Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tỉnh Bắc Ninh có tốc độ phát triển công nghiệp và thu hút vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) nhanh với sự hiện diện của các tập đoàn sản xuất lớn như Samsung, Foxconn trong giai đoạn 2013–2022. Quá trình đô thị hóa và gia tăng dân số cơ học kéo theo áp lực môi trường lớn, với khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh trung bình khoảng 1.200 tấn/ngày (chưa bao gồm rác thải công nghiệp). Để giải quyết bài toán xử lý chất thải rắn, dự án Nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt công nghệ cao phát năng lượng do Công ty TNHH Năng lượng xanh T&J làm chủ đầu tư đã được xây dựng tại xã Phù Lãng, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh trên diện tích 51.243 m², công suất xử lý 500 tấn rác/ngày và phát điện 8–11 MW.

Hoạt động tiếp nhận và lưu chứa rác thô tại nhà máy làm phát sinh lượng nước rỉ rác lớn, chiếm tới 90% tổng lưu lượng nước thải của toàn khu liên hợp. Nước rỉ rác có thành phần phức tạp, nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ (COD, BOD₅), các hợp chất nitơ (đặc biệt là amoni), chất rắn lơ lửng (TSS) và kim loại nặng rất cao. Nếu không được xử lý triệt để, nguồn nước này sẽ gây ô nhiễm tầng nước ngầm và ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn tiếp nhận là hệ thống kênh nhánh dẫn ra sông Đuống và sông Thái Bình. Do đó, đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật cho trạm xử lý nước rỉ rác của nhà máy với công suất 480 m³/ngày đêm, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt quy chuẩn xả thải loại A ngay cả khi tải lượng ô nhiễm đầu vào biến động.

Mục tiêu nghiên cứu và thiết kế của đồ án gồm:

  1. Tổng quan về tính chất nước rỉ rác tại Việt Nam và các công nghệ xử lý nước rỉ rác trong và ngoài nước.
  2. Đánh giá tính chất nước thải rỉ rác phát sinh từ Nhà máy xử lý chất thải đô thị Bắc Ninh.
  3. Đề xuất 02 phương án công nghệ khả thi, phù hợp với đặc thù ô nhiễm cao của nước rỉ rác.
  4. Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị của hệ thống xử lý công suất 480 m³/ngày đêm nhằm đảm bảo nước đầu ra đạt QCVN 25:2009/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT loại A.
  5. Dự toán chi phí xây dựng, chi phí thiết bị và chi phí vận hành cho các phương án để lựa chọn giải pháp tối ưu.
  6. Lập bản vẽ kỹ thuật chi tiết 2D, xây dựng mô hình trực quan 3D bằng phần mềm Revit và video giới thiệu hệ thống.
  7. Xây dựng hồ sơ hướng dẫn quản lý vận hành và quy trình khắc phục sự cố kỹ thuật.

Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản cụ thể hóa qua 7 nội dung:

  • Tổng quan về nước thải rỉ rác ở Việt Nam.
  • Tìm hiểu tính chất nước thải rỉ rác của nhà máy xử lý chất thải đô thị ở Bắc Ninh.
  • Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải.
  • Đề xuất 2 phương án phù hợp với tính chất nước thải.
  • Tính toán chi phí 2 phương án.
  • Lựa chọn phương án tối ưu để vẽ và dựng video.
  • Quản lý vận hành và khắc phục sự cố.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải phát sinh tại nhà máy với tổng công suất thiết kế 480 m³/ngày đêm, trong đó nước rỉ rác từ hố lưu trữ rác thô và bãi tập kết chiếm 90% lưu lượng; 10% còn lại gồm nước thải sinh hoạt và các nguồn nước thải sản xuất khác (nước xả đáy lò hơi, xả đáy tháp làm mát, nước xử lý nước thô, nước tái sinh hệ thống khử khoáng, nước rửa xe và rửa vệ sinh thiết bị).
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng trạm xử lý nước thải có diện tích 1.000 m² đặt trong khuôn viên Nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt công nghệ cao phát năng lượng tại xã Phù Lãng, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh.
  • Phạm vi thời gian thực hiện: Từ ngày 07/03/2024 đến ngày 30/06/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên khung pháp lý môi trường và đầu tư của Việt Nam: Luật Bảo vệ Môi trường, Luật Đầu tư công số 39/2019/QH14 (xác định dự án thuộc nhóm B), Nghị định số 08/2022/NĐ-CP (xếp dự án vào nhóm I có nguy cơ tác động xấu đến môi trường ở mức độ cao); áp dụng tiêu chuẩn xả thải theo Cột A của QCVN 25:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn) và Cột A của QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp).

