt lớn (thường vượt ngưỡng 100 mg/l). Kim loại chì là độc chất nguy hiểm, tích lũy sinh học trong đất và nước, gây suy thoái hệ sinh thái, ức chế quá trình tạo máu tại tủy xương, tổn thương hệ thần kinh trung ương và ngoại biên, suy thận mãn tính và có thể gây tử vong khi nhiễm độc nồng độ cao. Axit sunfuric gây bỏng, tổn thương mô và phá hủy môi trường sống thủy sinh. Trước thực tế đó, Công ty TNHH Saite Power Source Việt Nam đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải riêng biệt nhằm đáp ứng các quy định pháp luật môi trường hiện hành.

Đồ án tốt nghiệp xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Lựa chọn công nghệ thích hợp để xử lý toàn diện nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất của nhà máy.
  2. Đảm bảo chất lượng nước đầu ra sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT cột A (đối với nước thải sản xuất) và QCVN 14:2008/BTNMT cột A (đối với nước thải sinh hoạt) trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.
  3. Vận dụng và kết hợp các giải pháp công nghệ tiên tiến trong tính toán thiết kế kỹ thuật các công trình đơn vị.
  4. Phát huy các kết quả nghiên cứu khoa học chuyên ngành vào thực tiễn dự án công nghiệp.
  5. Nâng cao năng lực chuyên môn, tích lũy kinh nghiệm tính toán thủy lực, thiết kế kỹ thuật và khái toán kinh phí trạm xử lý nước thải.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Dòng nước thải sinh hoạt lưu lượng 300 $m^3$/ngày và dòng nước thải sản xuất lưu lượng 200 $m^3$/ngày phát sinh tại nhà máy sản xuất ắc quy axit chì.
  • Phạm vi không gian: Nhà máy của Công ty TNHH Saite Power Source Việt Nam, đặt tại Đường số 6, Khu công nghiệp An Phước, xã An Phước, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai.
  • Phạm vi thời gian và tài liệu: Đồ án hoàn thành vào tháng 12 năm 2019 và được phê duyệt điều chỉnh bổ sung kỹ thuật vào tháng 01 năm 2020.
  • Giới hạn đề tài: Đề tài tập trung chuyên sâu vào tính toán thiết kế kỹ thuật hệ thống xử lý nước thải (bao gồm xử lý bùn thải phát sinh từ trạm); không đi sâu vào các khía cạnh môi trường khác của nhà máy như khí thải, chất thải rắn sinh hoạt, tiếng ồn công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống xử lý được xây dựng dựa trên sự phối hợp giữa các nguyên lý cơ học, hóa lý và sinh học chuyên ngành kỹ thuật môi trường:

