Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam, nông nghiệp tiếp tục đóng vai trò là một trong những trụ cột kinh tế trọng yếu. Xu hướng chuyển đổi từ canh tác thủ công sang mô hình các khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao mang lại năng suất và hiệu quả kinh tế vượt trội, đồng thời tối ưu hóa việc khai thác nguồn tài nguyên tự nhiên. Tuy nhiên, hoạt động chăn nuôi và giết mổ gia súc, gia cầm tập trung tiêu thụ khối lượng nước rất lớn trong chu trình sản xuất và vệ sinh, làm phát sinh lượng nước thải có tải lượng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật đặc biệt cao. Nếu không được thu gom và xử lý đúng quy chuẩn, nguồn thải này sẽ gây suy thoái nghiêm trọng môi trường tiếp nhận, đe dọa sức khỏe cộng đồng và làm tổn hại hệ sinh thái thủy sinh trong khu vực.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Thanh Trúc tập trung vào nhiệm vụ tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng tại tỉnh Bình Dương nhằm giải quyết triệt để bài toán môi trường này trước khi dự án chính thức xây dựng và đi vào vận hành.

Mục tiêu nghiên cứu được xác định rõ:

  • Căn cứ vào các thông số đặc tính ô nhiễm của dòng thải đầu vào, nghiên cứu và thiết kế hoàn chỉnh hệ thống xử lý nước thải mới cho Khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng.
  • Đảm bảo chất lượng nước thải sau xử lý đáp ứng đầy đủ giới hạn cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 24–2008/BTNMT (và QCVN 24-2009/BTNMT), Cột A trước khi xả ra môi trường tiếp nhận.

Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm 3 nội dung trọng tâm:

  1. Tìm hiểu về hoạt động của Khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng: thu thập tài liệu, số liệu, đánh giá tổng quan về công nghệ sản xuất, khả năng gây ô nhiễm môi trường và hiện trạng xử lý nước thải trong ngành chăn nuôi, giết mổ.
  2. Xác định đặc tính nước thải: khảo sát và xác lập lưu lượng xả thải, thành phần hóa lý, tính chất nước thải, tải lượng ô nhiễm và các nguồn xả thải nội bộ.
  3. Lựa chọn dây chuyền công nghệ, tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị và xây dựng kế hoạch quản lý vận hành trạm xử lý nước thải.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ lượng nước thải phát sinh từ các phân khu chức năng của dự án, bao gồm nước thải chăn nuôi heo, chăn nuôi gà, nước thải giết mổ gia súc, gia cầm, nước vệ sinh chuồng trại - thiết bị, cùng một phần nước thải sinh hoạt và nước rửa từ vùng trồng cây nguyên liệu.
  • Phạm vi không gian: Khu đất thực hiện dự án Khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng tại Ấp Cây Dừng, xã Hiếu Liêm, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương với tổng diện tích quy hoạch 875.165 m2 (tổng diện tích khu đất là 902.637 m2). Nguồn tiếp nhận cuối cùng của dòng thải sau xử lý là suối Cầu, dẫn dòng đổ ra sông Bé.
  • Phạm vi thời gian và pháp lý: Đề tài sử dụng dữ liệu quy hoạch thành lập xã Hiếu Liêm theo Nghị định số 90/2004/NĐ-CP, hồ sơ đăng ký kinh doanh điều chỉnh lần thứ 20 (năm 2009) của chủ đầu tư, các số liệu quan trắc nền năm 2008 - 2009 và áp dụng các quy chuẩn xả thải môi trường hiện hành tại thời điểm nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khóa luận xây dựng hệ thống luận cứ kỹ thuật dựa trên các cơ sở lý thuyết công nghệ môi trường chuyên ngành, hệ thống quy chuẩn kỹ thuật nhà nước và dữ liệu điều tra thực địa:

  • Khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng:

    • QCVN 08:2008/BTNMT (Cột A): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, dùng làm căn cứ đánh giá hiện trạng chất lượng nước suối Cầu tiếp nhận nước thải.
    • QCVN 24–2008/BTNMT / QCVN 24–2009/BTNMT (Cột A): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, quy định các ngưỡng nồng độ tối đa cho phép đối với các thông số ô nhiễm của nước thải sau xử lý khi xả vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
    • Nghị định số 90/2004/NĐ-CP ngày 17/11/2004 của Chính phủ về việc điều chỉnh địa giới hành chính thành lập xã Hiếu Liêm thuộc huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương.
    • Các tài liệu chuẩn mực về tính toán kỹ thuật xử lý nước thải đô thị và công nghiệp của các tác giả: Hoàng Huệ (1996), Lâm Vĩnh Sơn (2008), Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn Phước Dân (2002).

