Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của dân số cùng quá trình phát triển các khu đô thị, trung tâm công nghiệp và y tế làm phát sinh lượng lớn nước thải sinh hoạt và sản xuất. Tình trạng phần lớn lượng nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu xả ra môi trường đã gây quá tải và ô nhiễm nghiêm trọng các nguồn tiếp nhận. Theo thống kê nêu trong luận án, tính đến năm 2020, các đô thị tại Việt Nam có khoảng 63 trạm xử lý nước thải tập trung với công suất thiết kế khoảng 1.000 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$, mới chỉ đáp ứng xử lý khoảng 15% lượng nước thải sinh hoạt phát sinh. Theo định hướng phát triển đến năm 2025, mục tiêu đặt ra là thu gom và xử lý đạt quy chuẩn 50% tổng lượng nước thải tại các đô thị loại II trở lên và 20% đối với đô thị loại V trở lên; trong đó 20 - 30% nước thải sau xử lý phải được tái sử dụng cho các mục đích như tưới cây, rửa đường đô thị.

Nước thải sinh hoạt được xác định là nguồn tài nguyên nước tại chỗ dồi dào. Việc chỉ xử lý nước thải để xả thải vừa gây lãng phí tài nguyên vừa gia tăng tải lượng ô nhiễm. Trong cơ cấu tiêu thụ nước đô thị, lượng nước dùng cho các mục đích không đòi hỏi chất lượng ăn uống chiếm tỷ trọng lớn: ước tính khoảng 56% tổng lượng nước thải sinh hoạt (tương đương 41,7% lượng nước cấp sinh hoạt) ở đô thị loại III trở lên, và khoảng 52,5% tổng lượng nước thải sinh hoạt (tương đương 38,9% lượng nước cấp sinh hoạt) ở đô thị loại IV trở xuống.

Để tái sử dụng nước thải sau xử lý bậc hai cho các mục đích công cộng (chữa cháy, tưới cây cảnh quan, rửa đường) mà không làm tắc nghẽn đường ống, hoen ố thiết bị và đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật (như QCVN 01:2008/BTNMT), cần thiết phải thực hiện xử lý nâng cao. Trong các công nghệ xử lý nâng cao cơ lý, bể lọc sử dụng vật liệu lọc đa năng ODM-2F đã được áp dụng tại một số quốc gia nhưng tại Việt Nam chủ yếu mới dừng lại ở xử lý nước cấp, chưa được nghiên cứu bài bản trong xử lý nâng cao nước thải đô thị nhằm mục đích tái sử dụng. Đây chính là khoảng trống nghiên cứu mà luận án tập trung giải quyết.

Mục tiêu và câu hỏi/giả thuyết nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án gồm 3 nội dung chính:

  1. Đánh giá thực trạng về xử lý, xử lý nâng cao nước thải và các giải pháp tái sử dụng nước thải trong và ngoài nước.
  2. Xác định các thông số, chỉ tiêu công nghệ và xây dựng phương pháp tính toán thiết kế công trình lọc ODM-2F trong dây chuyền xử lý nâng cao nước thải.
  3. Ứng dụng phương pháp tính toán thiết kế công trình lọc ODM-2F vào tính toán xử lý nâng cao nước thải sinh hoạt cho một khu đô thị cụ thể.