  • Phương pháp cơ học: Sử dụng mương dẫn và song chắn rác để loại bỏ rác thô, xơ sợi, bảo vệ bơm và đường ống; bể điều hòa có trang bị hệ thống sục khí thô nhằm xáo trộn liên tục, ngăn ngừa quá trình phân hủy yếm khí và chống lắng cặn tại đáy bể, ổn định lưu lượng và tải lượng ô nhiễm trước khi vào các công trình sinh học và hóa lý.
  • Phương pháp hóa học và hóa lý:
    • Quá trình điều chỉnh $pH$ và trung hòa: Đối với nước thải sản xuất có $pH$ ban đầu thấp ($pH \approx 2.2$), sử dụng dung dịch $NaOH$ để nâng $pH$ lên khoảng 5.5 nhằm tạo điều kiện cho quá trình keo tụ tạo bông. Đối với nước thải sinh hoạt, nâng $pH$ từ 7.79 lên mức 8.5 bằng dung dịch $NaOH$ để bù trừ lượng men axit phát sinh từ quá trình lưu bùn dài ngày, bảo vệ môi trường sống cho vi sinh vật.
    • Quá trình keo tụ – tạo bông: Sử dụng phèn nhôm đa tụ ($PAC$) làm chất keo tụ để phá vỡ độ bền của các hạt keo chì và chất rắn lơ lửng, kết hợp bổ sung chất trợ keo tụ polymer nhằm liên kết các bông cặn nhỏ thành các khối bông có kích thước lớn, dễ lắng trọng lực trong bể lắng.
    • Quá trình kết tủa chì: Ứng dụng nguyên lý kết tủa hydroxit $Pb(OH)_2$ hoặc kết tủa sunfua kim loại $PbS$ dựa trên tích số tan $[M]^m \cdot [A]^n \ge T(M_m A_n)$. Tác giả cũng tổng hợp cơ chế sinh học phân hủy sulfat của vi khuẩn khử sulfat ($KFS$) sử dụng chất nền lactate để tạo ra ion sulfide kết tủa chì ($Pb^{2+} + H_2S \rightarrow PbS\downarrow + 2H^+$).
    • Quá trình lọc áp lực và hấp phụ: Bồn lọc áp lực cát giữ lại các hạt cặn lơ lửng sót lại sau lắng. Bồn lọc than hoạt tính với diện tích bề mặt riêng lớn ($400 - 1500\ m^2/g$) hấp phụ triệt để lượng kim loại chì ($Pb$), sắt ($Fe$) và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
    • Quá trình khử trùng: Châm hóa chất natri hypoclorit ($NaOCl$) bằng bơm định lượng vào bể khử trùng để tiêu diệt các vi sinh vật Coliform trong dòng thải sinh hoạt.
  • Phương pháp sinh học: Áp dụng quá trình bùn hoạt tính hiếu khí để vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ hòa tan ($BOD_5$, $COD$) làm nguồn dinh dưỡng xây dựng tế bào mới, chuyển hóa chất ô nhiễm thành $CO_2$ và $H_2O$. Hai công nghệ sinh học được xem xét là: Bể phản ứng theo mẻ $SBR$ (hoạt động chu kỳ tuần tự gồm 5 pha: làm đầy, sục khí/phản ứng, lắng tĩnh, tháo nước trong, chờ) và Bể bùn hoạt tính hiếu khí thông thường ($Aerotank$) kết hợp bể lắng đợt 2 và bùn tuần hoàn.
  • Quá trình xử lý bùn: Bùn sinh học dư và bùn hóa lý chứa kim loại chì được tập trung về bể chứa bùn, sau đó châm polymer keo tụ và đưa vào máy ép bùn băng tải nhằm giảm thể tích bùn trước khi chuyển giao xử lý theo quy chế chất thải nguy hại.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện:

  • Phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu: Khảo sát hiện trạng sản xuất, số lượng lao động, lấy mẫu và kiểm nghiệm các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng của nguồn nước thải tại nhà máy.
  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tra cứu các tiêu chuẩn thiết kế, giáo trình công nghệ xử lý nước thải và quy chuẩn môi trường Việt Nam (TCXDVN 51:2008, QCVN 14:2008/BTNMT cột A, QCVN 40:2011/BTNMT cột A).
  • Phương pháp tính toán công nghệ và thủy lực: Áp dụng các công thức giải tích tính toán kích thước hình học, thời gian lưu nước, tải trọng bề mặt, lượng khí cấp, lượng bùn phát sinh và liều lượng hóa chất.
  • Phương pháp so sánh lựa chọn: Phân tích ưu – nhược điểm về mặt kỹ thuật và chi phí đầu tư, vận hành giữa hai phương án công nghệ.
  • Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Thiết kế chi tiết hệ thống bằng phần mềm AutoCAD (bao gồm 7 bản vẽ kỹ thuật: 1 bản vẽ tổng mặt bằng, 1 bản vẽ sơ đồ công nghệ, 5 bản vẽ mặt cắt các công trình).

Nội dung chính theo từng chương

Chương Mở đầu

Chương này nêu bật sự cần thiết của việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất ắc quy axit chì trong bối cảnh siết chặt quản lý môi trường tại các khu công nghiệp. Tác giả trình bày chi tiết các nguồn phát sinh nước thải trong dây chuyền sản xuất ắc quy (trộn cao chì, trát cao chì, hóa thành, kiểm tra, súc rửa và hệ thống xử lý khí thải) cùng với độc tính của ion chì ($Pb^{2+}$) và axit sunfuric ($H_2SO_4$). Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng, phạm vi giới hạn cùng phương pháp luận thực hiện đề tài được xác lập rõ ràng làm kim chỉ nam cho các chương kỹ thuật.