  • Khung lý thuyết công nghệ môi trường:

    • Cơ chế xử lý cơ học: Phân tách pha dị thể, loại bỏ tạp chất không tan và rác kích thước lớn thông qua song chắn rác; lắng trọng lực phân tách cặn lơ lửng vô cơ và hữu cơ tại bể lắng đợt 1 và đợt 2.
    • Cơ chế phân hủy kỵ khí: Lý thuyết chuyển hóa vật chất qua 4 giai đoạn sinh hóa liên hoàn: (1) Thủy phân hợp chất cao phân tử (protein, lipid, hydratcarbon) thành acid amin và đường đơn; (2) Acid hóa tạo thành các acid béo dễ bay hơi; (3) Acetic hóa chuyển hóa thành acetate, CO2 và H2; (4) Methane hóa sinh ra khí CH4 và CO2 dưới tác dụng của vi khuẩn methane. Lý thuyết ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dòng chảy ngược qua tầng bùn hạt (UASB).
    • Cơ chế phân hủy hiếu khí và thiếu khí: Quá trình oxy hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ chứa carbon bằng bùn hoạt tính hiếu khí (bể Aerotank hoặc bể lọc dính bám SAF); quá trình nitrat hóa do vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter kết hợp quá trình khử nitrat trong điều kiện thiếu khí (bể Anoxic).
    • Cơ chế hóa lý và khử trùng: Quá trình keo tụ - đông tụ bằng muối kim loại để loại bỏ cặn lơ lửng khó lắng và xử lý phosphate; cơ chế bất hoạt vi sinh vật gây bệnh bằng tác nhân clo hóa (clorua vôi).

  • Phương pháp nghiên cứu:

    • Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu: Thu thập, đối chiếu dữ liệu quy hoạch, số liệu khí tượng thủy văn, thành phần lý hóa của nước thải chăn nuôi và giết mổ từ các nguồn nghiên cứu thực nghiệm đã công bố (Trần Tấn Việt và ctv, 2000; Trương Thanh Cảnh và ctv, 1998; Viện Tài nguyên Môi trường).
    • Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Sử dụng các phương trình toán học và thủy lực để xác định kích thước hình học, thời gian lưu nước, lưu lượng bùn, tải trọng bề mặt, nhu cầu cấp khí và công suất máy móc thiết bị cho từng công trình đơn vị.
    • Phương pháp thiết kế đồ họa kỹ thuật: Ứng dụng phần mềm chuyên dụng AutoCAD để mô tả mặt bằng kiến trúc, sơ đồ công nghệ và chi tiết cấu tạo các bể xử lý.
    • Phương pháp so sánh lựa chọn phương án: Đánh giá ưu nhược điểm kỹ thuật giữa các công nghệ sinh học lơ lửng và dính bám nhằm xác lập giải pháp công nghệ tối ưu.

  • Nguồn dữ liệu:

    • Dữ liệu khảo sát hiện trạng môi trường nước mặt và nước ngầm do Trung tâm Tư vấn Công nghệ Môi trường và An toàn Vệ sinh Lao động (Trung tâm COSHET) đo đạc, phân tích.
    • Số liệu đặc trưng nồng độ nước thải giết mổ do Viện Tài nguyên Môi trường quan trắc.
    • Hồ sơ dự án, mặt bằng quy hoạch và dây chuyền sản xuất do Công ty TNHH Thương mại – Sản xuất Tiến Hùng cung cấp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương 1 thiết lập khung nghiên cứu tổng quát của khóa luận, làm rõ tính cấp thiết của công tác bảo vệ môi trường trong phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao. Tác giả xác định mục tiêu thiết kế trạm xử lý nước thải đạt QCVN 24–2008/BTNMT Cột A, phân kỳ 3 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể, lựa chọn hệ thống phương pháp nghiên cứu (tổng hợp tài liệu, tính toán kỹ thuật, vẽ AutoCAD, tính toán kinh tế) và công bố kết cấu đề tài gồm 7 chương.

