Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Theo báo cáo của Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam (VACNE), nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng lượng nước thải tại các đô thị nhưng hiện chỉ có khoảng 6% được xử lý trước khi xả ra môi trường. Tại khu vực miền Bắc, dân số năm 2012 đạt 31,3 triệu người (chiếm 35,6% dân số cả nước), trong đó dân số thành thị xấp xỉ 8,1 triệu người với tốc độ tăng trưởng cao gấp 3 lần mức tăng bình quân toàn quốc. Sự gia tăng dân số cùng tốc độ đô thị hóa nhanh chóng gây áp lực gay gắt lên hệ thống hạ tầng thoát nước và chất lượng môi trường tiếp nhận.
Thị trấn Vân Đình là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội của huyện Ứng Hòa, thành phố Hà Nội, được định hướng quy hoạch phát triển thành đô thị loại V. Với quy mô dân số hiện trạng là 13.548 người, thị trấn phát sinh lượng nước thải sinh hoạt trung bình khoảng 2.200 m³/ngày đêm. Toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt chưa qua hệ thống xử lý tập trung đạt chuẩn đang xả thẳng vào các kênh tiêu và đổ trực tiếp ra sông Đáy, làm gia tăng nguy cơ suy thoái thủy vực và phát sinh dịch bệnh. Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho thị trấn Vân Đình, Ứng Hòa, Hà Nội" do sinh viên Trần Thành Đạt thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Thị Ngọc Bích và Th.S Trần Thị Hương tại Trường Đại học Lâm nghiệp (bảo vệ ngày 18 tháng 5 năm 2017) được triển khai nhằm giải quyết vấn đề kỹ thuật này.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể như sau:
- Mục tiêu chung: Góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nguồn nước thải sinh hoạt tại thị trấn Vân Đình, giảm thiểu ô nhiễm môi trường tiếp nhận.
- Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu.
- So sánh và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp với đặc thù tự nhiên, kinh tế - xã hội địa phương.
- Tính toán, thiết kế chi tiết các công trình đơn vị của trạm xử lý nước thải tập trung, đảm bảo nước thải đầu ra đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột A).
- Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt và các công trình xử lý nước thải trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt tập trung.
- Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi không gian: Địa bàn thị trấn Vân Đình, huyện Ứng Hòa, Hà Nội với diện tích tự nhiên 539,31 ha; nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý là sông Đáy.
- Phạm vi thời gian: Thu thập dữ liệu thứ cấp giai đoạn 2012–2016; lấy mẫu, phân tích thực nghiệm và thực hiện tính toán thiết kế kỹ thuật trong năm 2017.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn quy chuẩn áp dụng
Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt (gồm nước đen từ khu vệ sinh và nước xám từ hoạt động tắm, giặt, nấu ăn). Về mặt lý thuyết, nước thải sinh hoạt gồm 99,9% nước và 0,1% chất rắn (chất rắn gồm 50–70% chất hữu cơ: 65% protein, 25% carbohydrate, 10% chất béo). Tác giả tổng quan 4 nhóm phương pháp xử lý chính: cơ học (song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ, bể lọc), hóa lý (keo tụ tạo bông, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion), hóa học (trung hòa, oxy hóa - khử) và sinh học (sinh học tự nhiên qua cánh đồng tưới, ao/hồ sinh học; sinh học nhân tạo qua bể Aerotank, lọc sinh học Biophin, bể SBR).
Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế bao gồm:
- QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (áp dụng ngưỡng xả thải Cột A).
- QCVN 08:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.
- TCVN 51:2008: Tiêu chuẩn thiết kế thoát nước - mạng lưới bên ngoài và công trình (tra cứu hệ số không điều hòa chung).
- TCVN 7957:2008: Tiêu chuẩn thiết kế thoát nước - mạng lưới và công trình bên ngoài (tra cứu chỉ tiêu rác thải tính theo đầu người).