Chương 1: Tổng quan về Công ty TNHH Saite Power Source Việt Nam

Chương 1 cung cấp đầy đủ các thông tin pháp lý và hoạt động doanh nghiệp:

  • Tên chính thức: Công ty TNHH Saite Power Source Việt Nam (Tên giao dịch quốc tế: SAITE POWER SOURCE (VIET NAM) CO., LTD).
  • Mã số doanh nghiệp: 3603472417, do Cục thuế tỉnh Đồng Nai cấp ngày 21/06/2017 và bắt đầu hoạt động cùng ngày.
  • Địa chỉ trụ sở: Đường số 6, Khu công nghiệp An Phước, xã An Phước, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai.
  • Người đại diện theo pháp luật: Lin, Zhi Hong.
  • Ngành nghề chính: Sản xuất pin và ắc quy (thuộc nhóm kinh tế có 100% vốn đầu tư nước ngoài - FDI, loại khoản 083: Sản xuất hóa chất và sản phẩm hóa chất).

Chương 2: Tổng quan về nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và các phương pháp xử lý nước thải

Tác giả phân tích tính chất lý hóa của nước thải sinh hoạt (chứa hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như protein chiếm 40–50%, hydratcacbon chiếm 40–50%, chất béo chiếm 5–10%, cùng coliform và chất dinh dưỡng) và nước thải sản xuất ắc quy (chứa hàm lượng chì cao, tính axit mạnh). Phần trọng tâm của chương tổng kết lý thuyết các công trình và phương pháp xử lý:

  • Xử lý cơ học: Cấu tạo và cơ chế làm việc của song chắn rác (loại thô, trung bình, mịn với khe hở 16–50 mm, góc nghiêng 50–90°), bể lắng cát (loại bỏ hạt vô cơ kích thước 0.2–2 mm), bể điều hòa (điều hòa lưu lượng, nồng độ, bảo vệ công trình sinh học), bể tách dầu mỡ.
  • Xử lý hóa học và hóa lý: Quá trình trung hòa điều chỉnh $pH$; quá trình oxy hóa – khử kim loại độc hại kết hợp cơ chế vi khuẩn khử sunfat ($KFS$); kỹ thuật keo tụ – tạo bông bằng muối nhôm ($PAC$, $Al_2(SO_4)_3$), muối sắt ($Fe_2(SO_4)_3$) và chất trợ keo tụ polyelectrolyte; cơ chế kết tủa hydroxit và sunfua kim loại theo tích số tan; quá trình hấp phụ trên than hoạt tính bề mặt riêng lớn; quá trình khử trùng bằng các tác nhân oxy hóa ($NaOCl$).
  • Xử lý sinh học: Cơ chế hoạt động của bùn hoạt tính hiếu khí trong bể Aerotank truyền thống; bể lọc sinh học màng cố định (ngập nước và không ngập nước); mương oxy hóa hoạt động kéo dài ($MLSS$ 4000–6000 mg/l); bể phản ứng theo mẻ $SBR$ tuần tự 5 pha; các hệ thống yếm khí như bể tự hoại (thời gian lưu 1–3 ngày, hiệu quả tách cặn 40–60%), bể UASB (tốc độ dòng dâng 0.6–0.9 m/h, tải trọng hữu cơ cao) và hồ kỵ khí.
  • Phương pháp xử lý bùn thải: Cơ chế phân hủy sinh học bùn lỏng/bùn rắn, phương pháp phân hủy nhiệt (lò đốt hai cấp khống chế 1200°C và làm nguội nhanh dưới 200°C để chống sinh khí độc dioxin/furan), phương pháp ổn định hóa rắn và kỹ thuật tách nước bằng máy ép bùn.