Chương 2: Tổng quan về khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng

Chương 2 mô tả chi tiết thông tin pháp lý, vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội và hiện trạng kỹ thuật của khu dự án:

  • Chủ đầu tư: Công ty TNHH Thương mại – Sản xuất Tiến Hùng (trụ sở tại 150 – 152 Ngô Quyền, Phường 5, Quận 10, TP. Hồ Chí Minh; đại diện pháp luật: Tổng Giám đốc Lê Việt Hùng). Giấy phép đăng ký kinh doanh thay đổi lần thứ 20 ngày 09/07/2009.
  • Quy mô và vốn đầu tư: Dự án có tổng diện tích đất 902.637 m2, trong đó diện tích quy hoạch xây dựng là 875.165 m2, đất hành lang bảo vệ đường bộ là 27.472 m2. Tổng mức vốn đầu tư đạt 228.438.793.150 VND. Địa điểm tại Ấp Cây Dừng, xã Hiếu Liêm, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương.
  • Cơ cấu quy hoạch mặt bằng sử dụng đất:
    • Khu điều hành nghiên cứu ứng dụng thực nghiệm: 55.073,29 m2.
    • Khu chăn nuôi, giết mổ, chế biến, trồng cây nguyên liệu: 598.696,41 m2 (gồm khu giết mổ: 56.112,41 m2; khu chăn nuôi gà: 311.849,63 m2 theo công nghệ Đài Loan; khu chăn nuôi heo khép kín: 165.381,9 m2; khu trồng cây thức ăn: 65.353,47 m2 với quy mô 6,5 ha).
    • Đất hạ tầng kỹ thuật (xử lý chất thải): 56.112,69 m2 (trong đó diện tích bố trí công trình xử lý nước thải là 14.792,42 m2).
    • Đất cây xanh cách ly: 126.781,33 m2.
    • Đất giao thông nội khu: 79.820,28 m2.
  • Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật và môi trường nền: Khu vực chưa có mạng lưới cấp nước tập trung, dự án khai thác nước ngầm tầng sâu 70 – 90m (lưu lượng trên 30 m3/h/giếng). Hệ thống thoát nước khu vực dẫn ra suối Cầu dài khoảng 800m. Địa hình cao từ 57m đến 65m, không ngập úng, sức chịu tải địa chất đạt 1,5 kg/cm2. Chất lượng nước mặt suối Cầu có DO = 12 mg/l, COD = 6,5 mg/l, BOD5 = 1 mg/l, Coliform = 1200 MNP/100ml, đều nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 08:2008/BTNMT Cột A.

Chương 3: Tổng quan về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải

Chương 3 khảo sát chuyên sâu tính chất các dòng thải nông nghiệp và tổng thuật các công nghệ xử lý nước thải:

  • Đặc tính nước thải chăn nuôi: Hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% (cellulose, protit, acid amin, chất béo), chất vô cơ chiếm 20 – 30%. Hàm lượng Nitơ tổng từ 571 – 1026 mg/l, Photpho tổng từ 39 – 94 mg/l. Phân heo thuộc loại phân lỏng (độ ẩm 56 – 83%), chứa 4% N tổng số, 1,76% P2O5, tỷ lệ C/N đạt 15,57. Nước tiểu heo chứa 4,90 – 6,63 g/kg Nitơ tổng, pH dao động từ 6,77 – 8,19.
  • Đặc tính nước thải giết mổ: Tải lượng ô nhiễm rất cao với COD dao động 2400 – 9600 mg/l, BOD5 từ 1500 – 7400 mg/l, chất béo 115 – 300 mg/l, Nitơ Amon 230 – 1120 mg/l, Photpho tổng 16 – 53 mg/l.
  • Tổng quan các giải pháp kỹ thuật: Phân tích chi tiết nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các phương pháp:
    • Cơ học: Song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng (đứng, ngang, ly tâm), bể vớt dầu mỡ, bể lọc.
    • Hóa học: Trung hòa pH, oxy hóa khử, khử trùng bằng Clorua vôi (liều lượng 10 g/m3 sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học, thời gian tiếp xúc 30 phút) và Ozon.
    • Hóa lý: Keo tụ - đông tụ (sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3 tối ưu ở pH 5 – 7,5 hoặc muối sắt Fe(SO4)3), tuyển nổi, hấp phụ bằng than hoạt tính, trao đổi ion, lọc qua màng (siêu lọc, thẩm thấu ngược), điện hóa và trích ly pha lỏng.
    • Sinh học: Quá trình tự nhiên (hồ sinh vật hiếu khí sâu <0,5m, hồ tùy tiện sâu 1,5m, hồ yếm khí sâu >3m với hiệu suất khử BOD tới 70%; cánh đồng tưới); Quá trình nhân tạo (bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng 0,5 m3/m3.ngày, lọc cao tải 10 – 20 m3/m2.ngày, bể Aerotank bùn hoạt tính, bể kỵ khí UASB, bể phản ứng sinh học theo mẻ SBR và bể Biogas tự hoại).

Chương 4: Nội dung thiết kế công nghệ – thiết bị trạm xử lý nước thải

Chương 4 xác định các thông số nền tảng làm căn cứ thiết kế và đề xuất sơ đồ công nghệ:

  • Thông số dòng vào trạm xử lý: Lưu lượng tính toán trung bình ngày 312,5 m3/ngày, lưu lượng dự phòng 27,5 m3/ngày, chọn công suất thiết kế hệ thống là 500 m3/ngày (lưu lượng giờ trung bình 21 m3/h). Nồng độ ô nhiễm đầu vào: SS = 850 mg/l, BOD5 = 2000 mg/l, COD = 3000 mg/l, Tổng N = 160 mg/l, Tổng P = 16 mg/l, Coliform = 3,6 × 10^7 MNP/100ml.
  • Yêu cầu chất lượng đầu ra (QCVN 24 Cột A): SS = 50 mg/l, BOD5 = 30 mg/l, COD = 60 mg/l, Tổng N = 15 mg/l, Tổng P = 4 mg/l, Coliform = 3000 MNP/100ml.
  • So sánh hai phương án công nghệ:
    • Phương án 1: Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng 1 $\rightarrow$ Bể UASB $\rightarrow$ Bể Anoxic $\rightarrow$ Bể Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng 2 $\rightarrow$ Bể keo tụ tạo bông $\rightarrow$ Bể lắng 3 $\rightarrow$ Bể khử trùng $\rightarrow$ Xả thải. Bùn lắng từ bể lắng 2 tuần hoàn một phần về Anoxic và Aerotank, bùn dư và bùn hóa lý được dẫn qua bể nén bùn và máy ép bùn.
    • Phương án 2: Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng 1 $\rightarrow$ Bể UASB $\rightarrow$ Bể lọc màng sinh học ngập nước (SAF) $\rightarrow$ Bể lắng 2 $\rightarrow$ Bể khử trùng $\rightarrow$ Xả thải.
    • Tác giả lựa chọn Phương án 1 nhờ khả năng khử triệt để đồng thời chất hữu cơ, nitơ và photpho thông qua cụm công trình sinh học kết hợp hóa lý hoàn chỉnh.

Chương 5: Tính toán – thiết kế các công trình

Chương 5 hiện thực hóa Phương án 1 thông qua chuỗi phương trình tính toán kích thước hình học và thiết bị cho các công trình đơn vị:

  • Tính toán song chắn rác đặt trong mương dẫn bê tông cốt thép, thanh Inox không gỉ.
  • Tính toán kích thước hố thu gom bê tông cốt thép tích hợp trạm bơm chìm nước thải.
  • Tính toán bể điều hòa sục khí cưỡng bức nhằm chống lắng cặn, chống phân hủy kỵ khí gây mùi và cân bằng lưu lượng, nồng độ dòng thải.