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu kết hợp phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp, thực nghiệm phân tích phòng thí nghiệm và tính toán thiết kế kỹ thuật công trình:
- Phương pháp thu thập số liệu: Kế thừa số liệu thống kê dân số, điều kiện tự nhiên, hạ tầng kỹ thuật và quy hoạch sử dụng đất theo quyết định phê duyệt quy hoạch chung thị trấn Vân Đình đến năm 2030 của UBND Thành phố Hà Nội.
- Phương pháp thực nghiệm phân tích chất lượng nước:
- Phương pháp lấy mẫu: Thực hiện theo TCVN 6663-1:2011. Lấy mẫu hỗn hợp tại cống thải tập trung vào 3 thời điểm: 7 giờ, 11 giờ và 18 giờ trong cùng một ngày, sau đó trộn đều tạo mẫu đại diện.
- Xác định pH: Đo bằng phương pháp điện cực tại hiện trường và phòng thí nghiệm.
- Xác định TSS: Phương pháp khối lượng sấy khô ở nhiệt độ tiêu chuẩn theo TCVN 6625:2000.
- Xác định BOD₅: Phương pháp pha loãng mẫu, ủ ở 20°C trong 5 ngày và đo lượng oxy hòa tan tiêu hao theo TCVN 4566:1988.
- Xác định COD: Phương pháp chuẩn độ oxy hóa bằng kali dicromat ($K_2Cr_2O_7$) trong môi trường axit mạnh, gia nhiệt nung phá mẫu ở 150°C trong 2 giờ theo TCVN 6491:1999 (tương đương ISO 6060:1989).
- Xác định Amoni ($N\text{-}NH_4^+$): Phương pháp trắc quang đo màu UV-VIS với thuốc thử Nessler và muối Seignette theo TCVN 6179-1:1996.
- Xác định Phosphat ($P\text{-}PO_4^{3-}$): Phương pháp đo quang theo TCVN 6202:2008.
- Xác định Nitrit ($NO_2^-$) và Nitrat ($NO_3^-$): Phân tích so màu quang điện theo TCVN 4561:1988 và TCVN 4562:1988.
- Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Vận dụng các công thức thủy lực, tính toán động học xử lý sinh học hiếu khí, cân bằng vật chất để xác định kích thước công trình đơn vị, lựa chọn công suất thiết bị cơ điện và thể hiện bản vẽ bằng phần mềm AutoCAD.
Nội dung chính theo từng chương
Đặt vấn đề và tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương này nêu rõ tính cấp thiết của đề tài dựa trên thực trạng ô nhiễm nguồn nước mặt khu vực đồng bằng Bắc Bộ và thực tế hạ tầng tại thị trấn Vân Đình. Phần tổng quan hệ thống hóa cơ sở lý luận về nước thải sinh hoạt: định nghĩa, phân loại (nước đen, nước xám), thành phần hóa lý và sinh học, cũng như tác hại của các chất ô nhiễm (BOD, COD tiêu hao oxy hòa tan gây yếm khí sinh khí độc $H_2S, CH_4$; N và P gây hiện tượng phú dưỡng hóa; vi sinh vật gây bệnh tiêu hóa, tả, thương hàn). Tác giả tổng thuật chi tiết các phương pháp cơ học, hóa lý, hóa học, các hệ thống xử lý sinh học tự nhiên (hồ sinh học, cánh đồng tưới) và nhân tạo (bể lọc Biophin, Aerotank, SBR), làm tiền đề cho việc chọn lựa công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt tập trung.
Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương này xác định hệ thống mục tiêu tổng thể và mục tiêu cụ thể của khóa luận. Tác giả trình bày chi tiết quy trình lấy mẫu đại diện theo TCVN 6663-1:2011 và quy trình phân tích 8 thông số ô nhiễm chính ($pH$, $BOD_5$, $COD$, $TSS$, $NH_4^+$, $PO_4^{3-}$, $NO_2^-$, $NO_3^-$) trong phòng thí nghiệm kèm các công thức tính toán toán học chuẩn hóa theo Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN). Đồng thời, chương này xác định phương pháp phân tích so sánh kỹ thuật để lựa chọn chuỗi công nghệ xử lý tối ưu.
