Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Thái Nguyên, với dân số khoảng 363.000 người và mật độ dân số 1.628 người/km², đang đối mặt với thách thức lớn về xử lý nước thải sinh hoạt. Ước tính lượng nước thải sinh hoạt phát sinh hàng ngày khoảng 30.000 m³, trong khi hệ thống thu gom và xử lý nước thải hiện tại chưa đáp ứng được nhu cầu, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng, với công suất thiết kế 8.000 m³/ngày đêm, được xây dựng nhằm thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt khu vực phía Bắc thành phố, phục vụ khoảng 100.000 dân. Tuy nhiên, hệ thống thu gom nước thải còn nhiều hạn chế, mạng lưới thoát nước chưa đồng bộ và xuống cấp, cùng với việc vận hành thử nghiệm hệ thống xử lý mương oxy hóa (MOT) đặt ra yêu cầu đánh giá khả năng xử lý thực tế của công nghệ này.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát hệ thống thu gom nước thải sinh hoạt, đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống MOT tại Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng trong giai đoạn vận hành thử từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019, đồng thời đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng môi trường nước, giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại các đô thị tương tự.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải sinh hoạt, trong đó nổi bật là:

  • Lý thuyết bùn hoạt tính (Activated Sludge Theory): Mô hình xử lý sinh học hiếu khí, trong đó vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, giảm nồng độ BOD5, COD và các chất ô nhiễm khác.
  • Mô hình mương oxy hóa (MOT - Mương tuần hoàn): Là dạng cải tiến của aerotank, sử dụng quá trình hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính chuyển động tuần hoàn nhằm xử lý triệt để các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho.
  • Khái niệm về nước thải sinh hoạt: Nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt hàng ngày, chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ dễ phân hủy, vi sinh vật gây bệnh, nitơ, phốt pho và các chất rắn lơ lửng.
  • Tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật môi trường: Áp dụng các quy chuẩn Việt Nam về nước thải sinh hoạt (QCVN 14:2008/BTNMT) để đánh giá chất lượng nước thải đầu ra.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp:

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thu thập từ Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng, các báo cáo dự án, tài liệu pháp lý liên quan, và các tài liệu khoa học về xử lý nước thải sinh hoạt.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu nước thải đầu vào (chưa xử lý) một lần mỗi tháng và mẫu nước thải đầu ra (sau xử lý) 8 lần/tháng, cách 3 ngày một lần, trong giai đoạn từ tháng 12/2018 đến tháng 7/2019.
  • Phân tích số liệu: Xác định các thông số chất lượng nước như BOD5, COD, TSS, amoni, photpho, tổng coliform, pH, DO theo tiêu chuẩn của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Hiệu suất xử lý được tính toán dựa trên sự chênh lệch nồng độ các chỉ tiêu trước và sau xử lý.
  • Timeline nghiên cứu: 8 tháng vận hành thử nghiệm hệ thống MOT, quan trắc và phân tích mẫu nước thải định kỳ nhằm đánh giá hiệu quả xử lý và sự ổn định của hệ thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả xử lý BOD5: Nồng độ BOD5 đầu vào dao động khoảng 200-300 mg/l, sau xử lý giảm xuống dưới 30 mg/l, đạt hiệu suất xử lý trung bình trên 85%. Đây là mức đáp ứng quy chuẩn xả thải sinh hoạt cột B theo QCVN 14:2008/BTNMT.

  2. Giảm tải tổng chất rắn lơ lửng (TSS): TSS đầu vào trung bình khoảng 350 mg/l, sau xử lý giảm còn khoảng 40-50 mg/l, tương đương hiệu suất xử lý trên 85%. Điều này cho thấy hệ thống MOT có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất rắn lơ lửng.

  3. Xử lý amoni và photpho: Nồng độ amoni đầu vào khoảng 30-50 mg/l, sau xử lý giảm xuống dưới 5 mg/l, hiệu suất xử lý đạt trên 80%. Photpho cũng được xử lý hiệu quả với mức giảm khoảng 70-75%, giúp hạn chế hiện tượng phú dưỡng nguồn tiếp nhận.

  4. Ổn định vận hành: Qua 7 tháng vận hành thử, các thông số đầu ra có xu hướng ổn định, hiệu suất xử lý duy trì ở mức cao, cho thấy hệ thống MOT vận hành hiệu quả và phù hợp với đặc điểm nước thải sinh hoạt tại địa phương.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả xử lý cao của hệ thống MOT là do quá trình tuần hoàn bùn hoạt tính trong mương oxy hóa giúp duy trì mật độ vi sinh vật cao, tăng cường khả năng phân hủy các chất hữu cơ và chuyển hóa nitơ, photpho. So sánh với các nghiên cứu khác về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt như MBBR hay SBR, hệ thống MOT có ưu điểm về chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản và phù hợp với quy mô vừa và nhỏ.

Biểu đồ thể hiện sự giảm nồng độ BOD5, TSS, amoni và photpho qua từng tháng vận hành sẽ minh họa rõ hiệu quả xử lý và sự ổn định của hệ thống. Bảng so sánh các chỉ tiêu trước và sau xử lý cũng giúp đánh giá chi tiết hiệu suất từng thông số.