Chương 3: Đề xuất công nghệ xử lý nước thải

Tác giả đưa ra các nguyên tắc lựa chọn dây chuyền xử lý dựa trên công suất thiết kế (300 $m^3$/ngày đối với nước thải sinh hoạt và 200 $m^3$/ngày đối với nước thải sản xuất), đặc tính nguồn thải và quy chuẩn xả thải.

Thông số ô nhiễm Nước thải sinh hoạt đầu vào QCVN 14:2008/BTNMT cột A Nước thải sản xuất đầu vào QCVN 40:2011/BTNMT cột A
$pH$ 7.9 5 – 9 2.2 6 – 9
$BOD_5$ (mg/l) 350 30 42 30
$COD$ (mg/l) 520 — 85 75
$TSS$ (mg/l) 500 50 165 50
Chì ($Pb$) (mg/l) — — 120 0.1
Sắt ($Fe$) (mg/l) — — 7.8 1.0
Tổng Sunfua (mg/l) — — 2.8 1.0
Phosphat ($P-PO_4^{3-}$) (mg/l) 3.18 5.0 — —
Tổng Nitơ (mg/l) — — 2.4 20
Tổng Phốt pho (mg/l) — — 0.55 4.0
Tổng dầu mỡ (mg/l) 6.74 10 2.05 5.0
Coliform (MPN/100ml) 19.000 3.000 83 3.000

Từ hiện trạng trên, tác giả đề xuất xử lý tách riêng hai phân lưu:

  • Tuyến xử lý nước thải sản xuất (áp dụng chung cho cả hai phương án): Nước thải $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa (sục khí nén) $\rightarrow$ Bể điều chỉnh $pH$ (châm $NaOH$ nâng $pH$ lên khoảng 5.5) $\rightarrow$ Bể keo tụ (châm $PAC$) $\rightarrow$ Bể tạo bông (châm polymer) $\rightarrow$ Bể lắng hóa lý $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bồn lọc áp lực cát $\rightarrow$ Bồn lọc áp lực than hoạt tính $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận (đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A). Bùn lắng từ bể lắng được bơm về bể chứa bùn $\rightarrow$ châm polymer $\rightarrow$ ép bùn qua máy ép băng tải. Nước tách bùn quay lại bể điều hòa.
  • Tuyến xử lý nước thải sinh hoạt (so sánh giữa hai phương án):
    • Phương án 1: Nước thải $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể điều chỉnh $pH$ (châm $NaOH$ nâng $pH$ lên 8.5) $\rightarrow$ Bể sinh học mẻ $SBR$ (gồm 2 đơn nguyên $SBR_A$ và $SBR_B$) $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bồn lọc áp lực $\rightarrow$ Bể khử trùng (châm $NaOCl$) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận (đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột A). Bùn dư từ bể $SBR$ đưa về bể chứa bùn và máy ép bùn.
    • Phương án 2: Nước thải $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể điều chỉnh $pH$ (châm $NaOH$ nâng $pH$ lên 8.5) $\rightarrow$ Bể bùn hoạt tính hiếu khí ($Aerotank$) $\rightarrow$ Bể lắng sinh học đợt 2 (tuần hoàn bùn về Aerotank) $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bồn lọc áp lực $\rightarrow$ Bể khử trùng (châm $NaOCl$) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận (đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột A).

Chương 4: Tính toán thiết kế các hạng mục công trình

Chương này trình bày toàn bộ bảng biểu và các bước tính toán công nghệ cho hai hệ thống:

Phần I: Tính toán hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

  • Các thông số lưu lượng:
    • Lưu lượng trung bình ngày: $Q_{tb}^{ng} = 300\ m^3/\text{ngày}$.
    • Lưu lượng trung bình giờ: $Q_{tb}^h = 12.5\ m^3/\text{h}$.
    • Lưu lượng trung bình giây: $Q_{tb}^s = 3.472\ \text{l/s}$.
    • Hệ số không điều hòa chung: $k = 5$ (tra theo TCXDVN 51:2008 ứng với lưu lượng $3.472\ \text{l/s}$).
    • Lưu lượng giờ lớn nhất: $Q_{max}^h = k \cdot Q_{tb}^h = 5 \times 12.5 = 62.5\ m^3/\text{h}$.
  • Tính toán thủy lực mương dẫn và song chắn rác: Mương dẫn tiết diện chữ nhật, vận tốc dòng chảy chọn $0.6\ \text{m/s}$, độ đầy $h/H$, bán kính thủy lực $R$, tính toán theo công thức Sêzy ($C = \frac{1}{n}R^y$).
  • Tính toán công trình đơn vị theo Phương án 1:
    • Bể tiếp nhận và hố thu gom;
    • Bể điều hòa: Tính toán thể tích, lựa chọn hệ thống đĩa phân phối khí thô EDI;
    • Bể điều chỉnh $pH$: Bố trí cánh khuấy cơ học, châm $NaOH$ kiểm soát tự động bằng sensor $pH$;
    • Bể sinh học mẻ $SBR$: Tính toán kích thước cho 2 bể hoạt động luân phiên; xác định thời gian các pha làm đầy, pha phản ứng thổi khí bằng đĩa thổi khí tinh EDI (tính toán cấp oxy chỉ cho quá trình khử $BOD$, không tính cho nitrat hóa theo yêu cầu điều chỉnh kỹ thuật), pha lắng tĩnh và pha thu nước;
    • Bể trung gian, bồn lọc áp lực cát, bể khử trùng tiếp xúc dung dịch $NaOCl$ và bể chứa bùn.
  • Tính toán công trình đơn vị theo Phương án 2:
    • Tính toán bể Aerotank truyền thống (kích thước, lượng bùn $MLSS$, hệ số tuần hoàn bùn, tải trọng thể tích, nhu cầu cấp khí qua đĩa phân phối khí tinh EDI);
    • Tính toán bể lắng đợt 2 (đường kính, diện tích bề mặt, máng răng cưa thu nước trong, hệ số thu bùn đáy);
    • Bể trung gian, bồn lọc áp lực, bể khử trùng và bể chứa bùn dư.

Phần II: Tính toán hệ thống xử lý nước thải sản xuất

  • Lưu lượng thiết kế: $Q = 200\ m^3/\text{ngày}$.
  • Tính toán chi tiết các hạng mục:
    • Mương dẫn và song chắn rác thô;
    • Hố thu gom và Bể tiếp nhận;
    • Bể điều hòa lưu lượng/nồng độ (kèm đĩa thổi khí thô EDI);
    • Bể điều chỉnh $pH$ (tính toán lượng dung dịch $NaOH$ cần châm để nâng $pH$ từ 2.2 lên 5.5, công suất động cơ khuấy);
    • Cụm bể keo tụ – tạo bông: Tính toán thể tích ngăn keo tụ (châm $PAC$, khuấy nhanh), ngăn tạo bông (châm polymer trợ keo tụ, khuấy chậm tạo điều kiện kết cụm hạt bông chì);
    • Bể lắng hóa lý: Tính toán diện tích lắng cặn chì $Pb(OH)_2$/$PbS$ và hệ thống máng thu nước bề mặt;
    • Bể trung gian ổn định dòng trước lọc;
    • Bồn lọc áp lực cát (tính đường kính bồn, chiều cao lớp vật liệu lọc, vận tốc lọc, hệ thống rửa ngược);
    • Bồn lọc áp lực than hoạt tính: Tính toán thông số công nghệ bồn lọc than hoạt tính (bổ sung từ trang 120 theo báo cáo điều chỉnh nội dung) nhằm loại bỏ triệt để chì hòa tan và sắt sót lại sau quá trình keo tụ.