Về mặt lý thuyết công nghệ xử lý nước thải, đồ án áp dụng nguyên lý của ba nhóm phương pháp:

  • Phương pháp cơ học: Quá trình tách rác qua song chắn rác (khe hở 50–100 mm cho rác thô, 10–25 mm cho rác tinh) và thiết bị lược rác tinh (kích thước tách cặn từ 0,02 mm); lắng trọng lực (bể lắng cát ngang, lắng đứng, lắng ly tâm, lắng Lamen) và lọc áp lực qua lớp vật liệu lọc đa tầng (cát thạch anh, sỏi đỡ, than anthracit).
  • Phương pháp hóa lý: Quá trình đuổi khí amoni (Air Stripping) bằng cách kiềm hóa nước thải lên pH > 9,3 để chuyển dịch cân bằng ion NH₄⁺ thành khí NH₃ hòa tan, sau đó dùng dòng khí cấp ngược chiều để giải hấp; quá trình keo tụ điện hóa (Electrocoagulation) sử dụng các cặp điện cực sắt (Fe) hoặc nhôm (Al) dưới tác dụng của dòng điện một chiều để hòa tan kim loại tạo bông hydroxide (Fe³⁺, Al³⁺) kết hợp tạo gốc tự do hydroxyl (•OH) và tuyển nổi bằng bọt khí điện phân; quá trình oxy hóa bậc cao Fenton dựa trên phản ứng giữa Fe²⁺ và H₂O₂ ở khoảng pH tối ưu 2–4 (tốt nhất tại pH = 3) để tạo ra gốc •OH có hoạt tính oxy hóa mạnh nhằm phân hủy các hợp chất hữu cơ mạch vòng khó phân hủy sinh học.
  • Phương pháp sinh học: Quá trình xử lý kỵ khí qua 4 giai đoạn (thủy phân, axit hóa, axetat hóa và metan hóa); quá trình thiếu khí (Anoxic) thực hiện phản ứng khử nitrat (Denitrification) thành khí N₂ tự do; quá trình hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng phản ứng theo mẻ cải tiến (ASBR - Sequencing Batch Reactor cho phép nạp nước liên tục) kết hợp các chu trình khuấy thiếu khí, sục khí hiếu khí, lắng tĩnh và thu nước qua thiết bị Decanter; quá trình sinh học hiếu khí dính bám trên giá thể di động (MBBR).

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế thực tế bao gồm:

  • Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Khảo sát quy hoạch địa điểm, tổng hợp số liệu thực tế về thành phần CTRSH tỉnh Bắc Ninh năm 2022, thu thập thông số ô nhiễm nước rỉ rác điển hình và công nghệ lò đốt tầng sôi tuần hoàn (CFB) từ các báo cáo chuyên ngành.
  • Phương pháp so sánh và đánh giá công nghệ: Phân tích ưu, nhược điểm về mặt kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế giữa các chuỗi công nghệ, đối chiếu với các mô hình xử lý rỉ rác thực tế tại Canada, trạm XLNT rỉ rác tập trung Nam Bình Dương (công suất 960 m³/ngày đêm) và các công bố khoa học của Li và cộng sự (2017), Poblete & Pérez (2020).
  • Phương pháp tính toán công nghệ và kỹ thuật: Áp dụng các công thức tính toán thủy lực, cân bằng vật chất, tải trọng xử lý hữu cơ và kích thước công trình đơn vị theo giáo trình chuyên ngành (PGS. Nguyễn Văn Phước, Metcalf & Eddy).
  • Phương pháp lập dự toán kinh tế: Bóc tách khối lượng xây dựng, tính toán chi phí thiết bị, đường ống, tiêu hao điện năng và tiêu thụ hóa chất vận hành hàng ngày.
  • Phương pháp thiết kế đồ họa và mô hình hóa: Sử dụng phần mềm Autodesk Revit để lập mô hình không gian ba chiều (3D), bố trí mặt bằng công nghệ trên diện tích 1.000 m² và xuất bản vẽ mặt cắt, mặt bằng kỹ thuật 2D chi tiết cùng video mô phỏng hệ thống.