Cấu trúc các chương còn lại của khóa luận

Theo phân bổ đề mục tại Chương 1, đồ án hoàn thiện thêm:

  • Chương 6: Dự toán giá thành – chi phí xử lý nước thải: Hạch toán chi phí đầu tư xây dựng công trình, thiết bị và chi phí vận hành định kỳ (điện năng, hóa chất, nhân công).
  • Chương 7: Kết luận – kiến nghị: Đúc kết kết quả thiết kế và đưa ra các đề xuất về quản lý kỹ thuật, giám sát xả thải.

Thiết kế kỹ thuật và tính toán công nghệ

Dây chuyền công nghệ lựa chọn (Phương án 1) xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc liên hoàn cơ học – sinh học – hóa lý, chia làm 3 giai đoạn:

Giai đoạn xử lý Các công trình đơn vị Chức năng kỹ thuật chính
Bậc 1: Tiền xử lý cơ học Song chắn rác, Hố thu gom, Bể điều hòa, Bể lắng đợt 1 Tách rác thô, phân tươi; tích trữ và bơm nước; ổn định lưu lượng, nồng độ (sục khí nén); lắng các tạp chất vô cơ và hữu cơ thô không tan.
Bậc 2: Xử lý sinh học & Hóa lý Bể UASB, Bể Anoxic, Bể Aerotank, Bể lắng đợt 2, Bể keo tụ tạo bông, Bể lắng đợt 3, Bể khử trùng Phân hủy kỵ khí khử phần lớn COD; thiếu khí khử nitrat; hiếu khí oxy hóa BOD và nitrat hóa; tách bùn sinh học; keo tụ lắng triệt để photpho; khử trùng bằng Clorua vôi (tiếp xúc 30 phút).
Xử lý bùn cặn Sân phơi bùn, Bể nén bùn, Máy ép bùn, Bể chứa bùn Bùn lắng đợt 1 bơm ra sân phơi; bùn sinh học dư từ bể lắng 2 và bùn hóa lý bể lắng 3 được nén giảm thể tích, ép cơ học; nước tách bùn tuần hoàn về hố thu gom.

Các thông số tính toán thiết kế chi tiết cho các hạng mục công trình đơn vị được trích xuất cụ thể như sau:

1. Song chắn rác

  • Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất tính toán: $Q_{maxh} = 0,01\text{ m}^3/\text{s}$ (với hệ số vượt tải theo thời gian $k_h = 1,5$).
  • Cấu tạo: Mương bê tông cốt thép, thanh đan bằng thép không gỉ (Inox), bề dày thanh $s = 10\text{ mm}$, khoảng cách giữa các thanh $b = 16\text{ mm}$.
  • Số lượng khe hở tính toán: $n = 14\text{ khe}$; số lượng thanh đan: $n - 1 = 13\text{ thanh}$.
  • Góc nghiêng song chắn rác đặt trong mương: $\alpha = 60^\circ$; góc mở rộng trước mương: $20^\circ$.
  • Chiều sâu dòng chảy trước song chắn $h_1 = 0,06\text{ m}$; tổn thất áp lực qua song chắn $h_s = 0,04\text{ m}$; chiều cao bảo vệ $h_{bv} = 0,6\text{ m}$.
  • Kích thước xây dựng mương song chắn: Chiều dài tổng cộng $L = 1,7\text{ m}$; chiều rộng mương $B_s = 0,4\text{ m}$; chiều sâu tổng cộng $H = 0,8\text{ m}$. Chiều dài phần mở rộng trước song chắn $L_1 = 0,21\text{ m}$; chiều dài mở rộng sau song chắn $L_2 = 0,1\text{ m}$.