Giả thuyết khoa học của luận án dựa trên cơ sở lý thuyết đồng dạng và lý thuyết lọc qua lớp vật liệu hạt: việc sử dụng vật liệu lọc đa năng ODM-2F có thể loại bỏ hiệu quả cặn lơ lửng (SS) sau xử lý sinh học, cho phép xác lập mối tương quan giữa chiều dày lớp lọc, vận tốc lọc, chu kỳ lọc và tổn thất áp lực làm cơ sở thiết kế kỹ thuật.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình lọc sử dụng vật liệu lọc ODM-2F trong dây chuyền xử lý nâng cao nước thải sinh hoạt.
  • Phạm vi khoa học: Tập trung vào chỉ tiêu loại bỏ hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS); công nghệ xử lý nâng cao phục vụ mục đích tái sử dụng cấp nước không ăn uống (chữa cháy, tưới cây, rửa đường); xây dựng phương pháp tính toán thiết kế công trình lọc.
  • Phạm vi không gian: Nước thải tại các khu vực đô thị Việt Nam; trường hợp nghiên cứu điển hình được áp dụng tại trạm xử lý nước thải khu đô thị huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội (thực nghiệm sử dụng nguồn nước thải sau xử lý bậc hai tại Trạm xử lý nước thải Kim Liên, Hà Nội).
  • Phạm vi thời gian: Thực nghiệm được tiến hành trong giai đoạn 2016 - 2020; các dữ liệu dự báo và tính toán dựa theo định hướng quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đô thị Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn 2050.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây được điểm luận

Luận án đã tổng hợp kinh nghiệm và các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về công nghệ xử lý nâng cao và tái sử dụng nước thải:

  1. Tình hình nghiên cứu và thực tiễn tái sử dụng nước thải quốc tế:

    • Khu vực Địa Trung Hải: Israel dẫn đầu với dự án xử lý thấm qua đất và bổ cập tầng ngầm Dan Region; Tunisia đạt tỷ lệ thu gom xử lý 65% phục vụ tưới tiêu nông nghiệp và tái nạp nước ngầm.
    • Châu Âu: Các dự án tại Áo (bảo vệ nguồn nước mặt và nước ngầm), Bỉ (nhà máy xử lý nước thải Wilpen công suất 2,5 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$ dùng công nghệ MF-RO ngăn mặn), Pháp (dự án Aubergencilla tái sử dụng 25% nước pha loãng bổ cập cấp nước), Ý (hệ thống Marcite trên sông Vettabia), Anh (dự án Waterwise xử lý nước xám cho các hộ dân).
    • Châu Mỹ: Bang California và Florida (Mỹ) ứng dụng nước tái sinh trong nông nghiệp, cảnh quan, làm mát công nghiệp và bổ cập nước ngầm (West Basin, Denver, Cochrane Memorial ở Yelm); Mexico ứng dụng tưới nông nghiệp tại thung lũng Mezquital và làm mát công nghiệp tại Monterrey.
    • Châu Á: Singapore áp dụng công nghệ MF, RO kết hợp khử trùng UV sản xuất nước NEWater (công suất đạt $72.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$); Nhật Bản áp dụng hệ thống cấp nước kép cho các tòa nhà tại Tokyo; Trung Quốc xử lý bổ cập sông Fen River tại thành phố Thái Nguyên (Taiyuan).

  2. Nghiên cứu và thực tiễn trong nước:

    • Các trạm xử lý nước thải đô thị đã vận hành như Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long, Yên Sở, Hồ Tây (Hà Nội); Bình Hưng, Bình Hưng Hòa, Phú Mỹ Hưng (TP.HCM); Hòa Cường, Phú Lộc, Ngũ Hành Sơn, Hòa Xuân (Đà Nẵng); Đà Lạt, Buôn Ma Thuột, Phan Rang - Tháp Chàm, Huế...
    • Các mô hình nghiên cứu tái sử dụng thí điểm: Mô hình xử lý nước thải tại chỗ kết hợp hồ sinh học tại thị trấn Lim (Bắc Ninh); mô hình tái sử dụng nước thải chế biến mủ cao su tại Công ty Cao su Phú Riềng; hệ thống lọc tuần hoàn nước tại Nhà máy xử lý nước thải thành phố Huế ($6.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$); nghiên cứu sử dụng nước thải tưới lúa tại Thanh Trì (Hà Nội) của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam (1994).
    • Các nghiên cứu công nghệ cụ thể: Nghiên cứu công nghệ AA/O kết hợp sợi vật liệu đệm bám dính; nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng màng sinh học chuyển động (MBBR) xử lý hữu cơ và dinh dưỡng.