Chương 5: Khái toán kinh phí

Tác giả lập bảng tổng hợp khái toán kinh phí chi tiết cho cả Phương án 1 và Phương án 2:

  • Chi phí xây dựng: Khái toán chi phí đào đất, bê tông cốt thép, gia cố móng, chống thấm và hoàn thiện cho từng hạng mục công trình bể (bể tiếp nhận, điều hòa, điều chỉnh $pH$, $SBR$/$Aerotank$, lắng, trung gian, khử trùng, chứa bùn, nhà điều hành).
  • Chi phí thiết bị và vật liệu: Thống kê chi phí máy bơm chìm nước thải, máy thổi khí, động cơ khuấy chìm/khuấy cơ học, đĩa phân phối khí EDI (loại thô và tinh), van chặn, đường ống công nghệ, bồn lọc áp lực cát, bồn lọc áp lực than hoạt tính, máy ép bùn băng tải, hệ thống tủ điện điều khiển và bơm định lượng hóa chất.
  • Chi phí vận hành thường xuyên: Tính toán cụ thể chi phí tiêu hao hóa chất ($NaOH$, phèn $PAC$, chất trợ keo polymer, dung dịch khử trùng $NaOCl$), chi phí điện năng tiêu thụ hàng tháng của động cơ/máy bơm/máy thổi khí, và chi phí nước sạch phục vụ pha chế hóa chất cùng súc rửa bồn lọc.
  • So sánh kinh tế: Bảng so sánh tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng ban đầu và chi phí vận hành hàng năm giữa Phương án 1 ($SBR$) và Phương án 2 ($Aerotank$ + Lắng đợt 2) để làm căn cứ kỹ thuật – kinh tế cho việc quyết định phương án thi công.

Chương 6: Kết luận

Chương cuối tóm tắt các kết quả kỹ thuật đạt được của đồ án thiết kế trạm xử lý nước thải công suất $500\ m^3/\text{ngày}$ (gồm 300 $m^3$/ngày sinh hoạt và 200 $m^3$/ngày sản xuất). Tác giả khẳng định công nghệ được chọn đảm bảo hiệu quả làm sạch đạt quy chuẩn cột A, đồng thời đưa ra các đề xuất về quản lý vận hành, bảo dưỡng máy móc cơ điện và kiểm soát định kỳ chất lượng bùn thải chứa kim loại nặng chì.

Kết quả thiết kế và đóng góp kỹ thuật

Đồ án hoàn thành trọn vẹn bộ hồ sơ tính toán thiết kế cho trạm xử lý nước thải nhà máy ắc quy:

  • Tách dòng và xử lý riêng biệt hai nguồn thải có bản chất ô nhiễm đối lập: Nước thải sinh hoạt giàu hữu cơ được xử lý sinh học; nước thải sản xuất giàu axit và ion chì được cô lập xử lý bằng hóa lý chuyên biệt, không gây pha loãng vô ích hay làm chết hệ vi sinh vật hiếu khí.
  • Thông số kỹ thuật của tuyến xử lý nước thải sản xuất (200 $m^3$/ngày):
    • Xử lý triệt để hàm lượng chì ($Pb$) từ 120 mg/l xuống dưới 0.1 mg/l (đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A).
    • Nâng $pH$ từ vùng axit mạnh 2.2 lên mức trung tính 6.0 – 9.0; loại bỏ sắt ($Fe$) từ 7.8 mg/l xuống dưới 1.0 mg/l; giảm $TSS$ từ 165 mg/l về dưới 50 mg/l.
    • Hệ thống hóa lý kết hợp hai cấp lọc áp lực (cát và than hoạt tính) bảo đảm tính ổn định đối với các sự cố dao động tải trọng kim loại nặng.
  • Thông số kỹ thuật của tuyến xử lý nước thải sinh hoạt (300 $m^3$/ngày):
    • Hiệu suất khử $BOD_5$ đạt từ 350 mg/l xuống dưới 30 mg/l; giảm $TSS$ từ 500 mg/l về dưới 50 mg/l; diệt khuẩn Coliform từ 19.000 MPN/100ml xuống dưới 3.000 MPN/100ml (đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột A).
    • Thiết kế giải pháp điều chỉnh $pH$ sinh học lên 8.5 để phòng ngừa rủi ro suy giảm $pH$ do men axit từ bùn lưu trữ.
  • Hệ thống hồ sơ bản vẽ hoàn chỉnh: Cung cấp đầy đủ 7 bản vẽ kỹ thuật chuyên ngành bao gồm: 1 bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý, 1 bản vẽ mặt bằng tổng thể các hạng mục công trình, và 5 bản vẽ chi tiết các mặt cắt cấu tạo công trình đơn vị.
  • Đóng góp kỹ thuật thực tế: Thiết kế tạo ra giải pháp công nghệ khả thi, giải quyết triệt để bài toán xử lý nước thải nhiễm chì và axit cao cho cơ sở sản xuất ắc quy công nghiệp, cung cấp cơ sở dữ liệu số liệu tính toán chi tiết và khái toán kinh phí cho các dự án xây dựng trạm xử lý nước thải quy mô tương đương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Về phạm vi tính toán sinh học: Trong phần tính toán lượng oxy cung cấp cho bể xử lý sinh học ($SBR$/$Aerotank$), tác giả chỉ mới tính toán lượng $O_2$ phục vụ cho quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ chứa cacbon ($BOD$), chưa đưa thành phần tiêu thụ oxy cho quá trình nitrat hóa các hợp chất nitơ vào mô hình tính toán (theo nội dung đã được xác nhận điều chỉnh ở trang 54).
  • Về phạm vi ô nhiễm nhà máy: Đề tài mới chỉ giới hạn giải quyết vấn đề xử lý nước thải lỏng và bùn thải phát sinh từ trạm xử lý, chưa tích hợp nghiên cứu đồng bộ với hệ thống xử lý khí thải chứa hơi chì, bụi chì, hơi axit $H_2SO_4$ và các chất thải rắn công nghiệp nguy hại khác của nhà máy.

