Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam thúc đẩy tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, dẫn đến sự gia tăng mạnh mẽ của các loại hình trung tâm thương mại và tổ hợp dịch vụ đa chức năng. Tuy nhiên, công tác thu gom và xử lý nước thải phát sinh từ các cơ sở thương mại dịch vụ này vẫn còn nhiều bất cập. Nếu nước thải không được xử lý triệt để trước khi xả vào nguồn tiếp nhận tự nhiên sẽ dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt và suy thoái tầng chứa nước ngầm, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng xung quanh.

Dự án Trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa (do Công ty TNHH Công nghiệp Điện Quang Việt Hoa làm chủ đầu tư với tổng mức đầu tư 330 tỷ đồng) được quy hoạch trên khu đất có diện tích 28.238 m², trong đó diện tích xây dựng giai đoạn 1 là 21.659,16 m² với tổng diện tích sàn xây dựng 17.669,25 m². Báo cáo đánh giá tác động môi trường của dự án đã được Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương phê duyệt vào năm 2020. Nhằm đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường, việc xây dựng một trạm xử lý nước thải tập trung nội khu là yêu cầu bắt buộc trước khi đưa công trình vào vận hành.

Từ bối cảnh thực tiễn trên, tác giả Nguyễn Châu Thành đã thực hiện đề tài báo cáo tốt nghiệp: "Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa, quy mô diện tích 28.238m2 tại phường Thới Hòa, thị xã Bến Cát công suất 100m3/ngày đêm".

Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đề tài gồm 7 phần việc cụ thể:

  1. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và quy mô dự án Trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa.
  2. Tổng quan về nguồn gốc, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt thương mại.
  3. Xác định đặc tính nước thải: lưu lượng thiết kế, thành phần, tính chất và nguồn phát sinh xả thải.
  4. Đề xuất các phương án công nghệ xử lý nước thải khả thi và phân tích so sánh để lựa chọn giải pháp tối ưu.
  5. Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong dây chuyền công nghệ đã lựa chọn.
  6. Lập dự toán kinh phí đầu tư xây dựng, mua sắm thiết bị và chi phí vận hành thường niên.
  7. Ứng dụng phần mềm AutoCAD để thể hiện bản vẽ kỹ thuật chi tiết các hạng mục của hệ thống xử lý.

Đối tượng nghiên cứu là nước thải sinh hoạt phát sinh từ các phân khu chức năng (kios thương mại, showroom trưng bày, khu văn phòng, nhà ăn dịch vụ và nhà vệ sinh công cộng) của Trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa. Phạm vi không gian đặt tại phường Thới Hòa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương; phạm vi thời gian thực hiện nghiên cứu hoàn thành vào tháng 12 năm 2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và căn cứ quy chuẩn

Đề tài dựa trên các nguyên lý xử lý nước thải bậc 1 (cơ học), bậc 2 (sinh học hiếu khí/kỵ khí) và khử trùng bậc 3. Các tiêu chuẩn, quy chuẩn và tài liệu kỹ thuật được áp dụng gồm:

  • QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (yêu cầu chất lượng nước sau xử lý đạt cột B để đấu nối vào hố ga đường NJ2 thuộc hệ thống thu gom nước thải số 4 của KCN Mỹ Phước 3).
  • TCXD 51-84: Tiêu chuẩn thiết kế thoát nước - mạng lưới bên ngoài và công trình.
  • Giáo trình và tài liệu chuyên ngành: "Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán các công trình" (GS. Lâm Minh Triết, 2006).

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả đã kết hợp các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật môi trường:

  • Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập dữ liệu quy hoạch, hồ sơ mặt bằng xây dựng, điều kiện khí tượng - thủy văn, địa chất khu vực Thới Hòa - Bến Cát và kết quả thẩm định môi trường năm 2020 của dự án.
  • Phương pháp so sánh: Đánh giá ưu và nhược điểm của các chu trình công nghệ xử lý sinh học (bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank so với bể lọc sinh học màng vi sinh) theo các tiêu chí kỹ thuật, diện tích chiếm đất và khả năng kiểm soát mùi hôi.
  • Phương pháp tham vấn chuyên gia: Tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn và các kỹ sư môi trường để định hình dây chuyền công nghệ phù hợp với tính chất nước thải khu dịch vụ thương mại.
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật: Sử dụng các công thức thủy lực và động học vi sinh để xác định dung tích, kích thước hình học của từng bể đơn vị và lập bảng bóc tách khối lượng dự toán chi phí.
  • Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Ứng dụng AutoCAD để lập bản vẽ mặt bằng tổng thể, mặt cắt chi tiết các bể và sơ đồ nguyên lý công nghệ.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu và Chương 1: Giới thiệu về dự án xử lý nước thải cho trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa

Chương 1 trình bày toàn diện thông tin về dự án do Công ty TNHH Công nghiệp Điện Quang Việt Hoa làm chủ đầu tư tại phường Thới Hòa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương. Các thông số quy hoạch chính của dự án gồm:

Chỉ tiêu quy hoạch Giá trị Đơn vị
Tổng diện tích khu đất 28.238,00 m²
Diện tích đất quy hoạch giai đoạn 1 21.659,16 m²
Diện tích đất xây dựng công trình GĐ1 7.763,00 m²
Tổng diện tích sàn xây dựng GĐ1 17.669,25 m²
Mật độ xây dựng 35,84 %
Hệ số sử dụng đất 0,82 lần
Tầng cao tối đa 4 tầng
Chiều cao công trình 17,80 m

Các hạng mục công trình xây dựng giai đoạn 1 bao gồm: dãy kios (1a đến 1e), khu showroom trưng bày (rộng 20m, dài 295m, cao 14,8m), tòa nhà văn phòng cho thuê 4 tầng (diện tích sàn mỗi tầng 954,75 m²), khu nhà ăn 2 tầng (diện tích 597 m²), khu vệ sinh công cộng, trạm xử lý nước cấp ngầm (kích thước 6,4m x 7,8m x 1,8m) và trạm điện - bơm PCCC (rộng 8,4m, dài 37,6m, cao 5,5m).

Về mặt vị trí, khu đất tiếp giáp các trục giao thông chính của KCN Mỹ Phước 3 gồm đường NE2 (phía Bắc), đường NJ2 (phía Nam), đường DE1 (phía Đông) và đường DJ8A (phía Tây); cách hộ dân gần nhất 300m về phía Đông, cách UBND phường Thới Hòa 4,5km và cách trung tâm thị xã Bến Cát 5km. Điều kiện khí tượng khu vực mang tính chất nhiệt đới cận xích đạo, nhiệt độ trung bình 26-27°C, độ ẩm trung bình 76-80%, chế độ thủy văn chịu tác động trực tiếp từ lưu vực sông Sài Gòn và sông Thị Tính.

Chương 2: Đề xuất phương án xử lý nước thải cho trung tâm thương mại

Chương này đi sâu vào phân tích nguồn phát sinh, thành phần hóa lý và tải lượng ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt thương mại:

  • Nước thải từ khu vệ sinh chứa hàm lượng cặn lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan (BOD5, COD), hợp chất Nitơ, Photpho và vi khuẩn đường ruột (Coliform).
  • Nước thải từ khu vực nhà ăn, căn tin chế biến mang hàm lượng lớn dầu mỡ thực vật, động vật và chất hoạt động bề mặt.
  • Nước thải sinh hoạt có tỷ lệ BOD/COD thích hợp cho quá trình xử lý sinh học.

Tác giả đề xuất 2 phương án công nghệ xử lý với cùng công suất thiết kế 100 m³/ngày đêm:

  • Phương án 1: Song chắn rác → Bể thu gom → Bể tách dầu mỡ → Bể điều hòa (sục khí khuấy trộn) → Bể sinh học hiếu khí Aerotank (phân phối khí bọt mịn) → Bể lắng sinh học (tuần hoàn bùn vi sinh) → Bể khử trùng (châm hóa chất NaOCl/Chlorine) → Xả ra nguồn tiếp nhận đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT cột B.
  • Phương án 2: Song chắn rác → Ngăn tiếp nhận → Bể tách dầu mỡ → Bể điều hòa → Bể lọc sinh học tiếp xúc (giá thể màng vi sinh) → Bể lắng trong → Bể khử trùng (Chlorine) → Xả ra hệ thống thoát nước.