Tổng quan khu vực nghiên cứu
Chương này mô tả điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của thị trấn Vân Đình:
- Điều kiện tự nhiên: Tổng diện tích tự nhiên 539,31 ha; địa hình đồng bằng có hướng dốc từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông, cao độ trung bình 1,6 m so với mực nước biển; nhiệt độ trung bình năm 23,4°C, lượng mưa tập trung 70–80% vào các tháng 5–11. Khu vực nằm giữa sông Đáy và sông Nhuệ, kết nối qua kênh tiêu Vân Đình.
- Điều kiện kinh tế - xã hội: Dân số 13.548 người phân bố tại 5 khu phố (Lê Lợi, Quang Trung, Hoàng Văn Thụ, Nguyễn Thượng Hiền, Trần Đăng Ninh) và 4 thôn (Hoàng Xá, Thanh Ấm, Vân Đình, Ngọ Xá). Cơ cấu kinh tế chuyển dịch mạnh từ nông nghiệp sang công nghiệp và dịch vụ thương mại.
- Quy hoạch phát triển: Phân tích quyết định quy hoạch đô thị Vân Đình đến năm 2030 với quy mô đất nghiên cứu 559,87 ha, dân số quy hoạch 17.500 người, trong đó đất xây dựng đô thị chiếm 274 ha (48,94%), tạo cơ sở dự báo tải lượng thoát nước dài hạn.
Kết quả nghiên cứu
Chương này tập trung trình bày 3 nội dung trọng tâm:
- Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt đầu vào thông qua kết quả đo đạc thực nghiệm, so sánh đối chiếu với QCVN 14:2008/BTNMT cột A và QCVN 08:2015/BTNMT cột A1.
- Đề xuất và so sánh hai phương án công nghệ: Phương án 1 (công nghệ Aerotank truyền thống) và Phương án 2 (công nghệ phản ứng theo mẻ SBR); phân tích chi tiết ưu nhược điểm kỹ thuật và lựa chọn Phương án 1.
- Tính toán chi tiết các thông số thủy lực, tải trọng, kích thước hình học và thiết bị cơ điện cho toàn bộ các công trình đơn vị trong trạm xử lý nước thải.
Kết luận, tồn tại và kiến nghị
Chương cuối cùng tổng kết các kết quả đạt được về mặt tính toán công nghệ và lựa chọn thông số kỹ thuật; chỉ ra các tồn tại hạn chế trong quá trình thực hiện và đưa ra các kiến nghị đối với chính quyền địa phương nhằm sớm triển khai xây dựng trạm xử lý nước thải tại thị trấn.
Thiết kế kỹ thuật và thông số công nghệ
Căn cứ vào lưu lượng và đặc tính ô nhiễm, tác giả tiến hành so sánh hai phương án công nghệ xử lý sinh học nước thải trước khi quyết định thiết kế chi tiết:
| Tiêu chí so sánh |
Phương án 1: Bể Aerotank truyền thống |
Phương án 2: Bể phản ứng sinh học theo mẻ SBR |
| Ưu điểm |
- Dễ xây dựng và quy trình vận hành quen thuộc.
- Giảm thiểu tối đa phát sinh mùi hôi thối.
- Hiệu quả khử trùng, loại bỏ mầm bệnh cao.
- Ứng dụng rộng rãi, thích hợp với nguồn nước giàu chất hữu cơ.
- Dễ nâng công suất xử lý mà không cần mở rộng thể tích bể. |
- Xử lý rất tốt nước thải có hàm lượng chất hữu cơ và nitơ cao.
- Tiết kiệm năng lượng khuấy trộn và sục khí.
- Tiết kiệm diện tích xây dựng (tích hợp lắng và thổi khí).