Tuy nhiên, một số tồn tại như mạng lưới thu gom nước thải chưa đồng bộ, hiện tượng quá tải tại một số điểm, và việc bảo dưỡng hệ thống chưa thường xuyên có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý lâu dài. Do đó, cần có các biện pháp cải thiện vận hành và quản lý hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bảo dưỡng và vận hành định kỳ: Thực hiện bảo dưỡng hệ thống bơm, mương oxy hóa và các thiết bị liên quan ít nhất hàng tháng để duy trì hiệu suất xử lý, giảm thiểu sự cố kỹ thuật. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý Nhà máy, thời gian: ngay lập tức và liên tục.

  2. Nâng cấp mạng lưới thu gom nước thải: Hoàn thiện hệ thống cống thoát nước nửa riêng, tăng cường kết nối các hộ dân chưa được thu gom, nhằm giảm lượng nước thải xả thải trực tiếp ra môi trường. Chủ thể thực hiện: UBND thành phố và Công ty Thoát nước, thời gian: 1-3 năm.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành hệ thống MOT và quản lý chất lượng nước thải cho cán bộ kỹ thuật và công nhân. Chủ thể thực hiện: Công ty Thoát nước phối hợp với các viện nghiên cứu, thời gian: 6 tháng đến 1 năm.

  4. Áp dụng hệ thống giám sát tự động: Lắp đặt các cảm biến đo lường liên tục các thông số nước thải đầu ra để kịp thời phát hiện sự cố và điều chỉnh vận hành. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý Nhà máy, thời gian: 1 năm.

  5. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Phối hợp với các phường, xã tuyên truyền về tầm quan trọng của việc thu gom và xử lý nước thải, khuyến khích người dân tham gia bảo vệ môi trường. Chủ thể thực hiện: UBND địa phương, thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý môi trường đô thị: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực tiễn và giải pháp vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, hỗ trợ ra quyết định nâng cao hiệu quả quản lý.

  2. Kỹ sư và nhân viên vận hành nhà máy xử lý nước thải: Tham khảo quy trình vận hành, phân tích hiệu suất xử lý và các biện pháp khắc phục sự cố trong thực tế.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường: Tài liệu tham khảo về công nghệ mương oxy hóa, phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt và các số liệu thực nghiệm.

  4. Cơ quan hoạch định chính sách và đầu tư: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển hệ thống thoát nước và xử lý nước thải đô thị, đồng thời đánh giá hiệu quả đầu tư.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống mương oxy hóa (MOT) là gì và ưu điểm của nó?
    MOT là công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng mương tuần hoàn với bùn hoạt tính chuyển động liên tục, giúp xử lý hiệu quả các chất hữu cơ, nitơ và photpho. Ưu điểm gồm chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản, phù hợp với quy mô vừa và nhỏ.

  2. Hiệu suất xử lý BOD5 của hệ thống MOT tại Nhà máy Gia Sàng đạt bao nhiêu?
    Hiệu suất xử lý BOD5 trung bình trên 85%, giảm từ khoảng 200-300 mg/l đầu vào xuống dưới 30 mg/l đầu ra, đáp ứng quy chuẩn môi trường hiện hành.

  3. Làm thế nào để cải thiện hiệu quả vận hành hệ thống xử lý nước thải?
    Cần tăng cường bảo dưỡng định kỳ, đào tạo nhân viên vận hành, nâng cấp mạng lưới thu gom và áp dụng hệ thống giám sát tự động để phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố.

  4. Tại sao việc thu gom nước thải lại quan trọng trong xử lý nước thải sinh hoạt?
    Thu gom nước thải đầy đủ giúp đưa toàn bộ nước thải về nhà máy xử lý, tránh xả thải trực tiếp ra môi trường, giảm ô nhiễm và nâng cao hiệu quả xử lý.

  5. Những thách thức chính trong vận hành Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng là gì?
    Bao gồm mạng lưới thu gom chưa đồng bộ, hiện tượng quá tải tại một số điểm, thiếu nhân lực vận hành có chuyên môn cao và chưa áp dụng công nghệ giám sát tự động.

Kết luận

  • Hệ thống mương oxy hóa (MOT) tại Nhà máy xử lý nước thải Gia Sàng đạt hiệu suất xử lý cao với BOD5 và TSS giảm trên 85%, amoni và photpho được xử lý hiệu quả.
  • Mạng lưới thu gom nước thải hiện tại chưa đồng bộ, cần được nâng cấp để đảm bảo toàn bộ nước thải được thu gom và xử lý.
  • Vận hành thử nghiệm trong 7 tháng cho thấy hệ thống ổn định, phù hợp với đặc điểm nước thải sinh hoạt tại Thái Nguyên.
  • Đề xuất các giải pháp bảo dưỡng, đào tạo nhân lực, nâng cấp mạng lưới và áp dụng giám sát tự động nhằm nâng cao hiệu quả vận hành.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc phát triển hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại các đô thị tương tự, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất và mở rộng nghiên cứu đánh giá lâu dài để đảm bảo tính bền vững của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại thành phố Thái Nguyên. Đề nghị các cơ quan quản lý và nhà đầu tư quan tâm, phối hợp thực hiện nhằm nâng cao chất lượng môi trường sống cho cộng đồng.