Hướng mở rộng nghiên cứu:

  • Bổ sung mô hình tính toán chi tiết động học quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa sinh học nhằm kiểm soát tối ưu chỉ tiêu tổng Nitơ và Amoni trong nước thải sinh hoạt.
  • Thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình pilot đối với bồn lọc than hoạt tính để xác định chính xác thời gian hấp phụ bão hòa của than đối với ion chì ($Pb^{2+}$), phục vụ việc lập quy trình hoàn nguyên hoặc thay thế vật liệu lọc định kỳ tối ưu về mặt kinh tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án là nguồn tài liệu hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Hóa học: Tài liệu cung cấp mẫu tính toán công trình đơn vị chi tiết theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCXDVN 51:2008), các bước thiết kế bồn lọc than hoạt tính xử lý kim loại nặng, và phương pháp tính toán thủy lực mương dẫn, song chắn rác, bể điều hòa, bể phản ứng sinh học mẻ $SBR$.
  • Kỹ sư thiết kế công nghệ và tư vấn môi trường: Cung cấp các số liệu thực tế về thành phần nước thải nhà máy ắc quy axit chì tại Đồng Nai, quy trình điều chỉnh $pH$ tối ưu hóa cho keo tụ kim loại và công nghệ xử lý bùn thải nguy hại bằng máy ép bùn băng tải.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo kỹ thuật cao:
    • Dây chuyền công nghệ xử lý chuyên biệt cho nước thải nhiễm chì ($Pb = 120\ \text{mg/l}$) sử dụng chuỗi công đoạn Trung hòa – Keo tụ ($PAC$) – Tạo bông (Polymer) – Lắng – Lọc cát – Lọc than hoạt tính.
    • Toàn bộ bảng tính chi phí khái toán xây dựng, thiết bị và chi phí vận hành (hóa chất, điện năng, nước sạch) được cấu trúc bài bản, phục vụ so sánh kinh tế – kỹ thuật trong lựa chọn công nghệ.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất trong đồ án lại được tách thành hai tuyến xử lý riêng biệt thay vì gom chung về một hệ thống?
Nước thải sản xuất chứa hàm lượng kim loại nặng chì rất lớn ($Pb = 120\ \text{mg/l}$) và có tính axit mạnh ($pH = 2.2$), đây là những tác nhân ức chế hoặc tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật trong các công trình xử lý sinh học. Nếu gom chung, nước thải sinh hoạt sẽ bị nhiễm độc chì và làm tăng thể tích nước thải nguy hại cần xử lý hóa lý. Việc tách riêng giúp tối ưu hóa công nghệ: xử lý sinh học cho dòng sinh hoạt giàu hữu cơ và xử lý hóa lý/hấp phụ chuyên sâu cho dòng sản xuất chứa chì và axit.