Nguồn dữ liệu sử dụng:

  • Báo cáo tổng hợp chất thải rắn sinh hoạt tỉnh Bắc Ninh năm 2022.
  • Hồ sơ quy hoạch dự án Nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt công nghệ cao phát năng lượng tại xã Phù Lãng, huyện Quế Võ của Công ty TNHH Năng lượng xanh T&J.
  • Số liệu thành phần nước thải rỉ rác thực tế đo đạc tại cơ sở xử lý rác Bắc Ninh.
  • Giáo trình và sổ tay thiết kế: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (PGS. TS. Nguyễn Văn Phước), Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (Metcalf & Eddy).

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp công nghệ

Để xử lý nước rỉ rác có nồng độ chất ô nhiễm và amoni cao, đồ án xây dựng và so sánh hai phương án dây chuyền công nghệ trên cùng quy mô công suất 480 m³/ngày đêm:

Tiêu chí Phương án 1 (Được lựa chọn) Phương án 2
Chuỗi công nghệ đề xuất Hố thu gom → Lược rác tinh → Bể điều hòa → Bể chỉnh pH (vôi) → Bể lắng cặn vôi → Tháp Air Stripping → Bể khử Canxi → Bể keo tụ điện hóa → Bể lắng 1 → Bể phản ứng sinh học mẻ cải tiến (ASBR) → Cụm bể Fenton → Bể lắng 2 → Bồn lọc áp lực → Bể khử trùng. Hố thu gom → Lược rác tinh → Bể điều hòa → Bể keo tụ - tạo bông (PAC, Polymer) → Bể lắng hóa lý → Tháp Air Stripping → Cụm bể Anoxic kết hợp hiếu khí dính bám MBBR → Bể lắng sinh học → Bồn lọc áp lực → Khử trùng.
Công nghệ loại bỏ Amoni Kiềm hóa bằng vôi, tách cặn kết tủa, đưa vào Tháp Air Stripping (hiệu suất tách khí NH₃ đạt 90–95%). Kiềm hóa hóa chất, tháp Air Stripping kết hợp khử nitrat hóa sinh học tại bể thiếu khí Anoxic.
Công nghệ hóa lý chính Keo tụ điện hóa (điện cực Fe/Al) kết hợp oxy hóa bậc cao Fenton (Fe²⁺ + H₂O₂). Keo tụ - tạo bông truyền thống sử dụng hóa chất PAC kết hợp Polymer.
Công nghệ xử lý sinh học Bể phản ứng sinh học mẻ cải tiến ASBR (vận hành tích hợp nạp liên tục, thiếu khí, hiếu khí, lắng tĩnh và chắt nước Decanter). Bể sinh học hiếu khí với giá thể di động MBBR kết hợp bể lắng sinh học riêng biệt.
Xử lý bùn thải Thu gom bùn hóa lý, bùn vôi và bùn sinh học về Bể chứa bùn → Bơm bùn → Máy ép bùn cơ học. Bùn hóa lý và bùn sinh học đưa về bể nén bùn và máy ép bùn.
Ưu điểm kỹ thuật Keo tụ điện hóa tạo ít bùn hơn so với hóa chất thông thường, giảm lượng muối hòa tan; chu trình ASBR không cần bể lắng đợt hai, chịu tải sốc tốt; xử lý triệt để COD khó phân hủy bằng Fenton. Quy trình vận hành quen thuộc, công nghệ MBBR giảm thể tích bể hiếu khí nhờ mật độ vi sinh vật bám dính cao.
Nhược điểm Chi phí đầu tư thiết bị điện phân và tiêu hao điện năng cho tháp Stripping, hệ thống điện cực ban đầu tương đối cao. Lượng hóa chất keo tụ tiêu tốn lớn, lượng bùn hóa lý thải ra nhiều; giá thể vi sinh MBBR có nguy cơ bị tắc hoặc vỡ cơ học sau thời gian dài.

Phương án 1 được tác giả lựa chọn để tính toán thiết kế chi tiết do đáp ứng tốt tính chất đặc thù của nước rỉ rác: nồng độ Amoni cực cao được xử lý trước bằng tháp Air Stripping; các hợp chất hữu cơ độc hại và kim loại nặng được khử bởi bể keo tụ điện hóa; hệ thống sinh học ASBR chịu tải biến động và tiết kiệm diện tích xây dựng (phù hợp giới hạn mặt bằng 1.000 m²); cụm oxy hóa bậc cao Fenton ở giai đoạn xử lý bậc ba đảm bảo loại bỏ hoàn toàn các phân tử hữu cơ bền mạch, màu sắc và COD còn sót lại trước khi qua lọc áp lực và khử trùng.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Phần mở đầu xác lập tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ bài toán phát sinh rác thải đô thị tại tỉnh Bắc Ninh (1.200 tấn/ngày) và nhu cầu bảo vệ môi trường của dự án Nhà máy xử lý rác công nghệ cao phát năng lượng. Mục tiêu thiết kế được cụ thể hóa thành hệ thống xử lý nước rỉ rác 480 m³/ngày đêm với chất lượng nước sau xử lý đạt QCVN 25:2009/BTNMT loại A và QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Đối tượng xử lý chính là nước rỉ rác (chiếm 90% lưu lượng) trên diện tích mặt bằng 1.000 m². Tác giả nêu rõ 4 phương pháp tiếp cận (tổng hợp, so sánh, tính toán kỹ thuật, mô hình hóa Revit) cùng ý nghĩa khoa học trong việc ứng dụng công nghệ keo tụ điện hóa và ý nghĩa thực tiễn đối với công tác bảo vệ nguồn tiếp nhận nước mặt địa phương.