  3. Nghiên cứu về vật liệu lọc ODM-2F:

    • Ở nước ngoài: Vật liệu lọc ODM-2F được sản xuất và sử dụng từ năm 1998 tại Nga, Ukraina, Uzbekistan (các thành phố Matxcova, Perm, Yekaterinburg, Irkutsk, Omsk...).
    • Tại Việt Nam: Ứng dụng từ năm 2002 trong các hệ thống xử lý nước cấp như Diamond Plaza, Nhà máy sữa Dutch Lady Bình Dương, KCN Tây Bắc Củ Chi, các trạm cấp nước tại Tây Nguyên (Đắk Lắk, Đắk Nông, Kon Tum, Lâm Đồng) và nghiên cứu pilot xử lý nước suối Tà Vải (Hà Giang).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù vật liệu ODM-2F đã chứng minh hiệu quả trong xử lý nước cấp, việc ứng dụng loại vật liệu này làm môi trường lọc khử cặn lơ lửng trong công đoạn xử lý nâng cao nước thải đô thị sau xử lý sinh học vẫn chưa có các nghiên cứu thực nghiệm định lượng chi tiết tại Việt Nam. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách khảo sát động học quá trình lọc cặn SS qua lớp hạt ODM-2F ở các dải vận tốc khác nhau, từ đó thiết lập phương pháp và công thức tính toán thiết kế kỹ thuật cho công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Khái niệm nước thải tái chế: Nước thải đô thị đã qua xử lý tập trung đạt tiêu chuẩn xả thải, được tiếp tục xử lý nâng cao để phục vụ mục đích có ích.
  • Khái niệm xử lý nâng cao: Quá trình xử lý bổ sung tiếp sau xử lý bậc hai nhằm đáp ứng yêu cầu chất lượng nước phục vụ tái sử dụng.
  • Lý thuyết khử chất hữu cơ và dinh dưỡng: Cơ chế chuyển hóa Nitơ qua quá trình Nitrat hóa - Khử Nitrat và quá trình khử Phốt pho sinh học tăng cường (EBPR) thông qua các công nghệ AAO, Bardenpho, UCT, PhoStrip II, MBBR, MBR.
  • Lý thuyết lọc cặn qua tầng lọc hạt ODM-2F: Cơ chế giữ cặn cơ học, dính bám và lắng trọng lực trong các khe rỗng của vật liệu lọc hạt; lý thuyết động học lọc cặn và tổn thất áp lực thủy lực qua lớp vật liệu lọc theo chiều sâu và thời gian.
  • Lý thuyết đồng dạng: Xác định các điều kiện đồng dạng hình học và thủy lực nhằm thiết kế mô hình thực nghiệm pilot mô phỏng chính xác công trình nguyên mẫu ngoài thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu: Tổng hợp dữ liệu vận hành thực tế tại các trạm xử lý nước thải đô thị ở Việt Nam, dữ liệu sử dụng vật liệu ODM-2F và số liệu hiện trạng trạm xử lý nước thải khu đô thị huyện Đan Phượng.
  2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích quy luật chuyển hóa vật chất ô nhiễm, cơ chế thủy lực và lọc cặn qua vật liệu hạt, xác lập các tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý nâng cao.
  3. Phương pháp mô hình hóa và thực nghiệm pilot:
    • Chế tạo mô hình cột lọc ODM-2F đặt tại hiện trường (sử dụng nước thải sau lắng thứ cấp của Trạm xử lý nước thải Kim Liên).
    • Thiết kế quy hoạch thực nghiệm bậc 1 hai mức tối ưu nhằm xác định ảnh hưởng của các biến số: vận tốc lọc ($v = 5\text{ m/h}$, $7,5\text{ m/h}$, $10\text{ m/h}$), chiều dày lớp vật liệu ($x$) đến hàm lượng SS đầu ra và tổn thất áp lực ($h$).
  4. Phương pháp phân tích hóa nghiệm: Phân tích các thông số chất lượng nước đầu vào, đầu ra theo các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) và tiêu chuẩn quốc tế (ISO).
  5. Phương pháp toán thống kê: Xử lý chuỗi số liệu thực nghiệm, xác định các hệ số hồi quy công nghệ $a, b$, lập biểu đồ quan hệ hàm lượng cặn và tổn thất áp lực theo thời gian.
  6. Phương pháp chuyên gia và chứng thực ứng dụng: Tổ chức hội thảo khoa học lấy ý kiến chuyên môn; áp dụng thuật toán đề xuất để tính toán thiết kế hệ thống xử lý nâng cao tại khu đô thị huyện Đan Phượng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về xử lý nâng cao, giải pháp tái sử dụng nước thải tái sinh và tình hình nghiên cứu liên quan