Vì sao tác giả lại điều chỉnh nâng $pH$ của nước thải sinh hoạt từ 7.79 lên mức 8.5 ở bể điều chỉnh $pH$?
Theo nội dung báo cáo điều chỉnh kỹ thuật của đồ án (trang 29 và 32), việc nâng $pH$ lên 8.5 bằng dung dịch kiềm $NaOH$ là giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo điều kiện sống tối ưu cho vi sinh vật. Do lượng bùn lắng lâu ngày trong hệ thống sinh học sẽ sinh ra các men axit làm suy giảm nồng độ $pH$ của môi trường nước, việc nâng $pH$ đệm ban đầu lên 8.5 giúp trung hòa lượng axit này và giữ cho môi trường bể luôn ổn định.

Trong bể sinh học hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nhu cầu oxy được tính toán dựa trên cơ sở nào?
Theo nội dung báo cáo điều chỉnh của tác giả (trang 54), lượng oxy ($O_2$) cung cấp qua hệ thống đĩa phân phối khí tinh EDI trong đồ án chỉ được tính toán cho quá trình vi sinh vật hiếu khí oxy hóa, khử chất hữu cơ chứa cacbon ($BOD_5$), không kể đến lượng oxy tiêu thụ cho quá trình nitrat hóa các hợp chất nitơ.

Tuyến nước thải sản xuất sử dụng các loại bồn lọc áp lực nào và vai trò kỹ thuật của từng bồn lọc là gì?
Hệ thống sử dụng hai bồn lọc áp lực nối tiếp nhau:

  1. Bồn lọc áp lực cát: Nhằm giữ lại các hạt cặn lơ lửng ($TSS$) và các bông cặn kết tủa hydroxit chì nhỏ còn sót lại chưa lắng hết tại bể lắng hóa lý.
  2. Bồn lọc áp lực than hoạt tính: Nhằm hấp phụ triệt để lượng kim loại chì ($Pb$), sắt ($Fe$) hòa tan và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy còn lại trong nước, đảm bảo dòng thải sau lọc đạt tiêu chuẩn xả thải rất nghiêm ngặt của cột A ($Pb \le 0.1\ \text{mg/l}$).

Hóa chất nào được lựa chọn cho công đoạn khử trùng nước thải sinh hoạt và được đưa vào bể bằng cách nào?
Hóa chất được lựa chọn cho công đoạn khử trùng nước thải sinh hoạt là dung dịch natri hypoclorit ($NaOCl$). Hóa chất này được châm trực tiếp vào bể khử trùng tiếp xúc thông qua hệ thống bơm định lượng hóa chất tự động, giúp điều chỉnh liều lượng clo hoạt tính chính xác để tiêu diệt vi khuẩn Coliform đạt mức dưới 3.000 MPN/100ml trước khi xả ra môi trường.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phan Thành Luân đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật trạm xử lý nước thải công suất $500\ m^3/\text{ngày}$ cho Công ty TNHH Saite Power Source Việt Nam với phương án tách dòng công nghệ chuẩn xác. Tuyến nước thải sản xuất ($200\ m^3/\text{ngày}$) được xử lý hóa lý qua các khâu trung hòa, keo tụ – tạo bông bằng $PAC$, lắng cặn kết tủa chì kết hợp lọc cát và lọc than hoạt tính, giúp đưa nồng độ chì từ 120 mg/l về đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột A ($Pb \le 0.1\ \text{mg/l}$). Tuyến nước thải sinh hoạt ($300\ m^3/\text{ngày}$) được làm sạch bằng công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí và khử trùng bằng $NaOCl$, bảo đảm nước đầu ra đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT cột A. Các dữ liệu tính toán công trình đơn vị chi tiết, hệ thống 7 bản vẽ kỹ thuật cùng bảng khái toán kinh tế giữa hai phương án công nghệ là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành công nghệ môi trường.