Chương 1: Giới thiệu nhà máy xử lý chất thải đô thị Bắc Ninh

Chương 1 trình bày chi tiết về chủ đầu tư là Công ty TNHH Năng lượng xanh T&J và vị trí đặt nhà máy tại xã Phù Lãng, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh (giáp sông Đuống ở phía Bắc, sông Thái Bình ở phía Đông). Dự án được triển khai trên tổng diện tích 51.243 m² với tổng mức đầu tư 1.257 tỷ đồng, tiếp nhận 500 tấn rác sinh hoạt/ngày (kèm 20–40% rác công nghiệp thông thường) và ứng dụng công nghệ lò đốt tầng sôi tuần hoàn (CFB) chuyển giao từ Valmet (Phần Lan) để phát điện công suất 8–11 MW qua trạm biến áp 11/23 kV – 12,5 MVA.

Chương này công bố số liệu phân tích thành phần chất thải rắn thu gom tại Bắc Ninh năm 2022:

Thành phần chất thải Tỷ lệ phần trăm khối lượng (%)
Rác hữu cơ 56,90
Vải 27,85
Đất cát 9,65
Thủy tinh 3,73
Cao su và da 1,00
Giấy 0,58
Chất thải nguy hại 0,20
Nhựa 0,07

Thành phần nguyên tố của CTR sinh hoạt đưa vào lò đốt gồm: W (độ ẩm) 50,14%; A (độ tro) 24,73%; C 14,49%; O 7,26%; H 1,43%; N 1,11%; Cl 0,77%; S 0,07%. Dung tích bể chứa rác thô là 4.170 m³ và bể chứa RDF là 8.091 m³, cho phép dự trữ rác trong 15 ngày. Về lưu lượng nước thải, hệ thống tập trung 12 nguồn thải khác nhau với công suất 480 m³/ngày đêm, trong đó nước rỉ rác chiếm 90% thể tích.

Chương 2: Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải

Chương 2 tổng kết lý thuyết kỹ thuật về các phương pháp xử lý:

  • Phương pháp cơ học: Song chắn rác, lược rác tinh (khe 0,02 mm), bể lắng cát (vận tốc lắng v ≤ 3 m/s), bể tách mỡ, bể điều hòa sục khí thô, các dạng bể lắng (lắng đứng cho công suất < 20.000 m³/ngày, lắng ngang cho công suất > 15.000 m³/ngày, lắng ly tâm cho hệ thống ≥ 20.000 m³/ngày, bể lắng tấm nghiêng Lamen 45–60°), bồn lọc áp lực (vật liệu cát thạch anh, than anthracit).
  • Phương pháp hóa lý: Phân tích cơ chế keo tụ - tạo bông truyền thống (PAC, phèn, polymer); keo tụ điện hóa giải phóng ion Al³⁺, Fe³⁺ và gốc oxy hóa •OH; phương pháp oxy hóa bậc cao Fenton (phản ứng giữa Fe²⁺ và H₂O₂ tại pH 2–4 tạo •OH); công nghệ trao đổi ion; tháp Air Stripping kiềm hóa pH > 9,3 để chuyển hóa ion NH₄⁺ thành NH₃ và giải hấp bằng dòng khí cưỡng bức với hiệu suất đạt tới 95%.
  • Phương pháp sinh học: Phân tích các quá trình kỵ khí (UASB vận tốc dâng 0,6–0,9 m/h, hiệu suất COD đạt 85–90%; tháp kỵ khí cao tải tải trọng 20–40 kg COD/m³/ngày); công nghệ thiếu khí Anoxic khử nitrat; các công nghệ hiếu khí gồm Aerotank, SBR (chu trình 4 pha: làm đầy, phản ứng, lắng, thu nước, nồng độ MLSS 2.000–5.000 mg/L), ASBR (cải tiến nạp nước liên tục), mương oxy hóa và màng lọc MBR/MBBR.
  • Tổng quan thực tiễn: Khảo cứu các công trình trong và ngoài nước gồm nghiên cứu keo tụ điện hóa kết hợp lọc sợi của Li và cộng sự (2017) cho hiệu suất xử lý COD 94%, amoni 87%, độ màu 95%; công nghệ than hoạt tính kết hợp Photo-Fenton-Ozone của Poblete & Pérez (2020) đạt mức giảm COD 95,1%, amoni 94,5%; hệ thống tại Canada đạt loại bỏ amoniac 99%; trạm xử lý rỉ rác tập trung Nam Bình Dương (960 m³/ngày đêm) tại TX. Bến Cát đạt QCVN 40 và QCVN 25 cột A.