Chương 1 tổng hợp bức tranh toàn cảnh về hiện trạng thoát nước và xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam. Tính đến thời điểm nghiên cứu, cả nước có 29 hệ thống xử lý nước thải đô thị tập trung đã vận hành với tổng công suất thiết kế khoảng $769.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ và công suất thực tế đạt $558.630\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.

Nhóm công nghệ chính Tên các trạm xử lý điển hình
Bùn hoạt tính (AAO, AO, CAS, AOAO) Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long (Hà Nội); Bình Hưng, Nam Viên (TP.HCM); Vĩnh Yên, Huế
Bể phản ứng sinh học theo mẻ (SBR, ASBR) Yên Sở, Hồ Tây (Hà Nội); Hòa Xuân (Đà Nẵng); Bãi Cháy, Hà Khánh (Quảng Ninh); Thủ Dầu Một
Hồ sinh học / Chuỗi hồ ổn định Bình Hưng Hòa (TP.HCM); Sơn Trà, Hòa Cường, Phú Lộc, Ngũ Hành Sơn (Đà Nẵng); Buôn Ma Thuột, Phan Rang - Tháp Chàm, Đức Ninh, An Bái, Tiến Hưng
Mương oxy hóa / Kênh oxy hóa (OD) Canh Dơi (TP.HCM); Bắc Giang; Nam Nha Trang
Hóa lý kết hợp lọc sinh học / Lắng sơ cấp Nhơn Bình (Quy Nhơn); Sóc Trăng; Đà Lạt

Chương này phân định 6 mức độ xử lý nước thải: Xử lý sơ bộ (Preliminary), Bậc I (Primary), Bậc I tăng cường (Advanced primary), Bậc II (Secondary), Bậc III (Tertiary) và Bậc cao (Advanced). Đồng thời, tác giả tổng kết các công nghệ lọc thông dụng (lọc cát, than antraxit, lọc nổi FPZ) và thông số kỹ thuật của bể MBBR (thời gian lưu Anoxic 1,0 - 1,2 giờ, Oxic 3,5 - 4,5 giờ, diện tích biofilm 200 - 250 $\text{m}^2/\text{m}^3$, tải trọng BOD 1,0 - 1,4 $\text{kg/m}^3\cdot\text{ngày}$).

Chương 2: Cơ sở khoa học về xử lý và lựa chọn công nghệ xử lý nâng cao nước thải để tái sử dụng cho mục đích không ăn uống trong đô thị

Chương 2 thiết lập cơ sở lý luận về đặc tính chất lượng nước thải trước và sau xử lý nâng cao phục vụ các dịch vụ đô thị. Tác giả phân tích cơ chế khử chất hữu cơ, nitơ, phốt pho thông qua các sơ đồ công nghệ sinh học (Bardenpho cải tiến, AAO, UCT, PhoStrip II, C-Tech, AO-MBR).

Nội dung trọng tâm là cơ chế giữ cặn qua tầng lọc hạt ODM-2F. Vật liệu ODM-2F có thành phần chính là diatomite biến tính, sở hữu độ xốp cao và bề mặt tiếp xúc lớn. Tác giả vận dụng phương trình động học lọc để mô tả quá trình suy giảm hàm lượng cặn theo chiều sâu lớp lọc và sự gia tăng tổn thất áp lực thủy lực theo thời gian:

$$\frac{\partial C}{\partial x} = -\lambda C$$

Trong đó $\lambda$ là hệ số dính bám phụ thuộc vào đặc tính hạt lọc và vận tốc dòng chảy. Tác giả cũng xây dựng hệ thống tiêu chí đánh giá lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nâng cao gồm các nhóm tiêu chí kỹ thuật, kinh tế, môi trường và xã hội có gán trọng số phục vụ tính toán đa tiêu chí.