2. Hố thu gom và trạm bơm tiếp nhận

  • Chức năng: Đảm bảo cột nước tối thiểu cho bơm chìm hoạt động liên tục, lắng cát và các hạt lơ lửng lớn, duy trì cao độ thoát nước tự chảy.
  • Thời gian lưu nước thiết kế: $t = 15\text{ phút}$.
  • Thể tích hữu ích của hố thu: $V_b = 13\text{ m}^3$. Chiều sâu hữu ích nước $h = 1,5\text{ m}$; chiều cao an toàn bảo vệ $h_f = 0,5\text{ m}$.
  • Kích thước xây dựng hố thu gom: Chiều rộng $B = 2\text{ m}$; chiều dài $L = 6,5\text{ m}$; chiều sâu tổng cộng $H = 2\text{ m}$.
  • Đường kính ống cấp nước thải vào và ống dẫn sau bơm: Ống nhựa PVC đường kính $\varnothing 90\text{ mm}$.
  • Thông số bơm nước thải (lắp đặt máy bơm EBARA):
    • Model: AF-55AU.
    • Cột áp thiết kế: $H = 5\text{ m}$.
    • Lưu lượng bơm định mức: $Q = 60\text{ m}^3/\text{h}$.
    • Công suất tính toán $E = 0,32\text{ kW}$; thông số thiết bị thực tế $N = 5,5\text{ m}$ (hoặc tương đương công suất động cơ của nhà sản xuất).

3. Bể điều hòa

  • Chức năng: Điều hòa lưu lượng và ổn định nồng độ các chất ô nhiễm trong chu kỳ hoạt động 24/24 giờ, chống phân hủy yếm khí gây mùi hôi.
  • Thời gian lưu nước: $t = 8\text{ giờ}$ (tính theo lưu lượng trung bình $Q_{htb} = 21\text{ m}^3/\text{h}$).
  • Thể tích tính toán lý thuyết: $V = 168\text{ m}^3$; diện tích mặt bằng yêu cầu $F = 21\text{ m}^2$ ứng với chiều cao hữu ích $h = 4\text{ m}$.
  • Kích thước hình học thực tế lựa chọn: Chiều dài $L = 7\text{ m}$; chiều rộng $B = 3,8\text{ m}$; chiều cao xây dựng tổng cộng $H = 4,5\text{ m}$ (bao gồm $0,5\text{ m}$ chiều cao bảo vệ; thể tích hình học theo kích thước phủ bì đạt $133\text{ m}^3$).
  • Hệ thống phân phối khí đáy bể điều hòa:
    • Cường độ cấp khí tính toán: $q_{kk} = 15\text{ lít}/\text{m}^3.\text{phút}$; tổng lưu lượng khí cấp: $Q_k = 0,03\text{ m}^3/\text{s}$ (tương đương $94,5\text{ m}^3/\text{h}$).
    • Thiết bị phân phối: 15 đĩa phân phối khí bọt mịn, đường kính mỗi đĩa $170\text{ mm}$, vận tốc khí qua đĩa $v = 7\text{ m}/\text{h}$.
    • Mạng lưới đường ống: Ống chính bằng nhựa PVC đường kính $\varnothing 60\text{ mm}$ (vận tốc khí trong ống đạt $10\text{ m}/\text{s}$), phân chia thành 3 ống nhánh đục lỗ phân phối đều dọc chiều dài đáy bể.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán kỹ thuật:
    • Thiết lập thành công chuỗi thông số kỹ thuật đầu vào và cấu hình hoàn chỉnh một trạm xử lý nước thải công suất $500\text{ m}^3/\text{ngày}$ chuyên biệt cho tổ hợp chăn nuôi và giết mổ nông nghiệp công nghệ cao.
    • Xử lý dòng nước thải có nồng độ chất ô nhiễm rất cao về ngưỡng an toàn môi trường:
Thông số ô nhiễm Nồng độ dòng vào thiết kế Yêu cầu nước sau xử lý (QCVN 24 Cột A) Hiệu suất xử lý yêu cầu (%)
COD $3000\text{ mg/l}$ $60\text{ mg/l}$ $98,00%$
BOD5 $2000\text{ mg/l}$ $30\text{ mg/l}$ $98,50%$
Chất rắn lơ lửng (SS) $850\text{ mg/l}$ $50\text{ mg/l}$ $94,12%$
Tổng Nitơ $160\text{ mg/l}$ $15\text{ mg/l}$ $90,63%$
Tổng Photpho $16\text{ mg/l}$ $4\text{ mg/l}$ $75,00%$
Tổng Coliform $3,6 \times 10^7\text{ MNP/100ml}$ $3000\text{ MNP/100ml}$ $99,99%$

  • Cung cấp đầy đủ bảng thông số kích thước hình học, thông số thủy lực và đặc tính kỹ thuật cơ điện của cụm công trình tiền xử lý cơ học gồm song chắn rác, hố thu gom gắn bơm Ebara và bể điều hòa sục khí nén.