Chương 3: Đề xuất sơ đồ công nghệ

Chương 3 thiết lập thông số nước rỉ rác đầu vào và tiêu chuẩn nước xả thải đầu ra theo quy chuẩn hiện hành. Tác giả xây dựng 02 phương án công nghệ hoàn chỉnh và lập bảng so sánh chi tiết về ưu nhược điểm kỹ thuật, diện tích chiếm đất và tính khả thi trong quản lý vận hành. Từ kết quả phân tích nồng độ ô nhiễm hữu cơ và amoni vượt chuẩn nhiều lần, tác giả lựa chọn Phương án 1 (công nghệ kết hợp: Air Stripping + Keo tụ điện hóa + ASBR + Fenton + Lọc áp lực) làm phương án thiết kế chính thức và lập bảng cân bằng khối lượng, tính toán hiệu suất xử lý dự kiến qua từng công trình đơn vị.

Chương 4: Tính toán thiết kế các công trình đơn vị

Chương 4 là nội dung trọng tâm của đồ án, thực hiện tính toán kích thước hình học, thông số thủy lực, tải trọng xử lý và lựa chọn thiết bị cơ điện cho toàn bộ các công trình đơn vị:

  • Nhóm công trình Phương án 1:
    • Hố thu gom và song chắn rác thô (tính toán tiết diện, hệ số cản β, vận tốc dòng chảy).
    • Thiết bị lược rác tinh (khe lược cặn mịn, công suất động cơ).
    • Bể điều hòa và hệ thống sục khí thô chống lắng cặn.
    • Bể chỉnh pH (châm vôi nâng pH lên trên 9,3) và Bể lắng cặn vôi.
    • Tháp Air Stripping (chiều cao lớp đệm tiếp xúc lỏng - khí, đường kính tháp, lưu lượng quạt thổi khí đối lưu).
    • Bể khử Canxi (xử lý hàm lượng Ca²⁺ dư thừa trước khi vào cụm điện hóa).
    • Bể keo tụ điện hóa (kích thước bể, bố trí các tấm điện cực song song Fe/Al, mật độ dòng điện và thời gian lưu nước).
    • Bể lắng 1 (lắng bông cặn keo tụ điện hóa).
    • Bể phản ứng sinh học mẻ liên tục ASBR (thể tích làm việc, chu kỳ các pha khuấy - thổi khí - lắng - rút nước, thiết bị chắt nước Decanter, hệ thống cấp khí đĩa màng).
    • Cụm bể oxy hóa bậc cao Fenton (bể điều chỉnh pH = 3, bể phản ứng định lượng FeSO₄ và H₂O₂, bể trung hòa tạo bông).
    • Bể lắng 2 (tách cặn bùn hóa lý sau Fenton).
    • Bồn lọc áp lực (chiều dày các lớp vật liệu sỏi, cát thạch anh, than anthracit, chu kỳ rửa lọc).
    • Bể khử trùng (tiếp xúc hóa chất diệt khuẩn trước khi xả thải).
    • Cụm xử lý bùn: Bể chứa bùn, hệ thống máy ép bùn cơ học và các tuyến bơm bùn trục ngang.
  • Nhóm công trình so sánh thuộc Phương án 2: Tính toán kích thước Bể keo tụ - tạo bông, Bể lắng sinh học và Cụm bể Anoxic - MBBR để phục vụ đối chứng kinh tế - kỹ thuật.