Bảng so sánh lựa chọn công nghệ giữa hai phương án:

Tiêu chí so sánh Phương án 1 (Bùn hoạt tính Aerotank) Phương án 2 (Bể lọc sinh học màng vi sinh)
Ưu điểm - Hiệu suất xử lý COD, BOD cao (đạt 60-70% ở Aerotank và 70-75% sau lắng)
- Cấu tạo công trình đơn giản, dễ vận hành
- Diện tích chiếm đất nhỏ, kiểm soát tốt mùi hôi
- Phù hợp với trạm xử lý đặt gần trung tâm thương mại		 - Tải trọng ô nhiễm thích ứng được dao động rộng
- Tiêu thụ ít năng lượng điện cho sục khí
- Hệ vi sinh trên giá thể có tính ổn định cao
Nhược điểm - Tiêu thụ điện năng cho máy thổi khí sục khí liên tục
- Nhạy cảm hơn khi có sự biến động đột ngột về tải trọng hữu cơ		 - Tốn chi phí vật liệu lọc ban đầu
- Khí thoát ra dễ phát sinh mùi hôi và thu hút côn trùng, ruồi muỗi xung quanh
- Hiệu suất xử lý phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ không khí

Dựa trên yêu cầu kiểm soát mùi, bảo đảm cảnh quan môi trường xung quanh khu thương mại và tối ưu hóa mặt bằng xây dựng, tác giả lựa chọn Phương án 1 làm giải pháp thiết kế chính thức.

Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa

Chương 3 trình bày các công thức tính toán và thiết kế chi tiết từng công trình đơn vị trong hệ thống:

  • Lưu lượng nước thải tính toán giai đoạn 1 là 86,6 m³/ngày; công suất thiết kế lựa chọn là 100 m³/ngày đêm nhằm đảm bảo hệ số an toàn và dự phòng dao động.
  • Tính toán mương dẫn và song chắn rác: Giữ lại rác thô có kích thước lớn để bảo vệ bơm và hệ thống đường ống.
  • Bể thu gom và trạm bơm nâng: Tập trung nước thải tự hoại và nước thải từ bể tách mỡ.
  • Bể tách dầu mỡ: Bố trí tách mỡ sơ bộ từ khu nhà ăn căn tin dựa trên chênh lệch tỷ trọng.
  • Bể điều hòa: Ổn định lưu lượng và nồng độ chất bẩn; lắp đặt hệ thống đĩa thổi khí chống lắng cặn đáy bể và phân hủy yếm khí gây mùi.
  • Bể Aerotank: Ứng dụng bùn hoạt tính lơ lửng, thời gian lưu nước 8 - 10 giờ, hệ thống đĩa phân phối bọt khí mịn cung cấp oxy hòa tan cho vi sinh vật hiếu khí oxy hóa chất hữu cơ carbon và hỗ trợ nitrat hóa.
  • Bể lắng sinh học (bể lắng đợt 2): Tách bùn hoạt tính khỏi dòng nước đã xử lý với hiệu quả lắng cặn đạt 85-95%. Bùn lắng được bơm hồi lưu về bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ MLSS, bùn dư xả về bể nén bùn.
  • Bể khử trùng: Sử dụng dung dịch NaOCl/Chlorine để tiêu diệt triệt để vi khuẩn gây bệnh trước khi thải ra cống tiếp nhận.
  • Hệ thống xử lý bùn: Bể nén bùn và máy ép bùn giảm thể tích bùn ướt, định kỳ hợp đồng với đơn vị có chức năng thu gom, vận chuyển và xử lý theo quy định.

Chương 4: Dự trù kinh phí

Tác giả tổng hợp dự toán sơ bộ chi phí đầu tư xây dựng cơ bản và chi phí quản lý vận hành thường niên của trạm xử lý:

  • Dự toán chi phí đầu tư ban đầu: Chi phí xây dựng cụm bể bằng bê tông cốt thép (bể thu gom, tách mỡ, điều hòa, Aerotank, lắng, khử trùng, nén bùn) và chi phí mua sắm máy móc thiết bị (máy thổi khí, bơm chìm nước thải, bơm bùn tuần hoàn, bơm định lượng hóa chất, máy ép bùn, đường ống công nghệ, tủ điện điều khiển).
  • Dự toán chi phí vận hành: Chi phí điện năng tiêu thụ hàng tháng cho các động cơ máy bơm và máy thổi khí; chi phí hóa chất tiêu hao (dung dịch khử trùng NaOCl, polymer keo tụ bùn); chi phí nhân công vận hành và chi phí bảo dưỡng định kỳ thiết bị cơ khí.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho Trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa được thiết kế dựa trên sơ đồ công nghệ hợp khối và phân đoạn xử lý liên tục:

[Nước thải nhà vệ sinh] ---> [Bể tự hoại] ----------+
                                                    |
[Nước thải nhà ăn] --------> [Bể tách dầu mỡ] ----> [Hố thu gom] ---> [Bể điều hòa] (Sục khí)
                                                    |                     |
[Nước rửa sàn/tay chân] ----------------------------+                     v
                                                                   [Bể Aerotank] (Hiếu khí)
                                                                          |
                                                                          v
[Nguồn tiếp nhận: Cột B QCVN 14] <--- [Bể khử trùng] <--- [Nước trong] --- [Bể lắng sinh học]
                                          ^                               | (Bùn hoạt tính)
                                     (Châm NaOCl)                         +--> [Tuần hoàn bùn về Aerotank]
                                                                          +--> [Bể nén & Ép bùn dư]

Cơ chế hoạt động của các công trình chính:

  • Bể thu gom và điều hòa: Nước thải sau khi loại bỏ rác thô và dầu mỡ sơ bộ được đưa vào bể điều hòa. Máy thổi khí cung cấp không khí liên tục để xáo trộn hoàn toàn, ngăn chặn hiện tượng lên men yếm khí phát sinh mùi H₂S, NH₃, đồng thời làm giảm tải lượng COD ban đầu từ 20-30%.
  • Bể bùn hoạt tính Aerotank: Hỗn hợp nước thải và bùn vi sinh được cấp khí cưỡng bức qua hệ thống đĩa phân phối bọt mịn đặt ở đáy bể. Quá trình oxy hóa sinh học diễn ra theo phản ứng: $$\text{Chất hữu cơ} + \text{O}_2 + \text{VSV hiếu khí} \rightarrow \text{Chất vô cơ} + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{Tế bào mới}$$ Thời gian sục khí kéo dài từ 8 đến 10 giờ, giúp hiệu suất loại bỏ BOD và COD đạt 60 - 70%.
  • Bể lắng sinh học: Hỗn hợp sau Aerotank tự chảy vào ống lắng trung tâm của bể lắng. Dưới tác dụng của trọng lực, bùn vi sinh kết cụm lắng xuống đáy bể, nước trong dâng lên bề mặt tràn qua máng răng cưa thu nước sang bể khử trùng.
  • Bể khử trùng: Dung dịch NaOCl được định lượng đưa vào dòng nước sau lắng để tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh, Coliform, E. coli. Nước sau xử lý đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B), sau đó xả vào hố ga đường NJ2 kết nối với hệ thống XLNT tập trung số 4 của KCN Mỹ Phước 3.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận hoàn thành đầy đủ mục tiêu đề ra với các kết quả cụ thể:

  1. Xác định chính xác các nguồn thải, thành phần tính chất nước thải đặc trưng của trung tâm thương mại và tính toán quy mô xả thải giai đoạn 1 đạt 86,6 m³/ngày; lựa chọn công suất thiết kế trạm đạt $Q = 100\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
  2. Phân tích so sánh toàn diện 2 giải pháp công nghệ xử lý sinh học (Aerotank và lọc sinh học dính bám); chứng minh tính phù hợp vượt trội của công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank trong việc giảm thiểu mùi hôi, tiết kiệm mặt bằng và đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột B.
  3. Hoàn thiện bộ bảng tính thủy lực, tính toán thông số kỹ thuật chi tiết cho từng hạng mục công trình đơn vị: song chắn rác, bể thu gom, bể tách mỡ, bể điều hòa, bể Aerotank, bể lắng sinh học, bể khử trùng và bể nén bùn.
  4. Lập bảng dự toán chi tiết về chi phí xây dựng cơ bản, chi phí máy móc thiết bị và chi phí vận hành (điện năng, hóa chất, nhân công, bảo dưỡng), tạo cơ sở dự trù tài chính thực tế cho chủ đầu tư.
  5. Thể hiện các bản vẽ kỹ thuật chi tiết mặt bằng, mặt cắt và quy trình công nghệ bằng phần mềm AutoCAD.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận có một số giới hạn theo phạm vi nghiên cứu được xác lập:

  • Số liệu tính toán nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào dựa trên số liệu lý thuyết tiêu chuẩn và các mô hình tương đương của trung tâm thương mại, chưa có mẫu nước thải phân tích thực tế từ giai đoạn vận hành của dự án.
  • Thiết kế hệ thống tập trung phục vụ toàn bộ quy mô giai đoạn 1 (17.669,25 m² diện tích sàn xây dựng), chưa tích hợp chi tiết mở rộng modul cho giai đoạn 2 của khu phức hợp khách sạn (diện tích đất 6.578,84 m²).
  • Đề tài tập trung vào xử lý nước thải sinh hoạt đạt cột B để đấu nối hạ tầng khu công nghiệp, chưa nghiên cứu giải pháp tái sử dụng nước sau xử lý (như tưới cây xanh, rửa đường nội bộ) nhằm tiết kiệm tài nguyên nước.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị khi thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về thiết kế trạm xử lý nước thải dịch vụ - thương mại.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao gồm:

  • Quy trình tính toán kích thước các bể đơn vị theo phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống Aerotank công suất vừa và nhỏ ($100\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$).
  • Phương pháp lập bảng cân bằng đất đai, tính toán nhu cầu sử dụng nước và xác định tải lượng ô nhiễm cho tổ hợp công trình thương mại đa chức năng (kios, showroom, văn phòng, nhà hàng căn tin).
  • Khung dự toán chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành thực tế cho trạm xử lý nước thải quy mô 100 m³/ngày đêm.

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất thiết kế của trạm xử lý nước thải là bao nhiêu và căn cứ trên lưu lượng nào? Công suất thiết kế của trạm là $100\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Con số này được lựa chọn dựa trên tổng lượng nước thải phát sinh dự kiến từ các hoạt động của giai đoạn 1 là $86,6\text{ m}^3/\text{ngày}$, có tính thêm hệ số an toàn và dự phòng dao động lưu lượng giờ.

2. Nước thải sau xử lý của trung tâm thương mại phải đạt quy chuẩn kỹ thuật nào? Nước thải sau hệ thống xử lý phải đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT, Cột B, trước khi xả vào hố ga thoát nước trên đường NJ2 để dẫn về Hệ thống xử lý nước thải số 4 của KCN Mỹ Phước 3.

3. Vì sao tác giả lựa chọn công nghệ Aerotank thay vì công nghệ lọc sinh học màng vi sinh? Mặc dù cả hai phương án đều cho hiệu quả xử lý đạt chuẩn Cột B, nhưng công nghệ Aerotank (Phương án 1) được lựa chọn vì chiếm ít diện tích mặt bằng xây dựng hơn, vận hành đơn giản và đặc biệt là không phát sinh mùi hôi thối hoặc thu hút ruồi muỗi xung quanh – yếu tố bắt buộc đối với hệ thống xử lý nước thải bố trí gần khu vực kinh doanh thương mại và nhà ăn.

4. Bùn thải sinh ra trong quá trình xử lý được quản lý và xử lý như thế nào? Bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng sinh học được bơm tuần hoàn một phần về bể Aerotank để duy trì mật độ vi sinh vật. Lượng bùn dư còn lại được bơm sang bể nén bùn và đưa qua máy ép bùn để giảm thể tích, tách nước. Lượng bùn khô sau đó được chủ đầu tư ký hợp đồng với đơn vị có chức năng môi trường định kỳ thu gom và vận chuyển đi xử lý theo quy định.

5. Nguồn nước thải từ khu vực nhà ăn căn tin được xử lý sơ bộ như thế nào trước khi vào hệ thống tập trung? Nước thải từ bếp nấu và khu vực sơ chế nhà ăn chứa hàm lượng dầu mỡ và rác hữu cơ cao, do đó được dẫn qua lưới chắn rác để loại bỏ cặn thức ăn thừa, sau đó đi qua bể tách dầu mỡ sơ bộ trước khi nhập dòng về bể thu gom chung của trạm xử lý nước thải.

Kết luận

Báo cáo tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Châu Thành đã giải quyết bài toán môi trường thực tế cho dự án Trung tâm thương mại Điện Quang Việt Hoa tại phường Thới Hòa, thị xã Bến Cát. Qua quá trình nghiên cứu, đánh giá đặc tính ô nhiễm và so sánh kỹ thuật, giải pháp công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank công suất 100 m³/ngày đêm đã được tính toán thiết kế chi tiết, đảm bảo nước sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột B. Toàn bộ hồ sơ tính toán công trình đơn vị, bản vẽ kỹ thuật và dự toán kinh phí cung cấp cơ sở kỹ thuật hoàn chỉnh để chủ đầu tư triển khai thi công, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững cho dự án.