- Chi phí đầu tư ban đầu và vận hành thấp hơn đối với trạm nhỏ. |
| Nhược điểm |
- Chi phí điện năng cho hệ thống bơm bùn tuần hoàn lớn.
- Yêu cầu diện tích mặt bằng xây dựng lớn hơn (cần bể lắng đợt 2 riêng biệt).
- Yêu cầu cấp khí liên tục cho vi sinh vật hiếu khí duy trì sinh khối. |
- Cấu tạo và chu trình đóng mở van tự động rất phức tạp.
- Công suất xử lý theo mẻ bị giới hạn.
- Đòi hỏi hệ thống quan trắc, điều khiển tinh vi và nhân sự tay nghề cao.
- Tốc độ xả nước ở pha gạn lớn, dễ làm quá tải công trình khử trùng.
- Nguy cơ tắc nghẽn hệ thống phân phối khí do bùn lắng không rút kiệt. |
Quyết định lựa chọn: Đề tài chọn Phương án 1 (Công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank) làm công nghệ thiết kế chính thức. Lý do: nước thải đầu vào có hàm lượng N và P không quá cao, hệ thống Aerotank có độ bền vững cao, giảm thiểu rủi ro vận hành phức tạp của bể SBR và phù hợp với năng lực quản lý vận hành thực tế tại địa phương.
Sơ đồ quy trình công nghệ lựa chọn:
Nước thải sinh hoạt $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Bể thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa (sục khí nén) $\rightarrow$ Bể trộn (hóa chất keo tụ) $\rightarrow$ Bể tạo bông $\rightarrow$ Bể lắng 1 $\rightarrow$ Bể Aerotank (sục khí hiếu khí) $\rightarrow$ Bể lắng 2 (tuần hoàn bùn 25–75%) $\rightarrow$ Bể khử trùng (bổ sung dung dịch Clo) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận (Sông Đáy đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A).
Thông số tính toán thiết kế kỹ thuật các công trình đơn vị được tổng hợp như sau:
| STT |
Công trình đơn vị |
Thông số kích thước hình học |
Thiết bị cơ điện và thông số công nghệ |
| 1 |
Mương và song chắn rác |
- Dài $L = 1,7\text{ m}$; Rộng $B_s = 0,7\text{ m}$; Cao $H = 0,5\text{ m}$
- Kích thước khe hở $b = 0,02\text{ m}$; Bề dày thanh $s = 0,008\text{ m}$ |
- Số thanh chắn: 24 thanh (25 khe)
- Góc nghiêng: $45^\circ$
- Tổn thất áp lực: $h_s = 0,025\text{ m}$
- Hiệu suất khử: $BOD_5$ và $TSS$ giảm 5% |
| 2 |
Bể thu gom |
- Dài $L = 4\text{ m}$; Rộng $B = 3\text{ m}$
- Chiều sâu hữu ích: $h = 2,5\text{ m}$
- Chiều cao bảo vệ: $h_f = 0,5\text{ m}$ ($H_{\text{tổng}} = 3\text{ m}$) |
- Thời gian lưu nước: $t = 10\text{ phút}$ ($0,167\text{ h}$)
- Dung tích làm việc: $V_b = 29\text{ m}^3$
- Diện tích ướt bề mặt: $11,6\text{ m}^2$ |
| 3 |
Bể điều hòa |
- Dài $L = 13\text{ m}$; Rộng $B = 10\text{ m}$
- Chiều cao hữu ích: $h_1 = 4\text{ m}$; Chiều cao tổng: $H = 4,5\text{ m}$
- Thể tích thực tế: $V = 585\text{ m}^3$ |
- Thời gian lưu nước: $t = 3\text{ h}$ (thể tích tính toán $522\text{ m}^3$)
- Số đĩa phân phối khí Plastic xốp cứng: 139 đĩa
- Lưu lượng khí cấp: $Q_{kk} = 940\text{ m}^3/\text{h}$