Chương 5: Tính toán chi phí xây dựng và vận hành

Chương 5 lập dự toán kinh tế chi tiết cho cả 2 phương án công nghệ:

  • Bóc tách chi phí xây dựng công trình (kết cấu bê tông cốt thép, bể chứa, móng trạm).
  • Bóc tách chi phí đường ống công nghệ, phụ kiện đấu nối và van điều khiển.
  • Thống kê chi phí mua sắm thiết bị cơ điện chính (bơm nước thải, máy thổi khí, động cơ khuấy, cụm điện phân, tháp Stripping, máy ép bùn, thiết bị Decanter).
  • Thống kê điện năng tiêu thụ hàng ngày của toàn trạm.
  • Dự toán định mức hóa chất tiêu thụ (vôi bột, H₂SO₄, H₂O₂, FeSO₄, NaOH, hóa chất khử trùng). Dựa trên bảng so sánh tổng mức đầu tư xây lắp và chi phí vận hành thường xuyên trên 1 m³ nước thải, đồ án khẳng định Phương án 1 tối ưu hơn về mặt kỹ thuật và tính ổn định khi vận hành thực tế.

Chương 6: Hướng dẫn vận hành và khắc phục sự cố

Chương 6 xây dựng quy trình quản lý vận hành kỹ thuật cho trạm xử lý:

  • Các giải pháp vận hành tối ưu từng công trình: Kiểm soát chế độ châm hóa chất nâng pH tại tháp Stripping, kiểm soát cường độ dòng điện bể keo tụ, điều chỉnh tỷ số F/M và nồng độ DO/MLSS trong bể ASBR, kiểm soát tỷ lệ mol Fe²⁺:H₂O₂ tại bể Fenton.
  • Nguyên lý hoạt động và lịch bảo dưỡng định kỳ các thiết bị cơ khí: Bơm trục ngang, máy thổi khí, thiết bị lược rác, máy ép bùn.
  • Nhận diện các sự cố vận hành điển hình và giải pháp xử lý: Sự cố đóng cặn vôi trong tháp Air Stripping, hiện tượng thụ động hóa bề mặt điện cực keo tụ, hiện tượng bùn vi sinh bị nổi hoặc khó lắng trong bể ASBR, hiện tượng tạo bọt và cách ứng phó khi nồng độ ô nhiễm đầu vào tăng đột biến.

Kết luận và kiến nghị

Tác giả tóm lược các kết quả đạt được: Đã hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật hệ thống xử lý nước rỉ rác 480 m³/ngày đêm, đảm bảo các chỉ tiêu xả thải đạt Cột A theo QCVN 25:2009/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT trên diện tích xây dựng 1.000 m². Tác giả kiến nghị nhà máy cần duy trì chế độ quan trắc tự động liên tục đối với các chỉ tiêu pH, COD, TSS và Amoni ở đầu ra, đồng thời định kỳ vệ sinh cơ học hệ thống tháp đệm Air Stripping và đảo cực điện giải để bảo đảm tuổi thọ thiết bị.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán thiết kế của đồ án:

  • Hoàn thành thiết kế kỹ thuật trạm xử lý nước thải công suất 480 m³/ngày đêm bố cục gọn trên diện tích 1.000 m² trong khuôn viên nhà máy xử lý chất thải rắn tại Phù Lãng, Quế Võ, Bắc Ninh.
  • Dây chuyền công nghệ lựa chọn (Phương án 1) xử lý tuần tự qua các công đoạn: Tách rác tinh → Điều hòa → Nâng kiềm và lắng cặn vôi → Tháp Air Stripping → Khử canxi → Keo tụ điện hóa → Lắng 1 → Bể sinh học ASBR → Oxy hóa bậc cao Fenton → Lắng 2 → Lọc áp lực → Khử trùng.
  • Đồ án thiết lập các thông số kiểm soát vận hành cụ thể: Quá trình Air Stripping vận hành ở pH > 9,3; quá trình Fenton duy trì khoảng pH tối ưu = 3; nồng độ bùn hoạt tính MLSS trong bể ASBR duy trì trong khoảng 2.000–5.000 mg/L; chất lượng nước đầu ra sau khử trùng đạt các thông số xả thải loại A theo QCVN 25:2009/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT.
  • Xây dựng hoàn chỉnh hồ sơ bản vẽ 2D, mô hình phối cảnh không gian 3D trên nền tảng phần mềm Revit và video mô phỏng vận hành công nghệ.