Chương 3: Lựa chọn công nghệ xử lý nâng cao nước thải và nghiên cứu thực nghiệm lọc ODM-2F

Trên cơ sở phân tích đa tiêu chí, dây chuyền công nghệ xử lý nâng cao được lựa chọn gồm: Nước thải sau xử lý bậc hai $\rightarrow$ Bể lọc sinh học dính bám MBBR $\rightarrow$ Bể lắng $\rightarrow$ Bể lọc ODM-2F $\rightarrow$ Khử trùng Ozon.

Mô hình thực nghiệm pilot cột lọc ODM-2F được chế tạo bằng vật liệu trong suốt, đặt tại Trạm XLNT Kim Liên. Thí nghiệm được vận hành ở 3 chế độ vận tốc lọc $v = 5\text{ m/h}$, $v = 7,5\text{ m/h}$ và $v = 10\text{ m/h}$ với các chu kỳ đo đạc hàm lượng cặn SS theo các độ sâu tầng lọc khác nhau và theo thời gian làm việc của bể lọc.

Vận tốc lọc ($v$) Hàm lượng SS đầu vào trung bình Hàm lượng SS đầu ra trung bình Hiệu suất khử SS Tổn thất áp lực cuối chu kỳ ($h_{gh}$) Chu kỳ lọc hiệu quả ($T$)
5,0 m/h 20,4 - 32,5 mg/l 2,1 - 3,4 mg/l 88 - 92% 1,8 - 2,2 m 36 - 48 giờ
7,5 m/h 21,0 - 33,0 mg/l 3,2 - 4,8 mg/l 84 - 88% 2,0 - 2,4 m 24 - 32 giờ
10,0 m/h 22,5 - 34,2 mg/l 4,5 - 6,2 mg/l 80 - 83% 2,2 - 2,6 m 16 - 20 giờ

Kết quả thực nghiệm xác nhận nước sau lọc ODM-2F đạt hàm lượng SS dưới 5 - 10 mg/l, đáp ứng hoàn toàn tiêu chuẩn tái sử dụng cho tưới cây, rửa đường và chữa cháy đô thị.

Chương 4: Xây dựng phương pháp tính toán công trình lọc ODM-2F và ứng dụng

Từ số liệu thực nghiệm, tác giả thiết lập phương pháp tính toán bể lọc ODM-2F theo 5 bước:

  1. Xác định nhu cầu cấp nước tái sử dụng ($Q_{tsd}$):

    • Đối với đô thị loại III trở lên: $$Q_{cnđt(III, tsd)} = 0,6125 \cdot q_0 \cdot N$$
    • Đối với đô thị loại IV và V: $$Q_{cnđt(IV, tsd)} = 0,54 \cdot q_0 \cdot N$$ (Trong đó $q_0$ là tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt, $N$ là quy mô dân số đô thị).

  2. Xác định chiều dày lớp lọc ($x$) và chu kỳ lọc ($T$): Xác định qua đồ thị thực nghiệm kết hợp công thức: $$T = \frac{H_{gh} - H_0}{H_0 \cdot F(A)} \cdot \frac{b}{a} \cdot x$$ (Trong đó $H_{gh}$ là tổn thất áp lực giới hạn, $H_0$ là tổn thất áp lực ban đầu, $a$ và $b$ là các thông số lọc xác định theo thực nghiệm).

  3. Tính toán diện tích lọc tổng cộng ($F$) và kích thước bể lọc: $$F = \frac{Q_{tsd}}{v_{tb} \cdot T_{lv}}$$

  4. Xác định số lượng bể lọc và kiểm tra vận tốc lọc tăng cường khi rửa một bể.

  5. Tính toán hệ thống phân phối nước lọc và chế độ rửa lọc: Xác định cường độ rửa gió, rửa nước kết hợp, thời gian rửa lọc và thể tích nước rửa bể.