  • Đóng góp thực tiễn của đề tài:

    • Đưa ra giải pháp công nghệ khả thi giúp chủ đầu tư (Công ty TNHH TM - SX Tiến Hùng) chủ động xây dựng trạm xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi vận hành dự án, loại bỏ nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt suối Cầu và sông Bé.
    • Nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường sinh thái cho ban quản lý khu nông nghiệp và cư dân sinh sống tại khu vực lân cận huyện Tân Uyên.
    • Cung cấp mô hình thiết kế trạm xử lý thực tế có thể ứng dụng làm địa điểm học tập, tham quan chuyên đề cho sinh viên chuyên ngành môi trường và các doanh nghiệp nông nghiệp quy mô tương tự.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:

    • Trong phạm vi văn bản khóa luận được cung cấp, phần tính toán thiết kế chi tiết mới chỉ hoàn thành trọn vẹn ở các hạng mục tiền xử lý cơ học (song chắn rác, hố thu gom, bể điều hòa); các tính toán hình học, thủy lực cụ thể của các công trình sinh học phức tạp tiếp theo (bể UASB, bể Anoxic, bể Aerotank, bể lắng sinh học và cụm keo tụ) chưa được thể hiện đầy đủ các bước số học chi tiết trong phần văn bản này.
    • Nghiên cứu chủ yếu dựa trên các thông số ô nhiễm đầu vào giả định theo tài liệu tham khảo ngành chăn nuôi - giết mổ chung, chưa có điều kiện kiểm chứng thực nghiệm bằng việc chạy mô hình pilot với nước thải thực tế từ các phân khu nuôi gà, heo cụ thể của dự án Tiến Hùng.

  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

    • Tiếp tục hoàn thiện phần tính toán chi tiết cho cụm xử lý sinh học (UASB, Anoxic, Aerotank) và dây chuyền xử lý bùn cặn (bể nén bùn, máy ép bùn).
    • Triển khai lập dự toán chi phí kinh tế, đánh giá chi phí xây dựng cơ bản và giá thành vận hành trên mỗi mét khối nước thải (Chương 6) nhằm khẳng định tính khả thi tài chính của dự án.
    • Xây dựng quy trình hướng dẫn vận hành chi tiết, kiểm soát các yếu tố ức chế quá trình sinh học kỵ khí (nhiệt độ, pH dao động ngoài khoảng 6,5 – 7,5, nồng độ muối, nồng độ acid béo chuỗi dài LCFA) khi đưa hệ thống vào chạy thực tế.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:

    • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị: Sử dụng làm tài liệu tham khảo mẫu mực về cấu trúc và phương pháp thực hiện đồ án tốt nghiệp thiết kế trạm xử lý nước thải công nghiệp - nông nghiệp.
    • Kỹ sư thiết kế công nghệ môi trường: Tham khảo phương pháp tính toán thủy lực cho mương dẫn song chắn rác, hầm bơm tiếp nhận, bể điều hòa và hệ thống phân phối khí đáy.
    • Chủ đầu tư và cán bộ kỹ thuật nông nghiệp công nghệ cao: Tham khảo cơ cấu phân bổ mặt bằng sử dụng đất, đặc tính xả thải chăn nuôi - giết mổ và lựa chọn chuỗi công nghệ xử lý nước thải phù hợp quy mô trang trại tập trung.

  • Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật:

    • Dữ liệu định lượng chi tiết về thành phần lý hóa phân heo, nước tiểu heo và nước thải giết mổ gia súc tập trung (Bảng 3.1, 3.2, 3.3, 3.4).
    • Bộ công thức tính toán thủy lực cho song chắn rác mương hở và hệ thống cấp khí bể điều hòa trích dẫn chuẩn xác từ các giáo trình chuyên ngành (Hoàng Huệ, Lâm Vĩnh Sơn, Lâm Minh Triết).
    • Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ kết hợp kỵ khí (UASB), thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Aerotank) giúp xử lý triệt để nước thải có tải lượng dinh dưỡng (N, P) và chất hữu cơ cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Dự án Khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng có quy mô diện tích và tổng vốn đầu tư là bao nhiêu?
Dự án có tổng diện tích khu đất là 902.637 m2, trong đó diện tích đất quy hoạch xây dựng dự án là 875.165 m2 và diện tích hành lang bảo vệ đường bộ nằm ngoài dự án là 27.472 m2. Tổng mức vốn đầu tư của dự án là 228.438.793.150 VND.