- Ống khí chính: $\Phi 200\text{ mm}$; 4 ống nhánh: $\Phi 70\text{ mm}$
- Công suất máy thổi khí: $29,7\text{ kW}$ |
| 4 |
Bể trộn hóa chất |
- Hình trụ tròn: Đường kính $D = 1,4\text{ m}$
- Chiều cao: $H = 1,2\text{ m}$ |
- 01 máy khuấy trộn cơ học
- Công suất động cơ khuấy: $408\text{ W}$ |
| 5 |
Bể tạo bông |
- Dài $L = 9,4\text{ m}$; Rộng $B = 2,5\text{ m}$; Cao $H = 2,5\text{ m}$ |
- Đường kính ống dẫn nước sang bể lắng: $D = 0,45\text{ m}$ |
| 6 |
Bể lắng 1 (Lắng đợt 1) |
- Dài $L = 14\text{ m}$; Rộng $B = 3,5\text{ m}$; Cao $H = 3,5\text{ m}$ |
- Tách cặn cơ học và bông cặn keo tụ trước khi vào xử lý sinh học |
| 7 |
Bể Aerotank |
- Dài $L = 7\text{ m}$; Rộng $B = 6\text{ m}$; Cao $H = 4\text{ m}$ |
- 64 đĩa khuếch tán bọt khí mịn
- Đường kính ống khí chính: $D = 130\text{ mm}$
- Đường kính ống khí nhánh: $d_n = 65\text{ mm}$
- Đường kính ống cấp nước thải: $D_{nt} = 200\text{ mm}$ |
| 8 |
Bể lắng 2 (Lắng sinh học) |
- Bể lắng đứng hình tròn: Đường kính bể $D = 6,5\text{ m}$
- Chiều cao bể: $H = 4,5\text{ m}$
- Chiều cao vùng lắng: $h_{tt} = 3,6\text{ m}$ |
- Đường kính ống trung tâm: $D_{tt} = 1\text{ m}$; Chiều cao ống: $h = 2,2\text{ m}$
- Máng răng cưa thu nước: Đường kính $D_m = 5,2\text{ m}$, chiều dài $L_m = 16\text{ m}$
- Bùn hoạt tính tuần hoàn về Aerotank: 25–75% |
| 9 |
Bể khử trùng |
- Dài $L = 6\text{ m}$; Rộng $B = 3\text{ m}$; Cao $H = 2,5\text{ m}$
- Số ngăn vách ngăn ziczac: 3 ngăn |
- Hóa chất khử trùng: Dung dịch Clo (Chlorine)
- Lưu lượng hóa chất tiêu thụ: $Y = 0,26\text{ kg/h}$ |
Kết quả và đóng góp
Kết quả khảo nghiệm chất lượng nước thải đầu vào
Kết quả phân tích mẫu nước thải sinh hoạt tại cống thải thị trấn Vân Đình cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng rất nghiêm trọng:
| STT |
Chỉ tiêu phân tích |
Đơn vị |
Giá trị thực nghiệm |
QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A, K=1) |
QCVN 08:2015/BTNMT (Cột A1) |
Đánh giá so sánh với quy chuẩn |
| 1 |
$pH$ |
- |
7,3 |
5 – 9 |
6 – 8,5 |
Nằm trong ngưỡng cho phép |
| 2 |
$BOD_5$ |
mg/l |
165 |
30 |
4 |
Vượt 5,5 lần quy chuẩn cột A |
| 3 |
$COD$ |
mg/l |
432 |
- |
10 |
Vượt hàng chục lần so với nước mặt |
| 4 |
$Amoni$ ($N\text{-}NH_4^+$) |
mg/l |
37 |
5 |
0,3 |
Vượt 7,4 lần quy chuẩn cột A |
| 5 |
$Phosphat$ ($P\text{-}PO_4^{3-}$) |
mg/l |
5,2 |
6 |
0,1 |
Đạt quy chuẩn cột A |
| 6 |
$TSS$ |
mg/l |
235 |
50 |
20 |
Vượt 4,7 lần quy chuẩn cột A |
| 7 |
$Nitrit$ ($NO_2^-$) |
mg/l |
0,14 |
- |
0,05 |
Nồng độ thấp |
| 8 |
$Nitrat$ ($NO_3^-$) |
mg/l |
0,77 |
30 |
2 |
Đạt quy chuẩn cột A |
Kết quả tính toán lưu lượng và hiệu suất xử lý
- Dân số tính toán: $N = 13.548\text{ người}$; Tiêu chuẩn thoát nước: $q_{tb} = 160\text{ lít/người/ngày đêm}$.