Ứng dụng tính toán thiết kế: Áp dụng cho Trạm xử lý nước thải khu đô thị huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội với công suất $Q = 150\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Luận án hoàn thành bảng tính chi tiết các hạng mục: Bể MBBR, Bể lắng, Cụm bể lọc ODM-2F, Bể tiếp xúc khử trùng Ozon và khái toán chi phí đầu tư, phân tích hiệu quả kinh tế - môi trường theo Quyết định số 451/QĐ-BXD.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  • Chứng minh bằng thực nghiệm khả năng xử lý cặn lơ lửng (SS) của vật liệu lọc đa năng ODM-2F trong công đoạn xử lý nâng cao nước thải sinh hoạt sau xử lý bậc hai.
  • Xác lập được bộ thông số động học lọc (hệ số $a, b$, tổn thất áp lực ban đầu $H_0$, tổn thất áp lực giới hạn $H_{gh}$) tương ứng với các mức vận tốc lọc $v = 5\text{ m/h}$, $7,5\text{ m/h}$ và $10\text{ m/h}$.
  • Xây dựng thành công công thức thực nghiệm xác định nhu cầu dùng nước tái sử dụng trong các đô thị phân theo cấp loại đô thị ($Q_{cnđt(III, tsd)}$ và $Q_{cnđt(IV, tsd)}$).

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  • Xây dựng quy trình tính toán thiết kế công trình lọc ODM-2F gồm 5 bước cụ thể, có thể ứng dụng trực tiếp vào công tác tư vấn thiết kế công trình hạ tầng kỹ thuật cấp thoát nước.
  • Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nâng cao hoàn chỉnh kết hợp giữa quá trình sinh học màng bám dính MBBR và lọc cơ lý qua tầng hạt ODM-2F, khử trùng ozon phục vụ mục đích tái sử dụng nước thải cho chữa cháy, rửa đường và tưới cây cảnh quan đô thị.
  • Cung cấp mô hình tính toán kinh tế - kỹ thuật chứng thực tại trạm xử lý nước thải khu đô thị huyện Đan Phượng (Hà Nội), làm cơ sở nhân rộng cho các khu đô thị mới.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Nghiên cứu thực nghiệm pilot tập trung chủ yếu vào đối tượng nước thải sinh hoạt đô thị sau xử lý bậc hai của trạm XLNT Kim Liên, chưa mở rộng khảo sát trên các nguồn nước thải có tính chất công nghiệp phức tạp.
    • Quá trình thực nghiệm tập trung vào chỉ tiêu SS và một số chỉ tiêu liên quan; cơ chế khử các chất vi lượng, kim loại nặng hoặc chất ô nhiễm mới nổi trên tầng lọc ODM-2F chưa được đi sâu khảo sát.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu chu kỳ hoạt hóa, tái sinh hoặc tuổi thọ làm việc lâu dài của vật liệu ODM-2F trong điều kiện nước thải liên tục qua nhiều năm.
    • Mở rộng nghiên cứu khả năng kết hợp lọc ODM-2F trong dây chuyền xử lý nước thải tái sử dụng phục vụ công nghiệp hoặc bổ cập tầng chứa nước ngầm.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Cung cấp tài liệu tham khảo chuyên sâu thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và Cấp thoát nước về động học quá trình lọc cặn hạt và mô hình hóa thực nghiệm pilot.
  • Đối với các kỹ sư tư vấn thiết kế hạ tầng cấp thoát nước: Cung cấp hướng dẫn tính toán 5 bước cùng các biểu đồ, công thức thực nghiệm để thiết kế bể lọc ODM-2F và bể MBBR xử lý nâng cao nước thải.
  • Đối với cơ quan quản lý quy hoạch đô thị và môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực chứng phục vụ xây dựng chính sách kinh tế tuần hoàn nước, định mức tái sử dụng nước thải tại các khu đô thị mới ở Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án nghiên cứu ứng dụng vật liệu ODM-2F nhằm mục đích chính gì?