Đóng góp kỹ thuật do tác giả tự nêu:

  • Ứng dụng thành công công nghệ keo tụ điện hóa (Electrocoagulation) kết hợp oxy hóa nâng cao trong xử lý nước rỉ rác; giải pháp này thay thế một phần hóa chất keo tụ truyền thống, giảm thể tích bùn thải phát sinh và phân hủy triệt để các hợp chất hữu cơ mạch vòng khó phân hủy.
  • Kết hợp tháp Air Stripping ở khâu tiền xử lý hóa lý giúp giải quyết triệt để tình trạng ức chế vi sinh vật do nồng độ Amoni quá cao trong nước rỉ rác trước khi đưa vào bể sinh học ASBR.
  • Thiết kế hệ thống sinh học mẻ cải tiến ASBR giúp tích hợp quá trình thiếu khí, hiếu khí và lắng trong cùng một công trình, cho phép nạp nước liên tục, loại bỏ nhu cầu xây dựng bể lắng hai riêng biệt, từ đó giải quyết bài toán hạn chế về mặt bằng xây dựng (1.000 m²).
  • Lập dự toán đối sánh chi phí xây dựng, chi phí thiết bị, đường ống, tiêu hao điện năng và hóa chất giữa 02 phương án công nghệ, tạo cơ sở kinh tế - kỹ thuật rõ ràng cho chủ đầu tư.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Hồ sơ thiết kế được tính toán dựa trên số liệu phân tích đặc tính nước rỉ rác tại thời điểm khảo sát; trong thực tế, thành phần nước rỉ rác biến thiên rất mạnh theo mùa mưa/nắng và theo độ tuổi chôn lấp/lưu trữ rác của bãi tập kết.
  • Đồ án dừng lại ở mức độ tính toán thiết kế kỹ thuật lý thuyết và lập mô hình mô phỏng đồ họa, chưa có điều kiện vận hành mô hình thực nghiệm (pilot) tại hiện trường nhà máy để kiểm chứng thực tế sự tiêu hao điện cực keo tụ và hóa chất Fenton.
  • Chi phí đầu tư thiết bị điện phân và hệ thống tháp Air Stripping tương đối cao, đòi hỏi nguồn vốn đầu tư ban đầu lớn và tay nghề vận hành kỹ thuật ổn định.

Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo:

  • Thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình pilot tại nhà máy để tối ưu hóa mật độ dòng điện, khoảng cách bản cực và thời gian lưu của bể keo tụ điện hóa đối với nguồn nước rỉ rác thực tế.
  • Nghiên cứu giải pháp hấp thụ và thu hồi khí NH₃ thoát ra từ tháp Air Stripping bằng dung dịch axit sulfuric để tạo thành muối amoni sunfat ((NH₄)₂SO₄), ứng dụng làm nguyên liệu phân bón, tránh phát tán mùi hôi hoặc ô nhiễm thứ cấp ra không khí.
  • Nghiên cứu bổ sung công đoạn lọc màng thẩm thấu ngược (RO) sau bồn lọc áp lực để tái sử dụng nguồn nước thải sau xử lý cho các nhu cầu nội bộ của nhà máy đốt rác phát điện như: Bổ sung nước làm mát tuần hoàn, dập bụi và rửa vệ sinh xe chở rác.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và Quản lý Môi trường làm đồ án tốt nghiệp hoặc các đồ án môn học liên quan đến thiết kế trạm xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao.
  • Kỹ sư môi trường và cán bộ thiết kế hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là những người trực tiếp thiết kế trạm xử lý nước rỉ rác cho các khu liên hợp xử lý chất thải rắn, bãi chôn lấp hợp vệ sinh và nhà máy điện rác.
  • Đơn vị tư vấn, quản lý vận hành tại các nhà máy xử lý chất thải đô thị công nghệ cao phát năng lượng cần tài liệu hướng dẫn quy trình vận hành và khắc phục sự cố thiết bị.

Các phần có giá trị tham khảo chuyên sâu:

  • Quy trình tính toán kích thước công nghệ và thiết bị cơ điện cho tháp giải hấp Amoni (Air Stripping), bể keo tụ điện hóa và bể phản ứng sinh học mẻ cải tiến ASBR trong Chương 4.
  • Phương pháp bóc tách định mức chi phí đầu tư và chi phí hóa chất, điện năng vận hành hàng ngày của hệ thống xử lý nước rỉ rác trong Chương 5.
  • Quy trình mô hình hóa hệ thống trạm xử lý nước thải trên nền tảng Autodesk Revit 3D kết hợp xuất bản vẽ kỹ thuật chi tiết.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn gốc phát sinh và lưu lượng thiết kế của hệ thống xử lý nước thải trong đồ án là bao nhiêu?
Hệ thống được thiết kế với tổng công suất 480 m³/ngày đêm, tiếp nhận nước thải từ 12 nguồn khác nhau trong khuôn viên Nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt công nghệ cao phát năng lượng tại xã Phù Lãng, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh. Trong đó, nước rỉ rác từ phân xưởng tiếp nhận và các hố lưu trữ rác thô là nguồn ô nhiễm chính, chiếm 90% tổng lưu lượng toàn trạm; 10% còn lại đến từ nước thải sinh hoạt và các nguồn xả sản xuất (nước xả đáy lò hơi, tháp làm mát, rửa xe, khử khoáng).