- Lưu lượng nước thải trung bình ngày: $Q_{tb.\text{ngày}} = 2.200\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
- Lưu lượng trung bình giờ: $Q_{tb.\text{giờ}} = 92\text{ m}^3/\text{h}$; Lưu lượng trung bình giây: $Q_{tb.\text{giây}} = 26\text{ l/s}$ ($0,026\text{ m}^3/\text{s}$).
- Hệ số không điều hòa chung (theo TCVN 51:2008 ứng với lưu lượng $26\text{ l/s}$): $K_{\max} = 1,9$; $K_{\min} = 0,5$.
- Lưu lượng tính toán lớn nhất: $Q_{\max.\text{ngày}} = 4.180\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$; $Q_{\max.\text{giây}} = 0,048\text{ m}^3/\text{s}$ ($48\text{ l/s}$).
- Lưu lượng nhỏ nhất trên giây: $Q_{\min.\text{giây}} = 0,013\text{ m}^3/\text{s}$ ($13\text{ l/s}$).
- Xác định mức độ cần thiết phải làm sạch của hệ thống xử lý:
- Hiệu suất xử lý chất rắn lơ lửng ($TSS$):
$$E_{TSS} = \frac{TSS_v - TSS_r}{TSS_v} \times 100% = \frac{235 - 50}{235} \times 100% = 79%$$
- Hiệu suất xử lý nhu cầu oxy sinh hóa ($BOD_5$):
$$E_{BOD_5} = \frac{BOD_{5v} - BOD_{5r}}{BOD_{5v}} \times 100% = \frac{165 - 30}{165} \times 100% = 82%$$
Đóng góp thực tiễn của khóa luận
- Cung cấp chuỗi số liệu thực nghiệm chính xác phản ánh bức tranh ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại thị trấn Vân Đình thời điểm 2017.
- Hoàn thiện một đồ án thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu thu gom sơ bộ, điều hòa dòng chảy, xử lý hóa lý, xử lý sinh học đến khử trùng cho một trạm xử lý nước thải công suất $2.200\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
- Đưa ra giải pháp kỹ thuật có tính khả thi cao, chi tiết hóa toàn bộ thông số kích thước bể, đường kính mạng ống công nghệ và lựa chọn thiết bị phụ trợ (máy thổi khí, máy khuấy, đĩa phân phối khí), làm tài liệu tham khảo trực tiếp cho các dự án xây dựng hạ tầng kỹ thuật môi trường cấp huyện.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu
- Quy mô lấy mẫu khảo sát: Dữ liệu chất lượng nước thải đầu vào chỉ được phân tích từ một mẫu hỗn hợp gộp từ 3 thời điểm (7h, 11h, 18h) trong một ngày duy nhất. Dữ liệu này chưa phản ánh đầy đủ quy luật dao động nồng độ chất ô nhiễm theo các mùa trong năm hoặc giữa các ngày làm việc và ngày nghỉ cuối tuần.
- Phạm vi đối tượng thải: Khóa luận chủ yếu tập trung vào nước thải sinh hoạt đô thị, chưa khảo sát tách bạch lượng nước thải phát sinh từ các cơ sở tiểu thủ công nghiệp, làng nghề chế biến thực phẩm và dịch vụ ăn uống đặc trưng trên địa bàn thị trấn Vân Đình.