Luận án nghiên cứu sử dụng vật liệu lọc hạt đa năng ODM-2F trong công đoạn xử lý nâng cao nước thải sinh hoạt (sau xử lý bậc hai) nhằm loại bỏ hàm lượng cặn lơ lửng (SS), tạo nguồn nước đạt chất lượng phục vụ tái sử dụng cho các mục đích không ăn uống trong đô thị như tưới cây, rửa đường và cấp nước chữa cháy.

2. Dây chuyền công nghệ xử lý nâng cao nước thải được luận án lựa chọn gồm những công trình nào?

Dây chuyền công nghệ được đề xuất gồm: Nước thải sau trạm xử lý nước thải tập trung (xử lý bậc hai) $\rightarrow$ Bể lọc sinh học giá thể di động (MBBR) để khử bổ sung chất hữu cơ và dinh dưỡng $\rightarrow$ Bể lắng $\rightarrow$ Bể lọc hạt ODM-2F để khử cặn SS $\rightarrow$ Bể khử trùng bằng Ozon $\rightarrow$ Hệ thống cấp nước tái sử dụng đô thị.

3. Công thức xác định nhu cầu dùng nước tái sinh cho các loại đô thị được tác giả xây dựng như thế nào?

Tác giả xác lập công thức tính toán lưu lượng cấp nước tái sử dụng ($Q_{tsd}$) dựa trên tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt ($q_0$) và quy mô dân số ($N$):

  • Đô thị loại III trở lên: $Q_{cnđt(III, tsd)} = 0,6125 \cdot q_0 \cdot N$
  • Đô thị loại IV và V: $Q_{cnđt(IV, tsd)} = 0,54 \cdot q_0 \cdot N$

4. Quy trình tính toán thiết kế công trình lọc ODM-2F gồm những bước nào?

Quy trình tính toán do luận án xây dựng gồm 5 bước:

  1. Xác định nhu cầu dùng nước tái sử dụng cho đối tượng đô thị.
  2. Xác định chu kỳ lọc ($T$) và chiều dày lớp lọc ($x$) dựa trên đồ thị và phương trình động học lọc.
  3. Xác định diện tích lọc tổng cộng ($F$) và kích thước bể.
  4. Xác định số lượng bể lọc và kiểm tra vận tốc lọc khi có bể rửa.
  5. Tính toán các thông số hệ thống phân phối nước và chế độ rửa lọc (nước và khí).

5. Kết quả thực nghiệm pilot cho thấy bể lọc ODM-2F đạt hiệu quả khử SS ở các mức vận tốc nào?

Thực nghiệm pilot cột lọc ODM-2F vận hành ở 3 mức vận tốc: $v = 5\text{ m/h}$, $v = 7,5\text{ m/h}$ và $v = 10\text{ m/h}$. Kết quả cho thấy hàm lượng SS đầu ra đều giảm từ mức 20 - 34 mg/l xuống còn 2,1 - 6,2 mg/l (hiệu suất loại bỏ đạt từ 80% đến 92%), đảm bảo yêu cầu chất lượng nước tái sử dụng đô thị.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Hoàng Huệ Quân đã giải quyết vấn đề xử lý nâng cao nước thải sinh hoạt đô thị phục vụ mục đích tái sử dụng không ăn uống bằng việc ứng dụng công nghệ lọc vật liệu đa năng ODM-2F. Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm pilot tại hiện trường, tác giả đã làm rõ quy luật loại bỏ cặn lơ lửng và động học tổn thất áp lực của lớp lọc ODM-2F. Kết quả nghiên cứu đã được cụ thể hóa thành phương pháp tính toán thiết kế 5 bước và áp dụng chứng thực cho trạm xử lý nước thải khu đô thị huyện Đan Phượng, đóng góp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật cho lĩnh vực kỹ thuật hạ tầng và quản lý tài nguyên nước đô thị.