2. Vì sao đồ án phải bố trí tháp Air Stripping ở giai đoạn tiền xử lý hóa lý?
Nước rỉ rác chứa nồng độ Amoni (NH₄⁺/NH₃) rất cao. Nếu đưa trực tiếp vào công trình xử lý sinh học, nồng độ Amoni tự do cao sẽ gây ức chế và làm chết hệ vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Tháp Air Stripping hoạt động trên nguyên lý kiềm hóa nước thải bằng vôi lên pH > 9,3 để chuyển hóa ion NH₄⁺ thành dạng khí NH₃ hòa tan, sau đó dùng quạt thổi khí cưỡng bức để giải hấp ra khỏi pha lỏng với hiệu suất loại bỏ amoni đạt tới 90–95%, đưa hàm lượng nitơ về ngưỡng an toàn cho vi sinh vật hoạt động ở cụm ASBR phía sau.

3. Cơ chế hoạt động của bể keo tụ điện hóa được áp dụng trong đồ án là gì?
Bể keo tụ điện hóa sử dụng các điện cực kim loại bằng sắt (Fe) hoặc nhôm (Al) được cấp nguồn điện một chiều. Khi đóng điện, điện cực anot bị ăn mòn điện hóa và hòa tan vào nước tạo ra các cation đa hóa trị (Fe³⁺, Al³⁺) đóng vai trò chất keo tụ liên kết các hạt keo lơ lửng mà không cần châm hóa chất phèn ngoài. Đồng thời, quá trình điện phân nước sinh ra các bọt khí siêu mịn (H₂, O₂) giúp tuyển nổi bọt cặn và giải phóng gốc hydroxyl (•OH) tham gia oxy hóa các chất hữu cơ, giúp giảm đáng kể thể tích bùn lắng so với keo tụ hóa học thông thường.

4. Bể ASBR trong đồ án có đặc điểm gì khác biệt so với bể SBR truyền thống?
Bể phản ứng mẻ cải tiến ASBR được thiết kế để khắc phục nhược điểm gián đoạn của SBR thông thường bằng khả năng tiếp nhận lưu lượng nước thải đầu vào liên tục. Bể tích hợp các giai đoạn phản ứng thiếu khí (khử nitrat), phản ứng sục khí hiếu khí (oxy hóa chất hữu cơ và nitrat hóa), lắng tĩnh hoàn toàn và rút nước trong bằng thiết bị Decanter ngay trong cùng một ngăn bể, giúp loại bỏ nhu cầu xây dựng bể lắng đợt 2 độc lập và tối ưu hóa diện tích xây dựng trên mặt bằng 1.000 m².

5. Nước thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lý phải đáp ứng các quy chuẩn môi trường nào?
Nước thải sau xử lý được dẫn qua bồn lọc áp lực và khử trùng bằng hóa chất, bắt buộc phải đạt tiêu chuẩn Cột A theo QCVN 25:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn) và Cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) trước khi xả ra kênh nhánh dẫn về hệ thống sông Đuống và sông Thái Bình.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Phi Hùng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải rỉ rác công suất 480 m³/ngày đêm cho Nhà máy xử lý chất thải rắn sinh hoạt công nghệ cao phát năng lượng tại tỉnh Bắc Ninh. Bằng việc kết hợp hợp lý giữa các công đoạn cơ học, giải hấp khí Amoni bằng tháp Air Stripping, keo tụ điện hóa, xử lý sinh học mẻ cải tiến ASBR và oxy hóa bậc cao Fenton, hệ thống giải quyết triệt để các chất ô nhiễm đặc thù của nước rỉ rác và đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn loại A theo QCVN 25:2009/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT trên diện tích xây dựng giới hạn 1.000 m². Bên cạnh kết quả tính toán công nghệ và dự toán kinh tế chi tiết, đồ án còn thể hiện tính ứng dụng kỹ thuật cao thông qua việc xây dựng mô hình trực quan 3D trên phần mềm Revit và lập quy trình hướng dẫn vận hành, kiểm soát sự cố rõ ràng cho công trình.