- Mức độ triển khai: Toàn bộ các chỉ tiêu thiết kế dừng lại ở tính toán lý thuyết và bản vẽ kỹ thuật trên AutoCAD, chưa có điều kiện vận hành mô hình thực nghiệm (pilot) để kiểm chứng động học phân hủy thực tế của bùn hoạt tính trên nền nước thải cụ thể của địa phương.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Thiết lập chương trình quan trắc chất lượng nước thải định kỳ theo mùa (mùa khô và mùa mưa) với tần suất dày hơn để chuẩn hóa dải nồng độ ô nhiễm đầu vào.
- Nghiên cứu sâu hơn về phương án xử lý bùn thải phát sinh (tính toán chi tiết bể chứa bùn, bể nén bùn trọng lực và sân phơi bùn hoặc máy ép bùn cơ học).
- Hoàn thiện bảng bóc tách khối lượng xây dựng, lập dự toán chi tiết chi phí đầu tư và chi phí vận hành thường xuyên (điện năng, hóa chất, nhân công) để đánh giá toàn diện tính khả thi kinh tế.
Giá trị tham khảo
Bản khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích trong lĩnh vực Kỹ thuật Môi trường và Cấp thoát nước:
- Đối tượng tham khảo: Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị đang thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về xử lý nước thải sinh hoạt quy mô thị trấn, đô thị loại V. Kỹ sư thiết kế công nghệ xử lý nước thải tại các đơn vị tư vấn xây dựng hạ tầng môi trường.
- Các phần nội dung có giá trị tham khảo nổi bật:
- Quy trình phân tích hóa lý nước thải theo các tiêu chuẩn TCVN hiện hành trong phòng thí nghiệm.
- Các bước tính toán thủy lực bài bản cho mương dẫn, song chắn rác, bể thu gom và bể điều hòa nồng độ - lưu lượng.
- Trình tự tính toán cân bằng oxy, xác định dung tích bể Aerotank, chọn đĩa phân phối khí và tính toán công suất động cơ máy thổi khí.
- Công thức tính toán kích thước bể lắng đứng đợt 2 (ống trung tâm, máng thu răng cưa) và liều lượng hóa chất clo khử trùng.
Câu hỏi thường gặp
1. Công suất thiết kế của trạm xử lý nước thải thị trấn Vân Đình là bao nhiêu và được tính toán dựa trên cơ sở nào?
Công suất xử lý trung bình của trạm là $2.200\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ (tương đương $92\text{ m}^3/\text{h}$ hoặc $26\text{ l/s}$). Công suất này được xác định dựa trên quy mô dân số hiện trạng của thị trấn Vân Đình là $13.548\text{ người}$ và tiêu chuẩn thoát nước sinh hoạt bình quân $q_{tb} = 160\text{ lít/người/ngày đêm}$ theo công thức:
$$Q_{tb.\text{ngày}} = \frac{160 \times 13.548}{1.000} \approx 2.200\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$$
2. Các chỉ tiêu ô nhiễm nào trong nước thải sinh hoạt tại Vân Đình vượt quy chuẩn xả thải và vượt bao nhiêu lần?
Theo kết quả phân tích mẫu thực nghiệm đối chiếu với QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A):
- Nhu cầu oxy sinh hóa ($BOD_5$) đạt $165\text{ mg/l}$, vượt quy chuẩn ($30\text{ mg/l}$) 5,5 lần.
- Tổng chất rắn lơ lửng ($TSS$) đạt $235\text{ mg/l}$, vượt quy chuẩn ($50\text{ mg/l}$) 4,7 lần.
- Hàm lượng Amoni ($N\text{-}NH_4^+$) đạt $37\text{ mg/l}$, vượt quy chuẩn ($5\text{ mg/l}$) 7,4 lần.
- Chỉ tiêu $pH$ đạt $7,3$, Phosphat đạt $5,2\text{ mg/l}$ và Nitrat đạt $0,77\text{ mg/l}$ đều nằm trong giới hạn cho phép.