2. Trạm xử lý nước thải được thiết kế với lưu lượng bao nhiêu và nước sau xử lý xả vào đâu?
Hệ thống được thiết kế với công suất 500 m3/ngày (lưu lượng giờ trung bình 21 m3/h), tính toán trên cơ sở lưu lượng thực tế 312,5 m3/ngày và lưu lượng dự phòng 27,5 m3/ngày. Nước thải sau xử lý đạt QCVN 24 Cột A sẽ đấu nối vào hệ thống thoát nước khu vực dài 800m dẫn ra suối Cầu, sau đó tiếp tục đổ ra sông Bé.

3. Tại sao trong quy trình công nghệ Phương án 1 lại bố trí bể keo tụ tạo bông sau bể lắng sinh học đợt 2?
Bể keo tụ tạo bông được bố trí sau bể lắng 2 nhằm mục đích loại bỏ triệt để các tế bào vi sinh vật chứa photpho được giải phóng sau chuỗi quy trình xử lý yếm khí kết hợp hiếu khí. Hóa chất keo tụ liên kết các tế bào và hạt cặn thành bông lớn để lắng xuống đáy bể lắng đợt 3, đưa photpho vào pha bùn dẫn về bể nén bùn, giúp nước thải đạt tiêu chuẩn Tổng Photpho $\le 4\text{ mg/l}$.

4. Trạm bơm tại hố thu gom sử dụng loại máy bơm nào và các thông số hoạt động chính ra sao?
Hố thu gom sử dụng máy bơm chìm do hãng EBARA sản xuất, model AF-55AU. Bơm có lưu lượng định mức $Q = 60\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp làm việc $H = 5\text{ m}$ (hoặc thông số ghi nhận $N = 5,5\text{ m}$), phục vụ bơm nước thải qua đường ống nhựa PVC đường kính $\varnothing 90\text{ mm}$ chuyển tiếp sang bể điều hòa.

5. Bể điều hòa của hệ thống có kích thước xây dựng và thông số cấp khí như thế nào?
Bể điều hòa được xây dựng bằng bê tông cốt thép với kích thước hình học $L \times B \times H = 7\text{ m} \times 3,8\text{ m} \times 4,5\text{ m}$ (chiều cao hữu ích $4\text{ m}$, chiều cao bảo vệ $0,5\text{ m}$, thể tích tính toán $168\text{ m}^3$). Để chống lắng cặn và khử mùi, bể được trang bị 15 đĩa phân phối khí đường kính $170\text{ mm}$, cấp khí với cường độ $15\text{ lít}/\text{m}^3.\text{phút}$ ($Q_k = 0,03\text{ m}^3/\text{s}$) thông qua đường ống cấp khí chính PVC $\varnothing 60\text{ mm}$ chia làm 3 ống nhánh đục lỗ.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Thanh Trúc đã giải quyết một vấn đề kỹ thuật cấp thiết trong công tác bảo vệ môi trường tại Khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng, tỉnh Bình Dương. Bằng việc phân tích toàn diện thành phần ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi và giết mổ, tác giả đã đề xuất và tính toán thiết kế thành công dây chuyền công nghệ xử lý công suất 500 m3/ngày kết hợp các công đoạn cơ học, kỵ khí UASB, thiếu khí Anoxic, hiếu khí Aerotank và keo tụ khử trùng. Kết quả tính toán chi tiết cụm công trình tiền xử lý đã xác lập các thông số hình học, thủy lực và lựa chọn thiết bị chuẩn xác, bảo đảm mục tiêu đưa nước thải đạt quy chuẩn QCVN 24 Cột A trước khi xả ra môi trường tiếp nhận. Đồ án là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho sinh viên cùng các kỹ sư công nghệ môi trường.