3. Vì sao tác giả lựa chọn công nghệ Aerotank truyền thống thay vì công nghệ bể phản ứng theo mẻ SBR?
Mặc dù bể SBR có ưu thế về diện tích xây dựng và khả năng xử lý nitơ cao, tác giả chọn Aerotank truyền thống vì nước thải đầu vào tại Vân Đình có nồng độ N, P ở mức trung bình, không quá cao. Bể SBR có chu trình hoạt động phức tạp, đòi hỏi trang thiết bị quan trắc tự động tinh vi, bảo dưỡng khó khăn, chi phí thiết bị cao và khi xả nước theo mẻ có lưu lượng dòng chảy lớn gây ảnh hưởng đến công trình khử trùng phía sau. Ngược lại, Aerotank truyền thống vận hành liên tục, công nghệ ổn định, dễ quản lý và dễ dàng nâng công suất mà không cần mở rộng dung tích bể.
4. Bể điều hòa của trạm xử lý được thiết kế với kích thước và hệ thống cấp khí như thế nào?
Bể điều hòa có kích thước hình học $L \times B \times H = 13\text{ m} \times 10\text{ m} \times 4,5\text{ m}$ (chiều sâu hữu ích $4\text{ m}$, chiều cao an toàn $0,5\text{ m}$), dung tích thực tế đạt $585\text{ m}^3$ với thời gian lưu nước thiết kế $t = 3\text{ giờ}$. Hệ thống cấp khí gồm 139 đĩa khuếch tán khí dạng ống Plastic xốp cứng (lưu lượng mỗi đĩa $113\text{ l/phút}$), một đường ống dẫn khí chính $\Phi 200\text{ mm}$, 4 ống nhánh dẫn khí $\Phi 70\text{ mm}$, cùng máy thổi khí công suất $29,7\text{ kW}$ cung cấp lưu lượng khí $Q_{kk} = 940\text{ m}^3/\text{h}$ để chống lắng cặn và ngăn ngừa quá trình phân hủy yếm khí.
5. Khóa luận sử dụng các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) nào để phân tích mẫu nước trong phòng thí nghiệm?
Quy trình phân tích thực nghiệm tuân thủ nghiêm ngặt 7 tiêu chuẩn quốc gia:
- TCVN 6663-1:2011: Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu và bảo quản mẫu nước thải.
- TCVN 6625:2000: Phương pháp xác định tổng chất rắn lơ lửng ($TSS$).
- TCVN 4566:1988: Phương pháp xác định nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày ($BOD_5$).
- TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989): Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học ($COD$).
- TCVN 6179-1:1996: Phương pháp trắc quang xác định Amoni ($N\text{-}NH_4^+$).
- TCVN 6202:2008: Phương pháp đo phổ xác định Phosphat ($P\text{-}PO_4^{3-}$).
- TCVN 4561:1988 và TCVN 4562:1988: Phương pháp so màu xác định Nitrit và Nitrat.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thành Đạt đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu thông qua việc đánh giá đầy đủ hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại thị trấn Vân Đình và đề xuất hệ thống xử lý nước thải tập trung công suất $2.200\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Aerotank kết hợp lắng hóa lý và khử trùng Clo là giải pháp kỹ thuật phù hợp với đặc thù ô nhiễm hữu cơ cao ($BOD_5$ vượt 5,5 lần, $TSS$ vượt 4,7 lần) và năng lực quản lý tại địa phương. Các thông số hình học, thủy lực và thiết bị cơ điện của từng công trình đơn vị được tính toán bài bản theo đúng các quy chuẩn, tiêu chuẩn ngành hiện hành, bảo đảm chất lượng nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A trước khi xả ra sông Đáy. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật rõ ràng cho sinh viên chuyên ngành môi trường cũng như các cơ quan quản lý đô thị trong công tác đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung.
